Schwerpunkt-Report über das Jahr ... / Wirtschaftsinformatik und Informationswirtschaft / Fachbereich Wirtschaftswissenschaften

Im Zentrum des Schwerpunktes stehen die Beschreibung, Erklärung und Gestaltung von Informationserstellungs- und -verarbeitungsprozessen, insbesondere soweit sie durch moderne Informations- und Kommunikationstechniken unterstützt werden. Diese Prozesse dienen zum einen der unmittelbaren Bedürfnisbefriedigung durch Information sowie zum anderen der Koordination physischer Wertschöpfung. Die schnelle Fortentwicklung der IuK-Systeme sowie die rasante Verbreitung ihrer Nutzung führen vielfach zu tief greifenden Veränderungen der Geschäftsabläufe und darüber hinaus des gesellschaftlichen Lebens. Aufgabe des Schwerpunktes ist hierbei, die Nutzenpotenziale neuer Informations- und Kommunikationstechniken sowie deren Anwendung insbesondere in Wirtschaft und Verwaltung zu analysieren und eigene Gestaltungsvorschläge zu unterbreiten. Dies gilt auch für die Gestaltung und Auswahl der institutionellen Rahmenbedingungen von Informationserstellungs- und - verarbeitungsprozessen

Modellbasierte Steuerung des Kühlkreislaufes einer Brennstoffzelle mit automatisiertem Test der Software

Zur Rekonstruktion und Steuerung des Volumenstroms in einem Kühlkreislauf, wird ein Brennstoffzellensystem analysiert und physikalische Modelle für die Fluidtemperatur und den Pumpenvolumenstrom werden hergeleitet. Basierend auf diesen Zusammenhängen werden Funktionsmodelle zur Ableitung von Softwarealgorithmen vorgestellt. Diese ermöglichen es den Volumenstrom in einem Fluidkreislauf modellbasiert zu bestimmen bzw. die Kühlmittelpumpe basierend auf einer detaillierten Systemmodellierung zu steuern. Die zur Verfügung stehenden Funktionen erlauben eine komplette Regelung, Steuerung und Diagnose des Volumenstroms. Die Funktionsmodelle, in Matlab/Simulink realisiert und zur Ausführung auf einem Steuergerät vorgesehen, werden im Kontext eines Software-entwicklungsprozesses diskutiert. Es wird die Notwendigkeit der Sicherstellung der Korrektheit der Funktionen herausgearbeitet und ein Testautomatisierungssystem für solche Funktionsmodelle vorgestellt

Active Functional Specifications for the Design and Supervision of build-ing services

Diese Arbeit entwickelt eine Methodik zur Spezifikation und Prüfung von Funktionen gebäudetechnischer Anlagen und führt den Nachweis ihrer Anwendbarkeit in der Praxis. Ausgangspunkt ist die Erkenntnis, dass eine Ursache für die häufig festzustellende suboptimale Funktion von Gebäuden ein mangelhaftes Qualitätsmanagement in der Gebäudeautomation ist. Eine Analyse von Funktionsbeschreibungen zeigt eine weitgehend beliebige Verwendung von freien Texten und grafischen Darstellungen. Als Antwort auf dieses Defizit wird die Methodik der Aktiven Funktionsbe-schreibung vorgestellt. Mit einem vereinfachten Modell aus Zustandsräumen können Anlagenfunktionen durch Betriebsregeln spezifiziert werden. Nach der Umsetzung werden Betriebsdaten der Anlagen zu einzelnen Zeitpunkten auf Übereinstimmung mit den Betriebsregeln