Eine Schnittstelle für dynamische Objektstrukturen für Entwurfsanwendungen

Trotz der langjährigen Erfahrung bei der Anwendung objektorientierter Konzepte bei der Modellierung von Gebäuden ist es bisher nicht gelungen, ein allgemein anerkanntes Gebäudemodell im Rechner abzubilden. Das mag zum einen daran liegen, daß die Standardisierung eines solchen Modells bis heute zu keinem Abschluß gekommen ist. Zum anderen aber scheint vor allem die Problematik der Abbildung eines solchen Gebäudemodells in das Objektmodell einer Programmiersprache bisher unterschätzt worden zu sein. Die erhoffte Durchgängigkeit von objektorientierter Analyse, Entwurf und Programmierung gelingt bei Anwendungen für Entwurfsaufgaben nicht. Das gilt vor allem für Anwendungen, die frühe Entwurfsphasen unterstützen und damit erst zur Definition eines Gebäudemodells beitragen. Im Bereich der Softwareentwicklung wird das Konzept des Objektes als Ordnungsbegriff zur Strukturierung von Softwaremodulen benutzt. Die Übertragung dieser Ordnung in die Welt des Ingenieurs oder Architekten zur Bezeichnung eines konkreten Elements aus einem Modell (Raum 42 aus der Menge aller Räume des Gebäudes Blumenstraße 7) kann daher nur zu begrenzten Erfolgen führen. Aus der Analyse der Widersprüchlichkeit des Objektbegriffs zwischen Softwareentwickler (Programmierer) und Softwareanwender (Ingenieur, Architekt) wird im folgenden ein Laufzeitsystem für dynamische Objektstrukturen entwickelt, das es dem Softwareentwickler erlaubt, sowohl auf die Struktur als auch auf die Ausprägung eines Modells zuzugreifen. Dem Softwareanwender können damit Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden, die es ihm gestatten, Gebäudemodelle zu definieren. Das Laufzeitsystem enthält zum einen eine Reihe von Klassen, die es ermöglichen, die Struktur von Anwenderobjekten dynamisch zu beschreiben und zu analysieren. Eine zweite Art von Klassen erlaubt das Erzeugen und Verändern von Anwenderobjekten, die diesen Strukturen entspreche

FLEXOB - Entwicklungstool für dynamische, modellbasierte CAD-Systeme

Objektorientierte Modellierungstechniken werden gegenwärtig vor allem Entwicklern von CAD-Systemen angeboten. Sie erzeugen über die Schritte OO-Modellanalyse und OO-Softwaredesign OO-Programme, die mit ihrer Compilation das durch den Softwareingenieur gefundene Modell festschreiben. Generell, aber insbesondere im Bauwerksdesign, ist dieses Vorgehen unbefriedigend, da hier eine Normung von Modellen nicht gelingt, der Entwurfsprozeß vergleichsweise lang ist und eine Kooperation von Ingenieurgewerken mit verschiedenen Modelldomänen die Regel sind. Darüber hinaus weisen die Modelle in frühen Phasen ein hohes Maß an Unschärfe und Abstraktion auf. CAD-Tools, die diese Phasen unterstützen, benötigen deshalb: statt eines genormten Produktmodells ein einheitliches, kognitiv begründetes Modellstrukturierungsparadigma, für das mit der Objektorientierung eine mögliche Ausprägung gegeben ist, ein explizites, verfügbares Domänenmodell zur fortwährenden Interpretation von Bauwerksmodellen, deskriptive Elemente, die die Interpretation von Objekten und Attributen erleichtern, ein Konzept zur Behandlung von Unschärfe und Abstraktion. Hieraus ergeben sich für die Entwicklung von CAD-Systemen folgende Forderungen : Explizite Verfügbarkeit von Klassenobjekten und deren Erzeugung und Veränderung zur Laufzeit, Vererbung auf Klassen- und Instanzniveau, Erweiterte Attributkonzepte (Facetten), Unterstützung der Aggregation als einer wesentlichen Modellstrukturierungsrelation, Verfügbarkeit von OO-Schnittstellen zum Aufbau von CAD-Systemen aus Tools einerseits, sowie zur Trennung von Modellverwaltung und Modellrepräsentation andererseits. Als ein herausragendes Merkmal des Objektorientierten Paradigmas wird die Anwendungsnähe genannt, da Erscheinungen der behandelten Domäne sich analog in Modellen und Programmen wiederfinden (sollen). Unter der Grundannahme, daß dieses Paradigma auch durch den Anwender zur Erstellung seiner Modellwelten verwendet wird, will FLEXOB eine homogene Umgebung schaffen, die die Modellwelt des Softwareingenieurs zu Analysezwecken dem Anwender zur Verfügung stellt und die die Erweiterung dieser Modellwelt auf deskriptivem Niveau ermöglicht. Das Tool FLEXOB und einige wesentliche Implementationsdetails werden im Beitrag vorgestellt. Es handelt sich bei diesem Tools um eine C++ Klassenbibliothek, die entweder als Objektmodul oder als Windows-DLL verwendet werden kann. Aspekte des Nutzungsregimes solch flexibler Modellverwaltungen werden im Beitrag ebenfalls angespochen

