A Case for Integrated Data Processing in Large-Scale Cyber-Physical Systems

Large-scale cyber-physical systems such as manufacturing lines generate vast amounts of data to guarantee precise control of their machinery. Visions such as the Industrial Internet of Things aim at making this data available also to computation systems outside the lines to increase productivity and product quality. However, rising amounts and complexities of data and control decisions push existing infrastructure for data transmission, storage, and processing to its limits. In this paper, we exemplarily study a fine blanking line which can produce up to 6.2 Gbit/s worth of data to showcase the extreme requirements found in modern manufacturing. We consequently propose integrated data processing which keeps inherently local and small-scale tasks close to the processes while at the same time centralizing tasks relying on more complex decision procedures and remote data sources. Our approach thus allows for both maintaining control of field-level processes and leveraging the benefits of “big data” applications

Higher Education Landscape 2030

This open access Springer Brief provides a systematic analysis of current trends and requirements in the areas of knowledge and competence in the context of the project “(A) Higher Education Digital (AHEAD)—International Horizon Scanning / Trend Analysis on Digital Higher Education.” It examines the latest developments in learning theory, didactics, and digital-education technology in connection with an increasingly digitized higher education landscape. In turn, this analysis forms the basis for envisioning higher education in 2030. Here, four learning pathways are developed to provide a glimpse of higher education in 2030: Tamagotchi, a closed ecosystem that is built around individual students who enter the university soon after secondary education; Jenga, in which universities offer a solid foundation of knowledge to build on in later phases; Lego, where the course of study is not a monolithic unit, but consists of individually combined modules of different sizes; and Transformer, where students have already acquired their own professional identities and life experiences, which they integrate into their studies. In addition, innovative practice cases are presented to illustrate each learning path

Kupfer als Pflanzenschutzmittel unter besonderer Berücksichtigung des Ökologischen Landbaus

In den vergangenen 15 bis 20 Jahren hat der Öko-Landbau erhebliche Anstrengungen sowohl bei der Suche nach Kupferalternativen im Pflanzenschutz als auch bei der Minimierung der eingesetzten Kupfermengen unternommen. Allerdings sind bislang und in naher Zukunft keine Präparate oder Verfahren in Sicht, die einen annährend gleichwertigen Ersatz für Kupfer darstellen könnten. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass ein gleichwertiger Ersatz nicht durch einen einzelnen Wirkstoff zu schaffen ist, wenn nicht ausgeschlossen werden kann, dass die betreffenden Schaderreger innerhalb kurzer Zeit Resistenzen gegenüber einem solchen Wirkstoff bilden. Unbenommen von allen Schwierigkeiten muss aber die Erforschung von Kupferersatzstoffen und -verfahren forciert werden. In der Vergangenheit hat der Öko-Landbau gezeigt, dass neue Möglichkeiten zur Reduktion von Kupfer im Pflanzenschutz wie der Anbau pilzwiderstandsfähiger Sorten, der Einsatz von verbesserten Prognosemodellen, das Vorkeimen der Saatkartoffeln, die Sortenwahl, neue Applikationstechniken sowie der kombinierte Einsatz von Tonerdenpräparaten schnell und erfolgreich im Sinne einer Einsatzminimierung von der Öko-Praxis übernommen wurden. Die in den Untersuchungen und Modellen ermittelte akute und chronische Toxizität auf Bodenorganismen oder auf Vögel und Kleinsäuger deckt sich häufig nicht mit wissenschaftlichen Untersuchungen und Beobachtungen in der Praxis. Auch wird beispielsweise im Öko-Hopfenanbau, aber nicht nur dort, beobachtet, dass eine Anreicherung bei den im Öko-Anbau üblichen Kupferaufwandmengen und begleitenden Maßnahmen wie die Kompostierung und Verteilung von Hopfenhäcksel auf anderen Flächen sich häufig nicht zeigt. Daraus leiten sich Fragen ab, die es unbedingt wissenschaftlich zu untersuchen gilt. Bei einem Verzicht auf Kupfer als Pflanzenschutzmittel im Öko-Anbau beim derzeitigen Stand der Technik und des Wissens sowie unter den hiesigen klimatischen Bedingungen wären, abhängig von der Kultur, hohe Ertragsund Qualitätsausfälle bis hin zum Totalausfall unvermeidbar. Beispielsweise würden die nachgewiesenen Ausfälle im ökologischen Gemüse- und Zierpflanzenbau bei 10 bis 15 %, bei Öko-Kartoffeln im Schnitt bei etwa 15 bis 20 % und im ökologischen Hopfen-, Wein- und Obstbau bei ca. 50 bis 100 % liegen. Damit kommt der Möglichkeit, Kupfer als Pflanzenschutzmittel im Öko-Anbau einzusetzen, eine ernorm große wirtschaftliche Bedeutung zu. Aber auch im konventionellen Anbau, ist die Bedeutung von Kupfer als Mittel zur Resistenzvermeidung sehr hoch

Systematic investigation of a family of gradient-dependent functionals for solids

Eleven density functionals are compared with regard to their performance for the lattice constants of solids. We consider standard functionals, such as the local-density approximation and the Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) generalized-gradient approximation (GGA), as well as variations of PBE GGA, such as PBEsol and similar functionals, PBE-type functionals employing a tighter Lieb-Oxford bound, and combinations thereof. Several of these variations are proposed here for the first time. On a test set of 60 solids we perform a system-by-system analysis for selected functionals and a full statistical analysis for all of them. The impact of restoring the gradient expansion and of tightening the Lieb-Oxford bound is discussed, and confronted with previous results obtained from other codes, functionals or test sets. No functional is uniformly good for all investigated systems, but surprisingly, and pleasingly, the simplest possible modifications to PBE turn out to have the most beneficial effect on its performance. The atomization energy of molecules was also considered and on a testing set of six molecules, we found that the PBE functional is clearly the best, the others leading to strong overbinding