TY - THES A1 - Holy, Felix T1 - Dynamische Simulationen und experimentelle Untersuchungen zur Entwicklung einer Hochtemperatur-Carnot-Batterie T1 - Dynamic simulations and experimental investigations for the development of a high-temperature Carnot battery N2 - Die Energiewende erfordert flexible, effiziente und wirtschaftlich tragfähige Speicherlösungen, um den stetig wachsenden Anteil erneuerbarer Energien systemdienlich zu integrieren. Carnot-Batterien (CB) bieten hierfür ein vielversprechendes Konzept zur sektorenübergreifenden Speicherung elektrischer Energie in Form thermischer Energie mit anschließender Rückverstromung. Insbesondere Hochtemperatur-Carnot-Batterien (HTCB) mit Speichertemperaturen über 1.000 °C zeichnen sich durch hohe Energiedichten, ein hohes exergetisches Potenzial und eine kostengünstige Systemarchitektur aus leicht verfügbaren Speichermaterialien aus. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Entwicklung, experimentellen Untersuchung und dynamischen Simulation eines solchen HTCB-Systems. Hierzu wird ein neuartiger Hochtemperaturspeicher (HTS) mit horizontaler Durchströmung und integrierter elektrischer Beladung entworfen, der Beladetemperaturen bis 1.200 °C erreicht und eine thermische Kapazität von etwa 10 MWh aufweist. Die Rückverstromung erfolgt über einen extern beheizten Gasturbinenprozess mit einer Mikrogasturbine im elektrischen Leistungsbereich von 30 kW. Unter Voraussetzung eines atmosphärisch betriebenen HTS erweist sich diese Prozessführung im stationären und thermodynamischen Vergleich zu alternativen Gasturbinenprozessen als besonders geeignet. Im experimentellen Betrieb wird eine 45-stündige Rückverstromung der zuvor im HTS gespeicherten thermischen Energie demonstriert. Dabei werden elektrische Wirkungsgrade von bis zu 16,5 % sowie Gesamtwirkungsgrade von bis zu 60,0 % unter Berücksichtigung der ausgespeisten Wärme gemessen. Im Fokus der Arbeit liegt die Entwicklung eines flexiblen und physikalisch-deterministischen Simulationsmodells der HTCB, das alle wesentlichen Komponenten auch im Off-Design abbildet. Unter anderem wird für die dynamische Modellierung des HTS und der Wärmeübertrager ein innovativer numerischer Ansatz zur Berücksichtigung der Wandtemperaturprofile entwickelt. Die Parametrisierung und der Abgleich mit umfangreichen experimentellen Messdaten ermöglichen eine Anpassung und Validierung des Gesamtmodells der HTCB. Das Ergebnis ist ein digitaler Zwilling der Versuchsanlage, der realitätsnah das dynamische Systemverhalten abbildet und als Grundlage für die Betriebs- und Designoptimierung der HTCB dient. Mit der aufgezeigten Drehzahloptimierung der Mikrogasturbine und dem entwickelten Beladungsmanagement des HTS lassen sich mit der Versuchsanlage elektrische Round-Trip Efficiencies von 14,1 % und Gesamtwirkungsgrade von 61,9 % im PV-Strom geführten Tageszyklus erzielen. Abschließend wird die Skalierung der HTCB auf industrielle Maßstäbe untersucht. Für HTS-Systeme mit einer Speicherkapazität von 140 MWh in Kombination mit einer Gasturbine im elektrischen Leistungsbereich von 1,8 MW werden eine elektrische Round-trip Efficiency von etwa 29 % und Gesamtwirkungsgrade bis 84 % prognostiziert. N2 - The energy transition requires flexible, efficient, and economically viable storage solutions to integrate the steadily growing share of renewable energy in a system-compatible manner. Carnot batteries (CB) offer a promising concept for cross-sectoral storage of electrical energy in the form of thermal energy with subsequent reconversion to electricity. In particular, high-temperature Carnot batteries (HTCB) with storage temperatures above 1000 °C are characterized by high energy density, high exergetic potential, and a cost-effective system architecture based on readily available storage materials. This work focuses on the development, experimental investigation, and dynamic simulation of such an HTCB system. A novel high-temperature thermal energy storage (HTS) with horizontal flow and integrated electrical charging is designed for this purpose. It reaches charging temperatures of up to 1200 °C and has a thermal capacity of approximately 10 MWh. The reconversion to electricity is realized via an externally heated gas turbine process using a micro gas turbine with a nominal electrical power of 30 kW. Assuming atmospheric operation of the HTS, this process configuration proves particularly suitable compared to alternative gas turbine processes in steady-state and thermodynamic analyses. In experimental operation, reconversion of the previously stored thermal energy is demonstrated for 45 hours. Electrical efficiencies of up to 16,5 % and overall efficiencies of up to 60,0 %, including the extraction of useful heat, are achieved. The core of this work is the development of a flexible and physically deterministic simulation model of the HTCB that captures all major components, including their off-design behavior. Among other contributions, an innovative numerical approach is developed to dynamically model wall temperature profiles in the HTS and heat exchangers. The model is parameterized and validated using extensive experimental data. The result is a digital twin of the pilot plant that realistically reflects the dynamic system behavior and serves as a basis for operational and design optimization. With the implemented speed optimization of the micro gas turbine and the developed charging strategy for the HTS, electrical round-trip efficiencies of 14,1 % and overall efficiencies of 61,9 % can be achieved in a