Generalised models and computer aided modelling in early stages of architectural design

Die Arbeit befaßt sich mit der Konzeption und exemplarischen Realisierung von CAD-Tools zur Unterstützung des konzeptionellen Entwurfs von Gebäuden. Die Spezifik des Bauentwurfs macht eine Analyse des Arbeitsfelds "früher architektonischer Entwurf" aus Sicht der Informationsverarbeitung nichtig. Auf der Grundlage einer Untersuchung des Entwurfsprozesses aus pragmatischer und kognitiver Sicht wird ein generisches Prozeßmodell "Entwurf" abgeleitet und mit Beispielen belegt. Ausgehend von der Auffassung, daß Entwerfen der Prozesse das Vorausdenken von Bauwerken in Modellen ist, wird die "objektorientierte Modellierungstechnologie" einer eingehenden Bewertung unterzogen. Ihre methodische Eignung zur modellhaften Abbildung von Bauwerken wird grundsätzlich nachgewiesen. Mit Blick auf die spezifischen Gegebenheiten der frühen Entwurfsphasen, wie Unschärfe und nicht formalisiert darstellbarer Informationen, werden einige Erweiterungen vorgeschlagen und experimentiert. Ziel der Arbeit ist es, ein multipel und über lange Zeiträume auswertbares Bauwerksmodell zu schaffen, um Planungsprozesse über den gesamten Bauwerkslebenszyklus durchgängig zu unterstützen. Grundlage des Entwerfens mittels der objektorientierten Methodik sind generalisierte Domänenmodelle. Es wird gezeigt, daß für eine Interpretation konkreter Bauwerksmodelle die generalisierten Domänenmodelle entweder zu normieren sind oder aber daß sie explizit verfügbar sein müssen. Die Objektorientierung bietet die Möglichkeit, sowohl konkrete als auch generalisierte Modelle in einem einheitlichen Metamodell zu beschreiben...The doctoral thesis deals with the conception for CAD-Tools especially for the early phases of architectural design. Some prototypical implementations make the concept clear. Buildings are a special matter for design activities. That is the reason why an analysis is necessary especially for the early design stages. The objective of that analysis is that CAD-tools for this design stage can be implemented. The topic "design" has two aspects: the design process and the object models. An examination of the design process is the basis for the suggested "generic design Process model". The starting point for the examination is the pragmatic process model on the one hand and the cognitive process model on the other hand. The "generic process model" consists of "atomic design activities" which are illustrated by examples. Starting with the thesis architectural design is a process to plan a building in advance with help of models, the object oriented modelling technology is thoroughly evaluated. The suitability of the method is generally proofed for the representation of buildings by analogical models. Models in early phases of architectural design have some special features like fuzziness, abstraction and unformaliseable information. As regards these special features, some extensions of the modelling method are suggested and experimentally evaluated. The objective of this work is to support planning and management processes during the whole building life cycle. Therefore the models have to be structured in a way that it becomes possible to interpret and evaluate building models during this long period. Generalised domain models are the basis for a design with the help of the object oriented design method. For an interpretation of a model for an existing or virtual building it is necessary either to standardise the domain model or to provide an explicit, accessible domain model. The object oriented paradigm provides the possibility to describe both generalised models (knowledge) and their instanciation (concrete building models)..

