Validierungs-Navigator – ein Referenzprozess für Validierungsstudien zur Wirkung von Konstruktionsmethoden = Validation Navigator –a referenceprocess for validation studieson effects of design methods

Konstruktionsmethoden sind ein Kernergebnis der Konstruktionsforschung und sollten vor ihrer Einführung und Verbreitung in Unternehmen validiert werden. In der Kon-struktionsforschung fehlt bisher ein Standard für Forschungsmethoden als Orientie-rung für den Aufbau von Validierungsstudien sowie für die Datenerhebung und -aus-wertung. Für die Etablierung eines solchen Standards ist eine Referenz notwendig, um vergleichbare Studien zu ermöglichen. Auf die vergleichbare Umsetzung einzelner Validierungsstudien im Detail und die Operationalisierung von Erfolgskriterien gehen bestehende Ansätze nicht ein, weshalb sie nicht als Referenz für den Aufbau einzelner Studien geeignet sind. Wie Validierungsstudien in der aktuellen Forschungspraxis durchgeführt werden und wie eine Vergleichbarkeit zwischen diesen Studien herge-stellt werden kann, ist zudem nicht explizit bekannt. Zur Untersuchung der aktuellen Forschungspraxis wurde eine systematische Litera-turstudie durchgeführt. Durch eine Kategorisierung aktueller Validierungsstudien in Bezug auf Schritte in der Validierung und die Art des verwendeten Studiendesigns wurde sichtbar, dass Studien in verschiedenen Validierungsschritten bisher nur wenig vergleichbar sind. Eine Analyse der kategorisierten Studien zeigte Herausforderungen in der Vergleichbarkeit der Konstruktionsmethoden selbst sowie der Umsetzung der Validierungsstudien. Strategien für eine höhere Vergleichbarkeit in aktuellen Validie-rungsstudien umfassen die Anknüpfung an bestehende Theorie, eine einheitliche Ziel-setzung mit zugehörigen Variablen für Klassen von Konstruktionsmethoden sowie die Nutzung etablierter Modelle und Werkzeuge für den Aufbau von Validierungsstudien. Die Erkenntnisse aus der Literaturstudie wurden genutzt, um den Referenzprozess Validierungs-Navigator zu entwickeln, der eine Unterstützung für Forschende für den Aufbau vergleichbarer Validierungsstudien zur Wirkung von Konstruktionsmethoden bereitstellt. Im Referenzprozess werden Elemente aus bestehenden Ansätzen mit den in der Literaturstudie identifizierten Strategien kombiniert, um die Qualität und Ver-gleichbarkeit entstehender Validierungsstudien positiv zu beeinflussen. Der Validie-rungs-Navigator beschreibt zwei Studien, um zunächst ein qualitatives Verständnis aufzubauen, bevor eine quantitative Untersuchung stattfindet, und berücksichtigt die aufeinander aufbauenden Erfolgskriterien Anwendbarkeit und Wirksamkeit. Der Validierungs-Navigator wurde durch eine exemplarische Anwendung für den Auf-bau von Validierungsstudien zur Wirkung einer Konstruktionsmethode evaluiert. Es konnten Beiträge zur Studienqualität geleistet werden, indem das Studiendesign so-wie beinhaltete Erhebungsmethoden und Stimuli kontinuierlich weiterentwickelt wur-den. Auf die Vergleichbarkeit der zur Validierung eingesetzten Variablen, der Zielset-zung und Vorgehensweise der untersuchten Konstruktionsmethode sowie der Operationalisierung der Erfolgskriterien konnte ein positiver Einfluss erzielt werden

Über die Wirkung einer mechanischen Vorspannung auf die Deformation eines asymmetrischen Federbügel-Mechanismus