geprüft. Die Ergebniswerte für die Zustandsräume können über geeignete Zeit-räume aggregiert werden. Die relative Häufigkeit gültiger Werte in einem Zeitraum wird als Betriebsgüte definiert. Sie ist das Qualitätsmaß für die Umsetzung der Spezifikation und kann als Anforderung an Anlagenfunktionen in Ausschreibungen und bei Abnahmen verwendet werden. Die Methodik wird auf drei typische gebäudetechnische Anlagen angewendet. Dabei wird gezeigt, dass die Spezifikation von Funktionen und deren Überprüfung wie beschrieben für die untersuchten Anlagen und Funktionen möglich ist. Die Vereinfachung der Beschreibung bietet die realistische Möglichkeit einer zeitnahen Anwendung in der Praxis. Forschungsbedarf besteht dazu neben der Erprobung im Feld im kontrollierten Einsatz in Anlagentestständen, um standardisierte Funktionsbeschreibungen für typische Anlagen und geeignete Grenzwerte für die Betriebsgüte zu entwickeln. Mit der Aktiven Funktionsbeschreibung steht die dringend benötigte durchgängige Methodik zur funktionalen Qualitätssicherung von Gebäuden und Anlagen zur Verfügung.This work presents a methodology for the specification and evaluation of functions of building automation systems and proofs its practical applica-bility in building projects. Starting point is the insight that a lack of quality management is a source for frequent malfunctions of building automation systems. An analysis of functional specifications of current buildings shows a largely arbitrary use of free texts and graphics. As an answer to this deficit the methodology of Active Functional Specifi-cations is presented. With a simplified state space model it is possible to specify system functions using operational rules. After the implementation of the functions measured data of discrete points of time from the automation system can be evaluated. The results of the state space evaluation can then be aggregated over useful periods of time. The relative frequency of valid results within a period of time is defined as the quality of operation. It is the quality measure for the implementation of the specification and can be used as requirement for operations in tenders as well as for commissioning and hand over procedures. The methodology is applied on three typical building services. It is shown that the specification and evaluation of functions is possible for the selected systems as described. In addition first limit values for the quality of operation are derived that can serve as initial measures for a standardization of the methodology in design and operation. The simplification opens the realistic opportunity for an application in building design and operation within short time. Besides the application in field tests a need for further research exists in the application of the methodology in test beds to develop standardized specifications and appropriate limit values for the quality of operation. Active Functional Specifications provide the urgently needed integrated methodology for a functional quality management for buildings and building services