Vorgehensmodelle als Basis der Gestaltung durchgaengiger CAD-Systeme

Für die Gestaltung einer durchgängigen Unterstützung des Entwurfsprozesses stehen gegenwärtig deskriptive Modelle der Entwurfsobjekte im Mittelpunkt der Untersuchungen. Diese Modelle gestatten das Ableiten von Repräsentationen sowie eine Weitergabe von Entwurfsergebnissen. Pragmatische Gliederungen des Entwurfsprozesses unterteilen diesen nach organisatorischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten (Planbarkeit und Abrechenbarkeit) in eine Sequenz von Entwurfsphasen (HOAI). Diese Gliederungen berücksichtigen nicht das WIE des eigentlichen modellkreierenden Schaffensprozesses. Für ein echtes CADesign bildet dessen Klärung jedoch die erforderliche Voraussetzung. Im Beitrag wird dazu von einem vereinheitlichten Set generischer Entwurfsaktionen ausgegangen. Auch dann, wenn die verschiedenen Entwurfsphasen und die Entwurfshandlungen der einzelnen Ingenieurgewerke mit spezifische Entwurfsmodellen verbunden werden, besteht damit eine Grundlage zur methodischen Fundierung entsprechender CAD-Tools. Die methodische Verfahrensweise ähnelt der, die in Form von Styleguides zur Gestaltung von 'Graphical User Interfaces' vorgeschlagen wird. Wesentliche praktische Benutzungen solche Basisaktivitäten ergeben sich für: die Systematisierung computergestützter Entwurfshandlungen, insbesondere durch Erweiterung des deskriptiven um ein operationales Modell sowie deren erweiterte Interpretierbarkeit die Erzeugung wissensbasierter Werkzeuge zur automatischen Modellgenerierung/-konfiguration die Implementation von leistungsfähigen UNDO- bzw. TMS-Mechanismen

Nearly diffraction limited FTIR mapping using an ultrastable broadband femtosecond laser tunable from 1.33 to 8 µm

Micro-Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy is a widespread technique that enables broadband measurements of infrared active molecular vibrations at high sensitivity. SiC globars are often applied as light sources in tabletop systems, typically covering a spectral range from about 1 to 20 µm (10 000 - 500 cm−1) in FTIR spectrometers. However, measuring sample areas below 40x40 µm2 requires very long integration times due to their inherently low brilliance. This hampers the detection of ultrasmall samples, such as minute amounts of molecules or single nanoparticles. In this publication we extend the current limits of FTIR spectroscopy in terms of measurable sample areas, detection limit and speed by utilizing a broadband, tabletop laser system with MHz repetition rate and femtosecond pulse duration that covers the spectral region between 1250 - 7520 cm−1 (1.33 - 8 µm). We demonstrate mapping of a 150x150 µm2 sample of 100 nm thick molecule layers at 1430 cm−1 (7 µm) with 10x10 µm2 spatial resolution and a scan speed of 3.5 µm/sec. Compared to a similar globar measurement an order of magnitude lower noise is achieved, due to an excellent long-term wavelength and power stability, as well as an orders of magnitude higher brilliance

High‐performance carbon fibers prepared by continuous stabilization and carbonization of electron beam‐irradiated textile grade polyacrylonitrile fibers

The manufacturing of high‐performance carbon fibers (CFs) from low‐cost textile grade poly(acrylonitrile) (PAN) homo‐ and copolymers using continuous electron beam (EB) irradiation, stabilization, and carbonization on a kilogram scale is reported. The resulting CFs have tensile strengths of up to 3.1 ± 0.6 GPa and Young's moduli of up to 212 ± 9 GPa, exceeding standard grade CFs such as Toray T300. Additionally, the Weibull strength and modulus, the microstructure, and the morphology of these CFs are determined.Dralon Gmb

Biomass residues as twenty-first century bioenergy feedstock—a comparison of eight integrated assessment models

