Effiziente simulationsbasierte Optimierung farbiger stochastischer Petri-Netze

Modelle erleichtern das Verstehen und Verbesserung technischer Systeme. Dabei werden durch Abstraktion komplexer Systeme nur noch wesentliche Bestandteile von Design und Verhalten nachgebildet, das Modell ist damit deutlich leichter handhabbar und verständlicher als das reale System. Durch Anpassung des Modells bzw. seiner Konfiguration wird eine Optimierung des Systems erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht. Optimierung eines Modells bedeutet dabei, aus der Menge aller Systemkonfigurationen diejenige(n) zu bestimmen, für die sich das Modell - und damit später auch das reale System - hinsichtlich bestimmter Bewertungskriterien bestmöglich verhält. Aufgrund zufälliger Einflussgrößen wird das Finden einer optimalen Systemkonfiguration auf konventionellem Wege unmöglich oder zumindest unrealistisch schwer. Hier setzt die indirekte Optimierung durch Simulation an. Ein großes Problem ist dabei der enorme Zeitbedarf von Simulationen. Thema der Arbeit ist die Frage, wie die Effizienz simulationsbasierter Optimierung durch Kombination bekannter und neuer Verfahren erhöht werden kann. Dafür wurde ein neues Verfahren der adaptiven Genauigkeitssteuerung mittels Multiphasen-Optimierung entwickelt. Für die Beantwortung der Frage wurde zunächst ein Analysewerkzeug erstellt, mit dem die verschiedenen Verfahren zur simulationsbasierten Optimierung untersucht werden können. Um auf bisherige Vorarbeiten und Veröffentlichungen am Fachgebiet aufzubauen, wurde für diese Arbeit das Simulationssystem TimeNET verwendet. Als formales Modell für komplexe, diskrete Systeme kommen farbige, stochastische Petri-Netze (Stochastic Colored Petri Nets) zum Einsatz. Typische Probleme simulationsbasierter Optimierung werden betrachtet. Es werden bekannte Verfahren verglichen und ein neues Verfahren vorgestellt, welches den Simulationszeitbedarf in Betracht zieht und damit auf die Anwendung für simulationsbasierte Optimierung zugeschnitten ist. Abschließend werden die Verfahren anhand von SCPN-Simulationen und Benchmarkfunktionen bewertet.Models facilitate the understanding and improvement of technical systems. By abstracting complex systems, only essential components of design and behavior are reproduced, making the model much easier to handle and more understandable than the real system. By adapting the model or its configuration, an optimization of the system is made easier or even possible. Optimization of a model means to determine from the set of all system configurations the one for which the model - and thus later also the real system - behaves best in terms of certain evaluation criteria. Due to random factors, finding an optimal system configuration by conventional means, e.g. through (Mixed Integer) Linear Programming often is impossible or at least unrealistic hard. This is where indirect optimization through simulation comes into play. A big challenge is the amount of time required by simulations. Topic of this thesis is increasing the efficiency of simulation-based optimization by combining well known and new methods. For this purpose, a new method of adaptive accuracy control using multi-phase optimization has been developed and integrated into a prototype software tool. To build on previous work and publications, the simulation system TimeNET was used for this work. Therefore (Stochastic Colored Petri Nets) are used as a formal model for complex, discrete systems. Typical problems of simulation-based optimization are considered. Known methods are compared and a new method is presented, which takes into account the required simulation time and thus is tailored to simulation-based optimization. Finally, the presented methods are evaluated using SCPN simulations and benchmark function

Development and Application of a Complete Active Space Spin‐Orbit Configuration Interaction Program Designed for Single Molecule Magnets

We present a spin-orbit configuration interaction program which has been tailored for the description of the magnetic properties of polynuclear metal complexes with partially filled d- and f-shells. The spin-orbit operators are directly included in the configuration interaction program based on Slater-determinants. The lowest states are obtained by a Block-Davidson-type diagonalisation. The usage of localised active orbitals enables the construction of start vectors from tensor products of single-center wave functions that already include spin-orbit interaction. This allows for an analysis of the role and the interplay of the different metal centres. Furthermore, in case of weak coupling of the metal centres these tensor products are already close to the final wave functions ensuring fast convergence. In combination with a two-layer hybrid parallelisation, this makes the program highly efficient. Based on the spin-orbit coupled wave functions, magnetic D-tensors, g-tensors and temperature-dependent susceptibilities can be calculated. The applicability and performance of the program is shown exemplarily on a trinuclear transition metal (Co$^{II}$V$^{II}$Co$^{II}$) complex

Simulatory investigations for the employment of the CELL processor for filter and control algorithms