Federbügel-Mechanismen sind nachgiebige Mechanismen, die in der Technik als Klemm- und Sicherungselemente eingesetzt werden. Ein speziell geformter Federbügel ist durch zwei versetzt angeordnete Drehgelenke in einem Gestell gelagert. Durch die spezielle Lagerung des nachgiebigen Mechanismengliedes (Federbügel) im Gestell wird in den Mechanismus eine mechanische Vorspannung eingeprägt, die das Kraft-Verschiebungs-Verhalten beeinflusst. Die Größe der mechanischen Vorspannung wird vom Abstand der parallelen Drehachsen (Verrückung) bestimmt. In diesem Beitrag wird die Wirkung der mechanischen Vorspannung auf die Deformation eines ausgewählten asymmetrischen Federbügel-Mechanismus mit numerischen und analytischen Methoden untersucht.In many technological fields spring clip mechanisms are used as a kind of compliant mechanisms, especially as clamping and locking elements. A specially formed spring clip is supported by two parallel arranged revolute joints with shifted axes. Due to the special support of the compliant mechanism element (spring clip) in a fixed frame the mechanism is preloaded and so the force/displacement behavior is influenced. The size of the mechanical prestress is determined by the distance between the two shifted axes. In this contribution we investigate exemplarily in the effect of mechanical prestress on the deformation of one asymmetric spring clip mechanism using numerical and analytical methods

Optimierung und Entwicklung elektrodynamischer Schaltaktoriksysteme in Getrieben

Schaltaktoriksysteme werden in Getrieben zur automatischen Gangwahl eingesetzt. Ihr Systemdesign beeinflusst dadurch neben den Kosten auch die Dynamik des Getriebes. Als Alternative zu elektrohydraulischen Systemen werden zunehmend, vorwiegend aus Kostengründen, elektrodynamische Konzepte eingesetzt. Durch neue Schaltelemente und um den steigenden Dynamik- und Kostenanforderungen gerecht zu werden, ist eine Weiterentwicklung dieser Systeme notwendig. Über die Analyse des Schaltprozesses ergeben sich dazu im Wesentlichen zwei Ansätze. Das optimale Systemdesign wird in Bezug auf die Kosten und die Dynamik über einen simultanen Optimierungsansatz bestimmt. Neben dem Design wird die Dynamik des designrelevanten Auslegevorgangs mithilfe einer optimalen Steuerung in einem simultanen Optimierungsproblem ermittelt. Ergänzend werden die Sensitivitäten bestimmt, die eine zielgerichtete Analyse der Nebenbedingungen ermöglichen und weiteres Potenzial aufzeigen. Neben dem Auslegevorgang kann auch während der Synchronisierung durch geeignete Wahl einer Regelungsstrategie die Schaltzeit reduziert werden. Dazu ist ein detaillierteres Simulationsmodell notwendig, welches die Synchronisierung und den restlichen Antriebsstrang darstellt. Das Modell ermöglicht eine simulative Untersuchung und Bewertung verschiedener Strategien. Dies wird ergänzt durch Untersuchungen an einem modularen und kompakten Schaltaktorikprüfstand, der lediglich die Differenzdrehzahl an der Synchronisierung abbildet. Zudem ermöglicht der Prüfstand die Untersuchung des Schaltverhaltens von Zahnkupplungen, wie sie in elektrisch synchronisierten Getrieben verwendet werden. Inspiriert durch die neuen Schaltelemente und die verschiedenen Entwicklungsmethoden für mechatronische Systeme, wird in Verbindung mit der verwendeten multidisziplinären Mehrzieloptimierung eine Designmethode abgeleitet. Die frühzeitige Einbindung von Optimierung in den Entwicklungsprozess trägt dabei zu einer zielgerichteten Weiterentwicklung bei und der multidisziplinäre Ansatz ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung des Systems

Ein Ansatz zur dynamischen Charakterisierung und Bewertung von nichtlinearen Schwingungssystemen anhand des Beispiels Fliehkraftpendel = An approach for dynamic characterization and evaluation of nonlinear vibration systems using the example of a centrifugal pendulum absorber