In the twenty-first century, modern bioenergy could become one of the largest sources of energy, partially replacing fossil fuels and contributing to climate change mitigation. Agricultural and forestry biomass residues form an inexpensive bioenergy feedstock with low greenhouse gas (GHG) emissions, if harvested sustainably. We analysed quantities of biomass residues supplied for energy and their sensitivities in harmonised bioenergy demand scenarios across eight integrated assessment models (IAMs) and compared them with literature-estimated residue availability. IAM results vary substantially, at both global and regional scales, but suggest that residues could meet 7–50% of bioenergy demand towards 2050, and 2–30% towards 2100, in a scenario with 300 EJ/year of exogenous bioenergy demand towards 2100. When considering mean literature-estimated availability, residues could provide around 55 EJ/year by 2050. Inter-model differences primarily arise from model structure, assumptions, and the representation of agriculture and forestry. Despite these differences, drivers of residues supplied and underlying cost dynamics are largely similar across models. Higher bioenergy demand or biomass prices increase the quantity of residues supplied for energy, though their effects level off as residues become depleted. GHG emission pricing and land protection can increase the costs of using land for lignocellulosic bioenergy crop cultivation, which increases residue use at the expense of lignocellulosic bioenergy crops. In most IAMs and scenarios, supplied residues in 2050 are within literature-estimated residue availability, but outliers and sustainability concerns warrant further exploration. We conclude that residues can cost-competitively play an important role in the twenty-first century bioenergy supply, though uncertainties remain concerning (regional) forestry and agricultural production and resulting residue supply potentials. © 2019, The Author(s)

Melt-spinning of an intrinsically flame-retardant polyacrylonitrile copolymer

Poly(acrylonitrile) (PAN) fibers have two essential drawbacks: they are usually processed by solution-spinning, which is inferior to melt spinning in terms of productivity and costs, and they are flammable in air. Here, we report on the synthesis and melt-spinning of an intrinsically flame-retardant PAN-copolymer with phosphorus-containing dimethylphosphonomethyl acrylate (DPA) as primary comonomer. Furthermore, the copolymerization parameters of the aqueous suspension polymerization of acrylonitrile (AN) and DPA were determined applying both the Fineman and Ross and Kelen and Tüdõs methods. For flame retardancy and melt-spinning tests, multiple PAN copolymers with different amounts of DPA and, in some cases, methyl acrylate (MA) have been synthesized. One of the synthesized PAN-copolymers has been melt-spun with propylene carbonate (PC) as plasticizer; the resulting PAN-fibers had a tenacity of 195 ± 40 MPa and a Young’s modulus of 5.2 ± 0.7 GPa. The flame-retardant properties have been determined by Limiting Oxygen Index (LOI) flame tests. The LOI value of the melt-spinnable PAN was 25.1; it therefore meets the flame retardancy criteria for many applications. In short, the reported method shows that the disadvantage of high comonomer content necessary for flame retardation can be turned into an advantage by enabling melt spinning

Melt spinning of propylene carbonate‐plasticized poly(acrylonitrile)‐co‐poly(methyl acrylate)

The primary use of poly(acrylonitrile) (PAN) fibers, commonly referred to as acrylic fibers, is in textile applications like clothing, furniture, carpets, and awnings. All commercially available PAN fibers are processed by solution spinning; however, alternative, more cost‐effective processes like melt spinning are still highly desired. Here, the melt spinning of PAN‐co‐poly(methyl acrylate) (PMA) plasticized with propylene carbonate (PC) at 175°C is reported. The use of methyl acrylate (MA) as comonomer and PC as an external plasticizer renders the approach a combination of internal and external plasticization. Various mixtures of PAN and PC used in this work were examined by rheology, subjected to melt spinning, followed by discontinuous and continuous washing, respectively. The best fibers were derived from a PAN‐co‐PMA copolymer containing 8.1 mol‐% of MA having a number‐average molecular weight Mn of 34 000 g/mol, spun in the presence of 22.5 wt.‐% of PC. The resulting fibers were analyzed by scanning electron microscopy and wide‐angle X‐ray scattering (WAXS), and were subjected to mechanical testing.Dralon Gmb