Modell- und signalbasierte Fehlerdiagnose eines automatisierten Nutzfahrzeuggetriebes für den Off-Board und On-Board Einsatz

In modernen Nutzfahrzeugen sind Schaltabläufe und Gangwechsel im Gruppengetriebe durch elektromechanische Aktuatoren automatisiert worden, sodass Schaltzeiten und Zugkraftunterbrechungen reduziert werden. Die automatisierten Gruppengetriebe verbessern das Fahrzeughandling, entlasten den Fahrer, steigern die passive Sicherheit und unterstützen eine wirtschaftliche, kraftstoffsparende und geräuscharme Fahrweise. Um diese Vorteile der modernen Getriebe zu gewährleisten, ist eine fehlerfreie Funktion der einzelnen Aktuatoren notwendig. Durch die Verbauung der zusätzlichen elektromechanischen Aktuatoren ist allerdings die Komplexität gestiegen, sodass Fehlerursachen immer differenzierter und komplizierter geworden sind, was den Einsatz von modernen Diagnosemethoden erforderlich macht. In dieser Arbeit werden verschiedene Diagnosemethoden für das automatisierte Getriebe in schweren Nutzfahrzeugen beschrieben, implementiert und miteinander verglichen. Ein mögliches Anwendungsgebiet der Fehlererkennung des automatisierten Getriebes ist die interaktive und flexible Ferndiagnose. Im Gegensatz zur klassisch lesenden Ferndiagnose, handelt es sich hierbei um eine Telematik-Anbindung zum Fahrzeug, bei der aktive Systemeingriffe mittels Diagnoseroutinen durchführbar sind. Durch die Diagnoseroutinen können einzelne Systeme separat angesteuert und in einen einheitlichen Betriebszustand gebracht werden. Bezüglich der Diagnoseroutinen muss der Fahrer informiert werden, zudem ist eine Interaktion durch Unterstützung und Bestätigung des Fahrers zwingend erforderlich. Das gesamte Konzept der interaktiven und flexiblen Ferndiagnose und ein Prototyp ist zu Beginn dieser Arbeit beschrieben worden. Eine Diagnosemethode für das automatisierte Nutzfahrzeuggetriebe ist die entwickelte modellbasierte Fehlererkennung für die elektromechanischen Getriebeaktuatoren, die den automatisierten Schaltvorgang und die Synchronisierung durchführen. Die modellbasierte Fehlererkennung bietet die Möglichkeit zu einer dynamischen Fehlererkennung während der Diagnoseroutinen, aber auch während der Fahrt. Dazu ist das dynamische Prozessverhalten der Getriebeaktuatoren, wie Kupplungsausrücker, Kupplung, Split- und Rangemodul mit Synchronisierungseinheiten, Gassen- und Gangaktuatoren, Getriebelamellenbremse und das eigentliche mechanische Getriebe mit Klauenmuffen in einem Simulationsmodell nachgebildet worden. Die Symptomgenerierung der modellbasierten Fehlererkennung erfolgt durch entwickelte Paritätsgleichungen oder einer Parameterschätzung. Die ermittelten Paritätsgleichungen für verschiedene Luftdruck-, Positions- und Drehzahlsignalen werden anhand einer Grenz- und Schwellwertüberwachung weiter verarbeitet. Innerhalb der Parameterschätzung sind mittels des Rekursiven Least Squares Algorithmus u.a. pneumatische Leitwert-, mechanische Reibungs-, Feder- und Dämpfungsparameter zur Fehlererkennung ermittelt worden. Neben der modellbasierten Fehlererkennung ist eine signalbasierte Fehlererkennung speziell zur Auswertung der Diagnoseroutinen entwickelt worden. Für alle verbauten Getriebeaktuatoren des G281 Gruppengetriebes sind Diagnoseroutinen erstellt worden, die die einzelnen Systeme in einen reproduzierbaren Betriebszustand bringen, um vergleichbare Messsignalverläufe zu erzeugen. Die Auswertungen der Messdaten erfolgt über eine Berechnung der Flächen unterhalb der Signalverläufe. Die ermittelten Flächen dienen als Symptome und sind für alle Getriebekomponenten in Fehler-Symptom-Tabellen dargestellt. Indem die Fehler-Symptom Zusammenhänge durch Fuzzy-Mengen interpretiert werden, ist eine Auswertung mit Fuzzy-Logik im Anschluss der Flächenberechnung entwickelt worden. Die signal- und modellbasierte Fehlererkennung ist anhand eines Prüfstandes des automatisierten Mercedes PowerShift-Gruppengetriebe G281 mit 12 Gängen für das schwere Nutzkraftfahrzeug Actros verifiziert und validiert worden. Verschiedene Fehlerarten wie beispielsweise Leckagen, Verstopfungen, poröse Zylinderkolbenmanschetten, gebrochene Federn oder verschlissene Bremslamellen sind gezielt am Getriebeprüfstand eingebaut und für die Diagnoseroutinen untersucht worden. Am Ende dieser Arbeit sind die umgesetzten Diagnosemethoden auch für den Fahrbetrieb evaluiert worden

Identifikation, Analyse und Regelung nichtlinearer dynamischer Systeme mittels des Koopman-Operators, künstlicher neuronaler Netze und linearer Zustandsregler