PV-driven daily operation cycle. Finally, the scale-up of the HTCB system to industrial scale is analyzed. For HTS systems with a storage capacity of 140 MWh combined with a gas turbine of 1,8 MW electrical output, electrical round-trip efficiencies of approximately 29 % and overall efficiencies of up to 84 % are projected. KW - Hochtemperaturspeicher KW - Gasturbine KW - Simulation KW - Dynamik KW - Speicher KW - High temperature energy storage KW - Gas turbine KW - Dynamics KW - Simulation KW - Elektrischer Speicher KW - Hochtemperatur KW - Gasturbine KW - Simulation KW - Digitaler Zwilling KW - Optimierung Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-72020 ER - TY - THES A1 - Babel, Christoph Josef T1 - Virtual evaluation of car body panel surfaces T1 - Virtuelle Bewertung von Karosserieoberflächen N2 - The progression of the automotive industry has introduced a slew of complex designs to meet the personalized style expressions of consumers. However, these intricate designs in premium automobiles present significant manufacturing challenges, especially in detecting and prioritizing the varying severities of cosmetic surface defects. Traditionally, defect identification is performed at the end of the development phase, which is a costly and time-consuming process. This thesis seeks to enhance early defect detection efficiency in the concept phase using artificial intelligence (AI). Through examination of unpainted parts, auditors’ perceptual practices, and deep draw simulations, the research aims to establish a virtual prediction method to accurately classify surface defects. The findings of this thesis prove that the geometry of unpainted parts sufficiently predicts potential defects post-painting, refuting the need for physical painted part analysis. The identification process adopted by auditors, grounded in analyzing light distortions on surfaces, is replicated within a neural network. Furthermore, by incorporating physiological optical aspects, the thesis improves the virtual representation of defects, creating a visible and analyzable dataset for AI algorithms. The accuracy of the neural networks trained on such datasets is substantiated by the successful translation of auditors’ classification methods into a machine learning environment. In particular, a machine learning approach using Random Forest (RF) algorithms excelled in prefiltering areas of interest based on curvature and strain values. A convolutional recurrent neural network (CRNN) is developed to classify the severity of defects, with the introduction of an annotation application to label data by experts. The CRNN demonstrated a remarkable accuracy of 86 % in classifying defect severity based on simulation data. Moreover, the study assessed the frame-by-frame localization of defects, where the PatchCore anomaly detection algorithm proves optimal, achieving an F1 Score of 0.86. Overall, the research successfully shows the transferability of expert auditors’ perception into a neural network architecture, highlighting the feasibility of implementing AI in early phases of automotive design to predict and classify defects, which has the potential to significantly reduce development costs and improve manufacturing efficiency. N2 - Die Entwicklung in der Automobilindustrie hat eine Vielzahl komplexer Designs hervorgebracht, um den individuellen Stilvorstellungen der Verbraucher gerecht zu werden. Diese anspruchsvollen Designs bei Premium-Automobilen stellen jedoch eine große Herausforderung für die Herstellung mittels des Umformverfahrens Tiefziehen dar. Insbesondere für die Erkennung und Priorisierung der unterschiedlichen Schwere kosmetischer Oberflächenfehler ist nach wie vor Expertenwissen notwendig. Traditionell wird diese Einstufung und Optimierung am Ende der Entwicklungsphase auf Basis von Vorserienfahrzeugen durchgeführt, was bei einer Fehlererkennung zu einem kostspieligen und zeitaufwändigen Prozess führt. In dieser Arbeit wird versucht, die Effizienz der Fehlerfrüherkennung in der Konzeptphase durch den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) zu verbessern. Es wurden die Bewertungsprozesse durch Auditoren anhand von physischen Bauteilen untersucht und in einer KI abgebildet. Dies ermöglicht den Einsatz (nicht nur auf reale Messdaten, sondern auch) auf virtuelle Ergebnisse der Umformsimulation, welche bereits in der Konzeptphase vorliegen, lange bevor das erste reale Bauteil gefertigt wird. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Einfluss der Lackschicht auf das auditäre Bewertungsergebnis untergeordneter Natur ist, wodurch die Notwendigkeit der Modellierung dieser entfällt. Eine Anwendung einer KI-Bewertungsmethodik direkt auf die Umformsimulationsergebnisse ist dadurch möglich. Der Fehleridentifizierungsprozess von Auditoren, der auf der Analyse von Lichtverzerrungen auf lackierten Oberflächen beruht, wird in einem neuronalen Netz nachgebildet. Es wurde eine Methode entwickelt, die eine virtuelle physiologisch-optische Repräsentation des Bewertungsprozesses ist. Dadurch wird ein analysierbarer Datensatz erstellt, welcher als Eingangsgröße für eine Bewertung der Schwere der Oberflächendefekte mittels KI herangezogen werden kann. Die Genauigkeit der auf solchen Datensätzen trainierten neuronalen Netze wird durch die erfolgreiche Übertragung der Klassifizierungsmethoden der Prüfer in eine maschinelle Lernumgebung untermauert. Insbesondere zeichnete sich ein maschineller Lernansatz unter Verwendung eines Random Forest (RF)-Algorithmus durch die Vorfilterung