Fliehkraftpendelsysteme zählen aufgrund ihrer kompakten Bauweise und effizienten Schwingungsreduzierung zu den bewährten Komponenten für die Reduzierung von Schwingungen in modernen Kraftfahrzeugen (Kfz). Sowohl für konventionelle, verbrennungsmotorische Systeme als auch für teil-elektrifizierte Hybridantriebe haben die schwingungsreduzierenden Maßnahmen in der Antriebsstrangentwicklung eine zunehmende Bedeutung zur Erfüllung von Komfortzielen bezüglich der Geräusche und Vibrationen im Fahrzeuginnenraum. Besonders der immer kleiner werdende Bauraum für die Systeme zur Schwingungsreduzierung erfordert eine stetige Weiterentwicklung des vielseitig einsetzbaren Fliehkraftpendels (FKP). Für die zielgerechte Optimierung von FKP-Systemen hinsichtlich ihrer schwingungsreduzierenden Eigenschaften bedarf es neben der Abstimmung der FKP-Ordnung an das jeweilige Gesamtsystem sowie der Gestaltung von wesentlichen Funktionsparametern zur Speicherung der Schwingungsenergie aus dem Antriebsstrang, insbesondere das Wissen über das dynamische Systemverhalten. Nichtlineare Effekte im FKP-Rückstellmoment reduzieren mit steigender Pendelauslenkung maßgeblich das Tilgungspotential des FKP durch eine selbstinduzierte Einleitung von Schwingungen in höheren Frequenzen in das Gesamtsystem. Mit den vorhandenen Validierungswerkzeugen konnten in der Vergangenheit keine oder nur unzureichende Erkenntnisse über die gezielte Beeinflussung dieser Effekte im FKP erlangt werden. Um die bisher bekannten Validierungsansätze in der FKP-Entwicklung effizient zu unterstützen, wird in dieser Arbeit eine Methode zur dynamischen Charakterisierung und Bewertung von FKP-Systemen hinsichtlich ihres nichtlinearen Systemverhaltens entwickelt. Aufbauend auf einer umfassenden Analyse der Gestalt-Funktions-Zusammenhänge eines FKP-Systems, die Aufschluss über die Entstehungsmechanismen des nichtlinearen Systemverhaltens und deren mögliche Beeinflussung gibt, wird eine Bewertungssystematik abgeleitet. Um zusätzlich bislang nicht zugängliche FKP-Größen wie Rückstellmoment und Pendelauslenkung zu erfassen, wird eine bewährte Validierungsumgebung für FKP-Systeme modifiziert und eine Testprozedur festgelegt, um das dynamische Systemverhalten des FKP experimentell zu ermitteln. Der experimentelle Einsatz beweist schließlich die Anwendbarkeit der Methode zur Quantifizierung des nichtlinearen Wirkzusammenhangs zwischen Rückstellmoment und Pendelauslenkung. Die Forschungsergebnisse belegen, dass durch den Einsatz der erarbeiteten Bewertungsmethode schnell und effizient Erkenntnisse für zukünftige Produktgenerationen gewonnen werden können

Ein Ansatz zur dynamischen Charakterisierung und Bewertung von nichtlinearen Schwingungssystemen anhand des Beispiels Fliehkraftpendel = An approach for dynamic characterization and evaluation of nonlinear vibration systems using the example of a centrifugal pendulum absorber

Fliehkraftpendelsysteme zählen aufgrund ihrer kompakten Bauweise und effizienten Schwingungsreduzierung zu den bewährten Komponenten für die Reduzierung von Schwingungen in modernen Kraftfahrzeugen (Kfz). Sowohl für konventionelle, verbrennungsmotorische Systeme als auch für teil-elektrifizierte Hybridantriebe haben die schwingungsreduzierenden Maßnahmen in der Antriebsstrangentwicklung eine zunehmende Bedeutung zur Erfüllung von Komfortzielen bezüglich der Geräusche und Vibrationen im Fahrzeuginnenraum. Besonders der immer kleiner werdende Bauraum für die Systeme zur Schwingungsreduzierung erfordert eine stetige Weiterentwicklung des vielseitig einsetzbaren Fliehkraftpendels (FKP). Für die zielgerechte Optimierung von FKP-Systemen hinsichtlich ihrer schwingungsreduzierenden Eigenschaften bedarf es neben der Abstimmung der FKP-Ordnung an das jeweilige Gesamtsystem sowie der Gestaltung von wesentlichen Funktionsparametern zur Speicherung der Schwingungsenergie aus dem Antriebsstrang, insbesondere das Wissen über das dynamische Systemverhalten. Nichtlineare Effekte im FKP-Rückstellmoment reduzieren mit steigender Pendelauslenkung maßgeblich das Tilgungspotential des FKP durch eine selbstinduzierte Einleitung von Schwingungen in höheren Frequenzen in das Gesamtsystem. Mit den vorhandenen Validierungswerkzeugen konnten in der Vergangenheit keine oder nur unzureichende Erkenntnisse über die gezielte Beeinflussung dieser Effekte im FKP erlangt werden. Um die bisher bekannten Validierungsansätze in der FKP-Entwicklung effizient zu unterstützen, wird in dieser Arbeit eine Methode zur dynamischen Charakterisierung und Bewertung von FKP-Systemen hinsichtlich ihres nichtlinearen Systemverhaltens entwickelt. Aufbauend auf einer umfassenden Analyse der Gestalt-Funktions-Zusammenhänge eines FKP-Systems, die Aufschluss über die Entstehungsmechanismen des nichtlinearen Systemverhaltens und deren mögliche Beeinflussung gibt, wird eine Bewertungssystematik abgeleitet. Um zusätzlich bislang nicht zugängliche FKP-Größen wie Rückstellmoment und Pendelauslenkung zu erfassen, wird eine bewährte Validierungsumgebung für FKP-Systeme modifiziert und eine Testprozedur festgelegt, um das dynamische Systemverhalten des FKP experimentell zu ermitteln. Der experimentelle Einsatz beweist schließlich die Anwendbarkeit der Methode zur Quantifizierung des nichtlinearen Wirkzusammenhangs zwischen Rückstellmoment und Pendelauslenkung. Die Forschungsergebnisse belegen, dass durch den Einsatz der erarbeiteten Bewertungsmethode schnell und effizient Erkenntnisse für zukünftige Produktgenerationen gewonnen werden können