The nano-positioning and nano-measuring machine, developed by the Special research range 622 of the TU-Ilmenau, serves the measurement of structures in the nanometer range as well as their manipulation.In this work it was examined to what extent the CELL processor can be applied for the use as core of the data processing and control unit of the NPMM.Therefor different control-algorithms of these NPMM were examined and implemented for the CELL processor (IBM). Subsequently, these algorithms were optimied by utilization of CELL specific architecture, e.g. by utilization of the SPUs (coprocessors of the CELL). Emphasis of the work is the investigation of the up-to-date used PID-control-algorithm as well as the DNLR-friction-model for the prognosis of the current frictional force in the nanometer range.All these investigations were accomplished on a simulated CELL processor. For this the Full system simulator by IBM was used.Die Nanopositionier- und Nanomessmaschine, entwickelt am Sonderforschungsbereich 622 der TU-Ilmenau, dient der Messung von Strukturen im Nanometerbereich sowie deren Manipulation. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit der CELL-Prozessor für die Verwendung als Kern der Datenverarbeitungs- und Steuereinheit der NPMM zum Einsatz kommen kann. Hierzu wurden verschiedene Steueralgorithmen dieser NPMM untersucht und für den CELL-Prozessor von IBM implementiert. Anschließend wurde versucht diese Algorithmen unter Ausnutzung der CELL-spezifischen Architektur zu optimieren, z. B. durch Ausnutzung der SPUs (Co-Prozessoren des CELL). Schwerpunkt der Arbeit ist die Untersuchung des aktuell verwendeten PID-Regelalgorithmus sowie des DNLRX-Reibmodells zur Prognose der aktuellen Reibkraft im Nanometerbereich. All diese Untersuchungen wurden auf einem simulierten CELL-Prozessor durchgeführt. Hierfür wurde der Full-System-Simulator von IBM verwendet.Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 200

TimeNET Optimization Environment

In this paper a novel tool for simulation-based optimization and design-space exploration of Stochastic Colored Petri nets (SCPN) is introduced. The working title of this tool is TimeNET Optimization Environment (TOE). Targeted users of this tool are people modeling complex systems with SCPNs in TimeNET who want to find parameter sets that are optimal for a certain performance measure (fitness function). It allows users to create and simulate sets of SCPNs and to run different optimization algorithms based on parameter variation. The development of this tool was motivated by the need to automate and speed up tests of heuristic optimization algorithms to be applied for SCPN optimization. A result caching mechanism is used to avoid recalculations

Development and Application of a Complete Active Space Spin-Orbit Configuration Interaction Program Designed for Single Molecule Magnets

We present a spin-orbit configuration interaction program which has been tailored for the description of the magnetic properties of polynuclear metal complexes with partially filled d- and f-shells. The spin-orbit operators are directly included in the configuration interaction program based on Slater-determinants. The lowest states are obtained by a Block-Davidson-type diagonalisation. The usage of localised active orbitals enables the construction of start vectors from tensor products of single-center wave functions that already include spin-orbit interaction. This allows for an analysis of the role and the interplay of the different metal centres. Furthermore, in case of weak coupling of the metal centres these tensor products are already close to the final wave functions ensuring fast convergence. In combination with a two-layer hybrid parallelisation, this makes the program highly efficient. Based on the spin-orbit coupled wave functions, magnetic D-tensors, g-tensors and temperature-dependent susceptibilities can be calculated. The applicability and performance of the program is shown exemplarily on a trinuclear transition metal (CoIIVIICoII) complex

Verfahren zum Einstellen der Emission einer OLED

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Emission einer OLED (1), umfassend ein Substrat (2), auf welchem mindestens folgende Schichten abgeschieden werden: eine erste Elektrodenschicht (3), mindestens eine organische Schicht (4) und eine zweite Elektrodenschicht (5), wobei nach dem Abscheiden der mindestens einen organischen Schicht (4), die OLED (1) zumindest in einem Flächenbereich mit beschleunigten Elektronen eines Elektronenstrahls (7) beaufschlagt wird

Realization of RGB colors from top‐emitting white OLED by electron beam patterning

We demonstrate the realization of red, green, and blue colors from top-emitting white organic light-emitting diode (OLED) for display applications. In our approach, red, green, and blue colors are realized by microcavity-based mode selection from the spectrum of a white OLED. For the tuning of individual microcavities, the OLED hole transport layer is patterned by an electron beam process

P-175: Direct electron beam micropatterning and thermal annealing of organic light emitting devices

An approach for direct electron beam micropatterning is presented, whereby the emission of an organic light-emitting diode (OLED) can be modified at high-resolution by using a focused electron beam through its encapsulation. By subsequent thermal annealing it is possible to tune the optical and electrical properties of the OLED