interessanter Bereiche auf der Grundlage von Krümmungs- und Dehnungswerten aus. Zur Klassifizierung der Schwere von Fehlern wird ein Convolutional Recurrent Neural Network (CRNN) entwickelt. Dabei wird eine Annotationsanwendung zur Kennzeichnung von Daten durch Experten eingeführt. Das CRNN erreicht bei der Klassifizierung der Fehlerschwere auf Basis von Simulationsdaten eine Genauigkeit von 86 %. Zusätzlich wird in der Arbeit die Bild-für-Bild-Lokalisierung von Defekten untersucht. Dabei erweist sich der PatchCore-Anomalieerkennungsalgorithmus als optimal und erreicht einen F1-Score von 0,86. Insgesamt zeigt die Arbeit erfolgreich die Übertragbarkeit der Wahrnehmung von Expertenauditoren auf eine neuronale Netzwerkarchitektur. Es unterstreicht die Machbarkeit der Implementierung von KI in frühen Phasen der Automobilentwicklung zur Vorhersage und Klassifizierung von Fehlern. Dies hat das Potenzial, die Kosten erheblich zu senken und die Fertigungseffizienz zu verbessern. KW - Computer vision KW - Neural network KW - Deep draw simulation KW - Rendering KW - Künstliche Intelligenz KW - Maschinelles Lernen KW - Umformsimulation KW - Bildgenerierung KW - Kraftfahrzeugindustrie KW - Produktentwicklung KW - Tiefziehen KW - Fehlererkennung KW - Simulation KW - Künstliche Intelligenz KW - Maschinelles Lernen Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71960 ER - TY - THES A1 - Sobhani, Mona T1 - Investigating the potential of a hybrid quantum-classical approach for prime factorization T1 - Untersuchung des Potentials eines hybriden Quantum-Klassischen Ansatzes für die Primfaktorzerlegung N2 - The RSA algorithm is a fundamental component of secure communication, relying on the computational complexity of factoring large integers into primes. However, Shor’s algorithm proposes that quantum computers could theoretically find these prime factors with exponential speedup, even for large integers. Despite this potential, current quantum computers are not yet capable of breaking RSA. Today’s Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices, which are accessible for experimentation through IBM’s cloud-based platform, enable researchers to test algorithms and investigate the potential quantum advantage given the existing capabilities of quantum computers. This thesis explores a hybrid quantum-classical approach that uses quantum computing for the computationally expensive parts of the problem and a classical optimizer. This study employed IBM’s quantum simulator and real quantum computer to evaluate the effectiveness of the approach. The quantum simulator successfully factorized the number 1048561, while the real quantum computer factorized the number 253. N2 - Der RSA-Algorithmus ist ein grundlegender Bestandteil der sicheren Kommunikation, da er sich auf die Komplexität der Faktorisierung großer ganzer Zahlen in Primzahlen stützt. Der Algorithmus von Shor schlägt jedoch vor, dass Quantencomputer diese Primfaktoren theoretisch mit exponentieller Beschleunigung finden könnten, selbst für große ganze Zahlen. Trotz dieses Potenzials sind aktuelle Quantencomputer noch nicht in der Lage, RSA zu knacken. Die heutigen Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ)-Geräte, die über die Cloud-basierte Plattform von IBM für Experimente zugänglich sind, ermöglichen es Forschern, Algorithmen zu testen und den potenziellen Quantenvorteil angesichts der vorhandenen Fähigkeiten von Quantencomputern zu untersuchen. In dieser Arbeit wird ein hybrider quantenklassischer Ansatz untersucht, der Quantencomputer für die rechenintensiven Teile des Problems und einen klassischen Optimierer verwendet. In dieser Studie wurden der Quantensimulator von IBM und ein echter Quantencomputer eingesetzt, um die Wirksamkeit des Ansatzes zu bewerten. Der Quantensimulator faktorisierte erfolgreich die Zahl 1048561, während der reale Quantencomputer die Zahl 253 faktorisierte. KW - Quantum computing KW - Hybrid quantum-classical approach KW - Prime factorization KW - RSA KW - Variational Quantum Eigensolver KW - Quantencomputing KW - Primenfaktorisierung KW - Hybrider quantum-klassischer Ansatz KW - RSA-Verschlüsselung KW - Primzahlzerlegung KW - Quantencomputer KW - Simulation Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68144 ER - TY - THES A1 - Rizzi, Tommaso T1 - Investigation of the different abstraction levels for the design of RRAM-based systems T1 - Untersuchung der verschiedenen Abstraktionsebenen für das Design von RRAM-basierten Systemen N2 - The great capabilities of modern electronics have brought in any aspect of our life innovations that were inconceivable before. This progress is enabled by a microelectronic market in continuous evolution, where novel solutions are introduced in order to fulfil the increasing requirements in terms of computing speed, energy efficiency, and area miniaturization. Among the various possibilities under the spotlight for thrusting the performance advancement in the next generation of computing systems, major chip manufacturers are carefully investigating emerging Non-Volatile Memory (eNVM) technologies, in particular Resistive Random Access Memory (RRAM). While it was originally studied as an alternative non-volatile memory medium, the research community has soon realized how this family of devices with their tunable resistance can lead to new efficient designs in a variety of applications. The protagonist of the renewed enthusiasm for this technology is the thriving Artificial Intelligence (AI) field, where RRAM can support the fabrication of