Simulation zur Verbesserung der Logistikprozesse eines Pharmagroßhandels

Gehe Pharma Handel GmbH is one of Germany's biggest pharmaceutical wholesalers. This paper describes the development and application of a simulation software representing their logistic processes, built in cooperation with Gehe's Troisdorf branch. We start with an outline of the Gehe facility, describe the process of implementing and validating the software application, and show some sample results

Einfluss geometrischer Labyrinth- und Honigwabenparameter auf das Durchfluss- und Wärmeübergangsverhalten von Labyrinthdichtungen - Experiment, Numerik und Data Mining

Focus of this work was the investigation of the influence of geometric labyrinth and honeycomb parameters on the discharge and heat transfer characteristic of labyrinth seals. Thus, experimental, numerical and data mining studies were performed that resulted in a new design tool that allows a quick and easy estimation of the discharge and heat transfer characteristic of a labyrinth seal in dependence of the geometric parameters and in case of deviation between operation and design

Kultivierung von Produktionszelllinien und Entwicklung effizienter Analytik- und Aufreinigungsverfahren für die Zielproteine

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Ein Beitrag zur Anwendung von Support-Vektor-Maschinen zur robusten nichtlinearen Klassifikation komplexer biologischer Daten

Die vorliegende Arbeit untersucht die Eigenschaften der Support-Vektor-Maschine (SVM) für die Anwendung der Klassifikation komplexer Biosignale. Dabei wird eine Methode zur Erzeugung robuster Klassifikatoren für diese Art von Daten mit Hilfe der SVM vorgestellt. Biologische Daten weisen mehrere Faktoren auf, die eine automatische Klassifikation erschweren. Sie sind von Natur aus stark ungleich verteilt und zeigen starke inter- und intraindividuelle Ausprägungen. Weiterhin weichen die als Belehrungsgrundlage verwendeten Expertenbewertungen bedingt durch die Komplexität der Probleme zu einem bestimmten Grad voneinander ab. Als Basis für die Entwicklung und Erprobung der Methoden werden Schlaf-EEG-Daten verwendet. Die SVM ist eine anerkannte und oft empfohlene Klassifikationsmethode für verschiedene Aufgabenstellungen. So werden im Laufe der Untersuchungen die Vor- und Nachteile dieser Methode beleuchtet. Es finden an allen Schritten der Modellbildung Untersuchungen zu möglichen Optimierungen statt. So kann diese Arbeit zeigen, dass der SVM-Klassifikator stark von den Eigenschaften der ausgewählten Belehrungsdaten abhängig ist. Sowohl die Komplexität als auch die resultierende Klassifikationsgüte werden hierdurch stark beeinflusst. Es wird anhand künstlicher Probleme anschaulich gezeigt, wie die SVM parameterabhängig auf ungleichverteilte und untypische Daten reagiert. Als Konsequenz dessen wird eine zusätzliche Bearbeitung der Belehrungsdaten zur Modelloptimierung eingeführt. Durch den hierbei entwickelten Algorithmus, dem DiLa-Filter, stellt diese Arbeit eine neuartige und universelle Methode zur Datenfilterung vor und belegt dessen Funktion an realen Daten. Weiterhin wird ein neuer multikriterieller genetischer Algorithmus zur Parameteroptimierung, der SIGA, beschrieben. Dieser kann durch den Einsatz einer neuen genetischen Operation, der Immigration, zur verbesserten Konvergenz der genetischen Algorithmen beitragen. Liegen statistische Abhängigkeiten zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Klassifikationen vor, so können diese zum einen in einer kontextbasierten Vorhersage angewendet und zum anderen für die Kombination mehrerer SVM-Modelle (Bagging) genutzt werden. Somit wird eine Methode zur Erzeugung robuster Klassifikatoren mit Hilfe der SVM vorgestellt. Die Einbindung der SVM auf eine ressourcenarme Plattform zeigt die Restriktionen für den Einsatz der SVM für mobile Anwendungen. Die erzielten Resultate werden direkt