Durch immer komplexer werdende technische Systeme und dem damit einher gehenden Bedarf an passenden Regelungsmethoden stellt sich die Frage, ob bestehende Methoden für die Identifikation, Analyse und Regelung von linearen Systemen in geeigneter Weise auch für nichtlineare Systeme anwendbar sind. Ein bekannter Ansatz hierfür ist die Linearisierung einer bekannten Systemgleichung oder die Identifikation eines nichtlinearen dynamischen Systems auf Basis eines solchen linearen Ansatzes. Eine solche Identifikation stellt dabei häufig eine große Herausforderung dar. Dies gilt insbesondere dann, wenn Daten aus dem Betrieb genutzt werden, ohne dass ein besonderes Augenmerk auf eine geeignete Anregung gelegt werden kann. Damit einher geht häufig, dass Daten aus geschlossenen Regelkreisen zu Problemen bei der Identifikation führen können. Eine eingehende Analyse des Systemverhaltens oder eine Regelung auf Basis eines Modells, welches das System nicht ausreichend gut, oder nur in einem sehr begrenzten Bereich des Zustandsraumes, wiedergibt, sind damit praktisch unmöglich. Daher beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit dem sogenannten Koopman-Operator und dessen Identifikation und Nutzung zur Analyse und Regelung nichtlinearer Systeme. Dieser Operator ist ein mathematisches Konstrukt, welches es möglich macht, bestimmte Funktionen der Systemzustände eines nichtlinearen dynamischen Systems - sogenannte Observables - über diesen Operator linear mit der Zeit zu entwickeln. So ist es möglich, theoretisch fundiert lineare Konzepte wie Eigenbewegungen und lineare Analyse- und Regelungsmethoden auf nichtlineare Systeme zu übertragen. Insbesondere für Systeme mit Anregung können lineare Reglerentwurfsmethoden so auf nichtlineare Systeme angewendet werden, ohne starke Einschränkungen hinnehmen zu müssen, wie sie häufig Teil von nichtlinearen Regelungsmethoden sind. So müssen bei diesen nichtlinearen Entwurfsmethoden beispielsweise gewisse Bereiche des Zustandsraumes ausgeschlossen werden oder die Systemgleichung muss in einer speziellen Form vorliegen. Durch den linearen Charakter des Koopman-Operators ist es auch möglich, Konzepte wie die Stabilität, welche bei linearen Modellen sehr einfach anhand der Eigenwerte der Systemmatrix bestimmt werden kann, auf nichtlineare Systeme zu übertragen. Hierfür werden in der vorliegenden Arbeit Konzepte für zeitdiskrete Modelle erarbeitet, wie sie häufig identifiziert werden. So kann anschaulich von der Stabilität des Koopman-linearen Systems auf die Stabilität des nichtlineare Systems geschlossen werden. Damit ist es außerdem möglich, eine Stabilitätsgarantie für nichtlineare Systeme anzugeben, welche über einen Zustandsregler auf Basis dieses Koopman-linearen Systems berechnet werden. Die in der vorliegende Arbeit betrachteten Nichtlinearitäten sind dabei ausschließlich kontinuierlich. So sind beispielsweise Systeme mit Hysteresen nicht Teil der Betrachtungen. Für die Regelung ist die Steuerbarkeit des Prozesses von besonderer Bedeutung. Auch für diese wird in dieser Arbeit eine Eigenschaft von Koopman-linearen Systemen erarbeitet und für die Regelung genutzt. Bei der Regelung wird sich in dieser Arbeit auf den linear quadratischen Ansatz beschränkt. Hierfür müssen gewisse Gewichtungen gewählt werden, deren anschauliche Wahl durch die Observables stark erschwert wird. Um die direkte Interpretierbarkeit dieser Gewichtungen auf den Koopman-Operator und seine Observables zu übertragen, wird eine neue Methode vorgeschlagen, wie diese Gewichte im Koopman-Raum gewählt werden können. \ud Die nun mehrfach genannten Observables sind jedoch meist vollständig unbekannte Funktionen und sind häufig nur für hinführende Beispiele ohne konkrete praktische Relevanz herzuleiten oder bekannt. Um dennoch solche Systeme zu schätzen, werden in dieser Arbeit künstliche neuronale Netze verwendet. Diese sind in ihrer Gestalt als allgemeine Funktionsapproximatoren für den vorliegenden Anwendungsfall prädestiniert. Es wird somit ein Netz erstellt, welches zunächst Observables berechnet und damit den Zustand kodiert. Diese Observables werden im Anschluss mittels eines linearen Zustandsraumsystems mit der Zeit entwickelt und abschließend dekodiert. Diese Konzepte werden dann dafür genutzt, zwei mathematische Systeme, den Van der Pol und den Duffing Oszillator, sowie einen realen Drei-Tank Prüfstand zunächst zu schätzen, im Anschluss anhand der identifizierten Modelle zu analysieren und die Ergebnisse zu plausibilisieren und im Nachgang zu regeln. Als Erweiterung der erstellten Konzepte wird dieselbe Methodik für den Fall, dass nicht alle Zustände gemessen werden können, auf die die genannten Systeme angewendet

Integration von Messdaten in die Simulation zur multikriteriellen, zeiteffizienten versuchsbasierten Optimierung technischer Systeme = Integration of measurement data in the simulation for the multicriteria time-efficient testbased optimization of technical systems

This draft presents a part of the operation system, which combines simulationmodels and the testbased optimization. Thereby, test data are used to parameterise physical model structures. Afterwards these physical models are used for the optimization of the design parameters. The advantage of this approach is that also parameters, which can only be changed slowly during a test, can be optimized with the help of the simulation models

Aktive Dämpfung von Triebstrangschwingungen

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Werner Holtfort : Biographie eines Anwalts und Politikers in den 70er und 80er Jahren des 20. Jahrhunderts in Niedersachsen

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