analogue accelerators. More precisely, the dual nature of an RRAM array as memory block and computing unit has the potential to implement novel hardware solutions that take inspiration from the human brain to efficiently execute Artificial Neural Networks (ANNs). However, the establishment of RRAM devices in the customer market is delayed by the on-going research to optimize the fabrication process. The contrast between the unsettled underlying hardware and the great interest toward emerging RRAM-based designs resulted in a performance gap between the envisioned RRAM systems and the prototyped ones. In order to transition the RRAM technology from the academic research to real-world scenarios, more circuits need to be designed, implemented, and tested. At the same time, the complexity and cost of modern electronics production impose high reliability and performance standard on the fabricated chip that can only be met by a tight link between the circuit-level validation and any stage of the design development. Unfortunately, the available tools to support the designer at the application- and system-level do not generally offer this cross-layer interface. This work investigates how important the electrical validation can be to guide the designer by comparing the circuital reliability aspects of a traditional routing component and an alternative RRAM-based implementation. Moreover, two different approaches are proposed to bridge the gap between the electric domain and the higher abstraction layers. First, SystemC-AMS is analysed as a viable option to include analogue simulations in Electronic System Level (ESL) evaluation. Several optimization techniques are also proposed to improve the framework performance. Finally, a Pytorch/Spectre tool-chain is implemented to enable circuit-level co-simulation during the testing of ANN models. The tool-chain is validated by considering the end-to-end accuracy for two classification tasks, namely MNIST and CIFAR10 datasets. N2 - Die moderne Elektronik hat Innovationen ermöglicht, die zuvor unvorstellbar waren. Dieser Fortschritt wird durch den dynamischen Mikroelektronikmarkt angetrieben, der ständig neue Lösungen hervorbringt, um den Anforderungen an Rechengeschwindigkeit, Energieeffizienz und Miniaturisierung zu begegnen. Unter diesen Lösungen stehen Technologien für nichtflüchtige Speicher (eNVM) im Fokus, insbesondere resistive Direktzugriffsspeicher (RRAM). RRAM wurde ursprünglich als alternatives Speichermedium erforscht, doch hat man schnell erkannt, dass seine Eigenschaften zu effizienten Designs in vielen Anwendungen führen können. Vor allem in der Künstlichen Intelligenz (KI) weckt RRAM durch seine Eignung für analoge Beschleuniger großes Interesse, da es als Speicher- und Recheneinheit für Künstliche Neuronale Netzwerke (ANNs) dienen kann, was neuartige, vom menschlichen Gehirn inspirierte Hardwarelösungen ermöglicht. Die Kommerzialisierung von RRAM wird jedoch durch fortlaufende Optimierungen im Herstellungsprozess verzögert. Die Kluft zwischen den theoretisch geplanten und den prototypisch realisierten RRAM-Systemen zeigt die Notwendigkeit, mehr Schaltungen zu entwerfen, zu implementieren und zu testen, um die Technologie in die Praxis zu überführen. Die Produktion moderner Elektronik erfordert jedoch hohe Zuverlässigkeits- und Leistungsstandards, die nur durch eine enge Verzahnung von Schaltungsvalidierung und Designentwicklung erreicht werden können. Leider bieten die derzeit verfügbaren Werkzeuge selten eine Oberfläche, die über verschiedene Design-Ebenen hinweg funktioniert. Diese Arbeit untersucht die Bedeutung der elektrischen Validierung als Unterstützung für Entwickler durch den Vergleich der Zuverlässigkeit einer herkömmlichen Routing-Komponente mit einer alternativen RRAM-basierten Lösung. Zwei Ansätze werden vorgeschlagen, um die Lücke zwischen elektrischer und höherer Abstraktionsebene zu schließen: Erstens wird SystemC-AMS als Option für die Integration analoger Simulationen in die elektronische Systemebene (ESL) analysiert und durch Optimierungstechniken verbessert. Zweitens wird eine Pytorch/Spectre-Toolchain implementiert, die Co-Simulationen auf Schaltungsebene während des Testens von ANN-Modellen ermöglicht. Die Toolchain wird anhand der Genauigkeit bei Klassifizierungsaufgaben auf MNIST- und CIFAR10-Datensätzen validiert KW - RRAM KW - Multiplexer KW - SystemC KW - In-Memory Computing KW - Artificial Neural Network KW - Resistiver Direktzugriffsspeicher KW - Rechnen im Speicher KW - Künstliches Neuronales Netzwerk (KNN) KW - Resistive RAM KW - Routing KW - Neuronales Netz KW - Entwicklung KW - Simulation Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68677 ER - TY - THES A1 - Voigt, André T1 - Simulation zur Ermittlung von Einsatzpotentialen der alkalischen Druckelektrolyse im Hinblick auf die Versorgung wasserstoffbasierter Applikationen im heutigen und zukünftigen Energiesystem T1 - Simulation to determine the utilization potential of alkaline pressure electrolysis with regard to the supply of hydrogen-based applications in the current and future energy system N2 - In einem von erneuerbaren Energien dominierten Energiesystem spielen Speichertechnologien eine zentrale Rolle. Im Rahmen der deutschen Energiewende entstehen momentan mehrere Demonstrationsprojekte, in welchen regenerativer Strom mittels Wasserelektrolyse in Form von Wasserstoff gespeichert wird und sektorenübergreifend Anwendung findet. Zur technischen und ökonomischen Bewertung von Szenarien, welche bereits heute von Relevanz