mit Ergebnissen der Klassifikation durch neuronale Netze verglichen. Dabei schneiden die Netze in fast allen Gütekriterien besser ab. Die These, die SVM sei ein Ersatz für die neuronalen Netze, kann widerlegt werden. Aus den in dieser Arbeit erlangten Erkenntnissen werden weitere Forschungsfragen für zukünftige Arbeiten formuliert.This thesis analyzes the characteristics of the Support Vector Machine (SVM) for the classification of complex biosignals. An approach for the generation of robust classifiers for such kind of data using the SVM is presented. Biological data exhibit several factors that complicate automatic classification processes. They are distributed in a highly imbalanced way and show many inter- and intra-individual variations. Furthermore, the expert scorings as base of supervised learning can differ to a certain extent, caused by the complexity of the problems. In the validation step we focus on sleep EEG data to verify the developed method. The SVM is a recognized and recommended method for a variety of application tasks. In analyzing the SVM, the advantages and disadvantages of this method are highlighted. Moreover, this work will address optimizations in all stages of the modeling. This thesis demonstrates, that the SVM classifier strongly depends on the characteristics of chosen training data, influencing both, the complexity and the resulting classification quality. Based on artificial problems it illustrates, how the SVM deals with imbalanced and untypical data depending on the SVM-parameter. As a consequence, training data are modified to optimize the model. With the developed algorithm, the DiLa filter, this thesis presents a novel and universal method for data filtering and proves its performance, using real data. Furthermore a new multi-criteria genetic algorithm for parameter optimization, the SIGA, is integrated. Introducing a new genetic operation, the immigration, this algorithm improves the convergence of genetic algorithms. When statistical dependencies between consecutive classifications are available, these in turn can be applied for context-based prediction on the one hand and can be used for the combination of several SVM-classifiers (Bagging) on the other hand. As a result, an approach for the generation of robust classifiers using the SVM is presented. The implementation of SVM software in an embedded resource-limited platform shows the restrictions for the use of SVM for mobile applications. The achieved results are directly com-pared with the results of the neural networks. Thereby the neural networks obtain better results in almost any quality criteria. The hypothesis that the SVM replaces neural networks can thus be disproven. From the findings of this thesis future research questions are identified

Modellierungskonzept zur integrierten Planung und Simulation von Produktionsszenarien entwickelt am Beispiel der CFK-Serienfertigung

The industrialization of CFRP production demands for new planning and engineering tools in order to develop more efficient production processes and higher automated production systems. This thesis presents a new concept for digital production engineering in the context of digital factory, which is focused on the integrated planning and simulation of complex production scenarios. As approach of model-driven engineering, a domain-specifc modeling language and a factory data model are developed in order to generate models of material flow simulation. Thereby, major challenges of digital CFRP production engineering are different technology readiness levels, complex routings of tools and materials as well as the consideration of rework and autoclave processes. These challenges motivated the development of an eight level modeling concept called GRAMOSA, which integrates the management of alternative production scenarios and focusses on an integrated production and logistics planning