sind, werden im Rahmen dieser Arbeit Simulationen durchgeführt. Hierfür werden mehrere auf regenerativen Energien und Wasserstoff basierende Systempfade mit den Zielapplikationen Wasserstoffbereitstellung für Industrieanwendungen, Wasserstoff-Gasnetzeinspeisung und Rückverstromung entworfen. Darüber hinaus wird auch ein zukünftiges Szenario zur saisonalen Stromspeicherung betrachtet. Als Voraussetzung der Simulation werden die in den Systempfaden vorkommenden Komponenten in Matlab/Simulink von Grund auf abgebildet und je nach Zielstellung logisch miteinander verschalten. Die Elektrolyseanlage als zentrale Komponente verfügt hierbei über den höchsten Detailgrad. Zur Erhebung technischer Kennfelder als auch zur Charakterisierung des Betriebsverhaltens werden weitreichende Untersuchungen an einem realen Druckelektrolyseur durchgeführt, woraufhin eine Implementierung der erhobenen Daten in das Modell erfolgt. Die Energiebereitstellung in den Simulationen geschieht mittels Windkraft und Photovoltaik, welche direkt oder zur Wasserstoffherstellung genutzt wird. Der Wasserstoff wird je nach Einsatzstrategie weiter verdichtet, einer Speicherlösung zugeführt und anschließend rückverstromt. Zur Deckung des Wasserstoffbedarfs bzw. der Stromabnahmeprofile wird eine Sensitivitätsanalyse zur Dimensionierung der Systemkomponenten durchgeführt. Der Hauptfokus liegt hierbei auf der Sicherstellung der Versorgungssicherheit. Aufgrund seines Detailgrades schließt das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell die Lücke zwischen der Komponenten- und der Systemmodellierung. Somit findet es in der zielgerichteten Analyse von realen Wasserstoff-Versorgungspfaden seine Anwendung. Aufbauend auf der technischen Simulation werden die rechtlichen Rahmenbedingungen der Systempfade dargestellt und anhand eines spezifisch angepassten Kostenmodells die Wasserstoff- und Stromgestehungskosten berechnet sowie die Kostenverteilung hinsichtlich der Kostenbestandteile und Komponenten dargestellt. Die Hauptfaktoren der Gestehungskosten liegen in der Strombereitstellung, gefolgt von der Elektrolyse. Für die Wasserstoffspeicherung und Rückverstromung fallen vergleichsweise geringe Kosten an. Der angesetzte Zinssatz und eventuelle Abgaben haben einen wesentlichen Einfluss auf die Strom- und Wasserstoffkosten. Die Höhe der anfallenden Abgaben ist stark vom Anwendungsfall abhängig und muss für jeden Einzelfall gesondert betrachtet werden. Ein maßgeblicher Entfall von Abgaben liegt bei der Eigenversorgung ohne Leitung durch ein öffentliches Netz vor. N2 - In an energy system dominated by renewable energies, storage technologies play a central role. In the context of the German energy transition, several demonstration projects are currently being developed in which renewable electricity is stored in the form of hydrogen by means of water electrolysis and applied across sectors. For the technical and economic evaluation of scenarios, which are already relevant today, simulations are carried out in the context of this work. For this purpose, several system paths based on renewable energies and hydrogen are designed with the target applications of hydrogen supply for industrial applications, hydrogen gas grid feed-in and reverse power generation. In addition, a future scenario for seasonal electricity storage is also considered. As a basis for the simulation, the components occurring in the system paths are mapped from scratch in Matlab/Simulink and logically interconnected depending on the objective. The electrolysis system as the central component has the highest level of detail. Extensive investigations are carried out on a real pressure electrolyser to determine technical characteristics and to characterize the operating behaviour, whereupon the collected data is implemented in the model. The energy supply in the simulations is provided by wind power and photovoltaics, which is used directly or for hydrogen production. Depending on the application strategy, the hydrogen is further compressed, fed to a storage solution and then converted back into electricity. To cover the hydrogen demand or the power consumption profiles, a sensitivity analysis is performed to dimension the system components. The main focus here is on ensuring security of supply. Due to its level of detail, the model developed in this thesis closes the gap between component and system modeling. Thus, it finds its application in the targeted analysis of real hydrogen supply paths. Based on the technical simulation, the legal framework of the system paths is presented and the hydrogen and electricity production costs are calculated by using a specifically adapted cost model as well as the cost distribution with regard to the cost elements and components is presented. The main factors of the production costs are the electricity supply, followed by the electrolysis. Comparatively low costs are incurred for hydrogen storage and reconversion to electricity. The interest rate applied and any levies have a significant influence on the costs of electricity and hydrogen. The amount of the levies depends strongly on the case of application and must be considered separately for each individual case. There is no need to pay levies in the case of self-supply without a transmission through a public network. KW - Alkalische Druck-Elektrolyse KW - Power-to-Gas KW - Erneuerbarer Wasserstoff KW - Systemmodellierung und Simulation KW - Matlab Simulink KW - Alkaline pressure electrolysis KW - Renewable hydrogen KW - System modeling and simulation KW - Matlab Simulink KW - Wasserstoff KW - Erneuerbare Energien KW - Elektrolyse KW - Power-to-Gas KW - SIMULINK KW - Systemmodellierung KW - Simulation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66955 ER - TY - THES A1 - Spieß, Benjamin T1 - The artificial engineer : a smart holistic framework for the automated transfer of geometry to analysis models T1 - Der künstliche Ingenieur : ein intelligentes ganzheitliches Framework für die automatisierte Überführung von Geometrie- zu Analysemodellen N2 - The creation of adequate simulation models for complex assemblies is an extensive process that requires a lot of experience, and on the other hand involves a multitude of manual, tedious tasks. These are significant obstacles for improving the process performance and capabilities. The objective of this research is to develop methods which digitally imitate the way of thoughts of the engineer in the design process towards a digital system understanding and which support the automation of the involved manual workflow. This thesis presents a strategy to translate engineering reasoning and actions to an equivalent in the computer domain. A cardinal step is to gain understanding of system arrangements, boundary conditions and its components. Based on this evaluation, the identification of assembly parts is forming the foundation for optimized process chains for the transfer to the analysis environment. Model complexity relates to computational effort, which in turn affects model capabilities and manageability. To achieve a satisfactory compromise of model quality and complexity, this transfer process is strongly dependent on the visual analysis, reasoning and manual implementation of skilled engineers. The principle of translating engineering logics is pursued from the assembly system to its smallest parts. Component segmentation methods allow subdividing regions of interest into substructures which are assigned with a feature vector. This vector comprises metrics describing the substructures with regard to specific aspects and is the key decision point for subsequent steps as idealization, suitable Finite-Element modeling and ultimately building an analysis model. The created system database is continuously maintained and supports these process chains as well as the final setup of the assembly simulation model. An automated workflow like this implies advantages for efficiency, but also creates opportunities for further use cases. This workflow has been exploited for generating a training data set from the different simulation variants as a basis to a knowledge representation imitating engineering experience. An algorithm from the graph neural network field is applied to this data set as a conceptual approach. The intention pursued in this concept is to model the learning progress about estimating the influence of modelling decisions on simulation results and quality. This research proposes a holistic strategy and describes methods to achieve the objectives of decreasing manual effort, introducing an automated and geometry-based process and digitally replicating engineering experience by introducing a knowledge database. N2 - Die Erstellung geeigneter Simulationsmodelle für komplexe Baugruppen ist ein umfangreicher Prozess, der einerseits viel Erfahrung erfordert und andererseits eine Vielzahl manueller Aufgaben beinhaltet. Dies sind Hindernisse für die Verbesserung der Prozesseffizienz und Erweiterung der technischen Möglichkeiten. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zu entwickeln, die die Vorgehensweise des Ingenieurs im Entwicklungsprozess in Richtung eines virtuellen Systemverständnisses digital imitieren und die Automatisierung der damit verbundenen manuellen Arbeitsabläufe unterstützen. In dieser Arbeit wird eine Strategie vorgestellt, mit der ingenieurwissenschaftliche Gedankengänge in ein Äquivalent in der digitalen Domäne übersetzt werden können. Ein zentraler Aspekt ist dabei das Verständnis der Systemkonfiguration, der Randbedingungen und der Komponenten. Darauf aufbauend bildet die Identifikation von Bauteilen die Grundlage für optimierte Prozessketten zur Übertragung in die Analyseumgebung. Die Modellkomplexität steht im Zusammenhang mit dem Rechenaufwand, der sich wiederum auf die Modellleistungsfähigkeit und die Handhabbarkeit auswirkt. Um einen zufriedenstellenden Kompromiss zwischen Modellqualität und -komplexität zu erreichen, ist dieser Transferprozess stark von der visuellen Analyse, den Schlussfolgerungen und der manuellen Umsetzung durch erfahrene Ingenieure abhängig. Das Konzept der Übersetzung ingenieurtechnischer Logiken wird vom Gesamtsystem in seine einzelnen Teile verfolgt. Segmentierungsverfahren ermöglichen die Unterteilung von relevanten Regionen in Teilstrukturen, die mit einem Feature-Vektor versehen werden. Dieser Vektor umfasst Metriken, die die Strukturen unter bestimmten Aspekten beschreiben und ist das zentrale Entscheidungskriterium für nachfolgende Schritte wie Idealisierung, adäquater Finite-Elemente-Modellierung und Aufbau eines Analysemodells. Die Systemdatenbank wird kontinuierlich verwaltet und erweitert und unterstützt die Prozessabläufe ebenso wie den finalen Aufbau des Gesamtmodells. Ein automatisierter Arbeitsablauf wie dieser bringt Vorteile für die Effizienz mit sich, schafft aber auch Raum für zusätzliche Anwendungsfälle. Dieser Workflow wurde genutzt, um aus verschiedenen Modellvarianten einen Trainingsdatensatz zu generieren, der als Grundlage für eine digitale Wissensrepräsentation dient, die die Ingenieurserfahrung nachbildet. Als Konzept wird auf diesen Datensatz ein Algorithmus aus dem Bereich der neuronalen Netze angewendet. Die damit verfolgte Intention ist es, den Lernfortschritt über die Abschätzung des Einflusses von Modellierungsentscheidungen auf Simulationsergebnisse zu simulieren. Diese Forschungsarbeit zeigt eine ganzheitliche Strategie auf und beschreibt Methoden, um die Ziele der Verringerung des manuellen Aufwands, der Einführung eines automatisierten und geometriebasierten Prozesses und der digitalen Replikation von Ingenieurserfahrung durch die Einführung einer Wissensdatenbank zu erreichen. KW - Engineering KW - Automation KW - Artificial intelligence KW - Design KW - Machine learning KW - Automatisierung KW - Simulation KW - Künstliche Intelligenz KW - CAD KW - FEM KW - Automatisierung KW - CAD KW - Finite-Elemente-Methode KW - Künstliche Intelligenz KW - Simulation Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-65308 ER - TY - THES A1 - Zell, Sascha T1 - Agentenbasierte Modellierung und Simulation der Rettungskette : eine Fallstudie in der Lausitz T1 - Agent based modelling and simulation of the rescue chain N2 - A functioning prehospital Emergency Medical Service (EMS) system is of special importance for society and subject to many new challenges of present time. Socioeconomic change and technical progress affect existing systems and force responsibles to adopt new approaches for performance optimization. Therefore this work provides a literature review on different EMS planning problems and presents an agent-based simulation approach to model the rescue chain of a region specific EMS system. Underlying data from urban region Cottbus, Brandenburg, Germany is used to parameterize and verify the model. Using a geographic information system (GIS), the model generates emergency calls according to population density with a time dependent rate and displays different key figures for evaluation of system performance. A graphical interface including operation and statistics monitoring was designed to lay the foundation for practical application. N2 - Ein funktionierender Rettungsdienst ist für die Gesellschaft von zentraler Bedeutung, da in medizinischen Notsituationen die Gesundheit eines Verunfallten von der Qualität der praäklinischen medizinischen Versorgung abhängt. Dabei steht man vor immer neuen Herausforderungen des sozioökonomischen Wandels und technischen Fortschritts, die neue Ansätze zur Systemoptimierung erfordern. Diese Arbeit beinhaltet eine Literaturübersicht über Planungsprobleme, sowie eine Klassifizierung von Emergency Medical Service (EMS) Systemen. Ein agentenbasiertes Simulationsmodell für ein notarztbasiertes EMS-System wird vorgestellt und auf die Rettungskette eines städtischen Gebietes Cottbus, Brandenburg, Deutschland angewandt. Die Parametrisierung des Modells erfolgt durch zugrundeliegende Einsatzdaten, dabei wird ein Geoinformationssystem (GIS) genutzt, Notrufe über die Bevölkerungsdichte mit einer zeitabhängigen Rate generiert und statistische Kenngrößen des Systems ausgewertet. Das in AnyLogic implementierte Simulationsmodell enthält eine graphische Nutzeroberfläche, in der Einsatzdetails und Statistiken als Grundlage für Anwendungen in der Praxis angezeigt werden. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 25, 2022 KW - Emergency medical service system KW - Agent-based simulation KW - Rescue chain KW - Rettungsdienst KW - Rettungskette KW - Agentenbasiertes Simulationsmodell KW - Cottbus KW - Rettungswesen KW - Geoinformationssystem KW - Simulation Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58731 ER - TY - THES A1 - Chodak, Jacek T1 - Spike - a tool for reproducible simulation experiments T1 - Spike - ein Werkzeug für reproduzierbare Simulationsexperimente N2 - Reproducibility of simulation experiments is still a significant challenge and has attracted considerable attention in recent years. One cause of this situation is bad habits of the scientific community. Many results are published without data or source code, and only a textual description of the simulation set-up is provided. Other causes are: no complete simulation set-up, no proper output data analysis and inconsistency of published data, which makes it impossible to compare results. The progress of computational modelling, amount of data and complexity of models requires designing experiments in such a way that ensures reproducibility. A textual description does not provide all the needed details. A computer code is more reliable than a textual description. It is the precise specification that describes a simulation configuration, model, etc. When computer code, data, models and all parameters are provided, the simulation results become reproducible. The main goal of this thesis is to develop a tool that ensures reproducibility and efficient execution of simulation experiments, often involving many individual simulation runs. The tool should support a wide range of application scenarios, where the typical scenario is simulation of biochemical reaction networks, which are represented as (coloured) Petri nets interpreted in the stochastic, continuous or hybrid paradigm. The model to be simulated can be given in various formats, including SBML. The result is a command line tool called Spike, which can be used for various scenarios, including benchmarking, simulation of adaptive models and parameter optimization. It builds on a human-readable configuration script SPC, supporting the efficient specification of multiple model configurations as well as multiple simulator configurations in a single configuration file. N2 - Die Reproduzierbarkeit von Simulationsexperimenten ist nach wie vor eine große Herausforderung und hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit bekommen. Eine Ursache für diese Situation sind schlechte Gewohnheiten der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Aus irgendwelchen Gründen werden viele Ergebnisse ohne Daten und Quellcode veröffentlicht und es wird nur eine textliche Beschreibung des Simulationsaufbaus gegeben. Andere Ursachen sind: kein ordnungsgemäßer Simulationsaufbau, keine ordnungsgemäße Analyse der Ausgabedaten und Inkonsistenz der veröffentlichten Daten (was einen Vergleich der Ergebnisse unmöglich macht). Der Fortschritt der computergestützten Modellierung, die Datenmenge und die Komplexität der Modelle erfordern es, Experimente so zu gestalten, dass die Reproduzierbarkeit gewährleistet ist. Eine textliche Beschreibung liefert nicht alle Details. Ein Computercode ist zuverlässiger als eine Textbeschreibung. Es bedarf einer genauen Spezifikation einer Simulationskonfiguration, eines Modells usw. Durch die Bereitstellung von Computercode, Daten, Modellen und allen Parametern werden die Ergebnisse einer Simulation reproduzierbar. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, ein Werkzeug zu entwickeln, das die Reproduzierbarkeit und effiziente Durchführung von Simulationsexperimenten, die oft viele einzelne Simulationsläufe umfassen, gewährleistet. Das Werkzeug soll vielfältige Anwendungsszenarien unterstützen, wobei das typische Szenario die Simulation biochemischer Reaktionsnetzwerke ist, die als (farbige) Petri Netze dargestellt werden, die im stochastischen, kontinuierlichen oder hybriden Paradigma interpretiert werden. Das zu simulierende Modell kann in verschiedenen Formaten, einschließlich SBML, vorliegen. Das Ergebnis ist ein Kommandozeilenwerkzeug namens Spike, das in verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt werden kann, darunter Benchmarking, Simulation adaptiver Modelle und Parameteroptimierung. Es basiert auf einem für Menschen lesbaren Konfigurationsskript SPC und unterstützt die effiziente Spezifikation mehrerer Modellkonfigurationen sowie mehrerer Simulator-Konfigurationen in einer einzigen Konfigurationsdatei. KW - Petri nets KW - Parallel simulation KW - Parameter scanning KW - Reproducibility KW - Simulation of adaptive models KW - Petri Netze KW - Parallelsimulation KW - Parameterscannen KW - Reproduzierbarkeit KW - Simulation von adaptiven Modellen KW - Gefärbtes Petri-Netz KW - Simulation KW - Reproduzierbarkeit Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58509 ER - TY - THES A1 - Assaf, George T1 - Fuzzy coloured Petri nets for modelling biological systems with uncertain kinetic parameters T1 - Fuzzy-farbige Petri-Netze für die Modellierung biologischer Systeme mit unsicheren kinetischen Parametern N2 - Over the last twenty years, Petri nets have been increasingly adopted for modelling and simulating biological systems, as they offer an intuitive and graphical approach for this purpose. Their usability convenience comes from the fact that they offer many types of elements to describe systems in a qualitative and quantitative way. Coloured Petri nets are particularly useful to model systems with repeated components in a compact fashion. Our tool Snoopy for modelling and simulating Petri nets is one of the most well-known tools supporting a family of related Petri net classes comprising stochastic, continuous and hybrid Petri nets, and covering uncoloured and coloured Petri nets alike. However, kinetic information of a biological system, i.e. kinetic parameters may be uncertain, due to many reasons, e.g. environmental factors. Besides, coloured Petri nets as they were previously supported in Snoopy suffered from some inconsistencies. Due to these inconsistencies, exploring the model behaviour using different sizes (scaleability) was not feasible. Both challenges call for a new and more powerful approach integrating the modelling of uncertainties together with modelling features supporting repeated structures in a compact and scalable way. This thesis comprises two major contributions: Firstly, we introduce the definition and present the simulation algorithm for both uncoloured and coloured fuzzy Petri nets, by extending the existing quantitative uncoloured and coloured Petri nets in Snoopy. This includes discretising the uncertain kinetic parameters to crisp values by using sampling strategies. Secondly, we harmonise coloured Petri nets in Snoopy with their uncoloured counterparts and we extend the Snoopy’s coloured Petri nets by all the features, which are supported by the coloured abstract net description language - an exchange format of coloured Petri nets in our PetriNuts tool family. By performing fuzzy simulation, one can obtain two kinds of output: fuzzy bands of each output variable and their corresponding timed-membership functions. Each fuzzy band describes the uncertainties associated with the input, whereas membership functions give more accurate information about the associated uncertainties. The most important features that we obtain by harmonising coloured Petri nets are to develop scaleable models, by defining scaling factors as constants and unifying the usage of coloured Petri nets with the other tools in our PetriNuts tool family. N2 - In den letzten zwanzig Jahren wurden Petri-Netze zunehmend für die Modellierung und Simulation von biologischen Systemen eingesetzt. Sie bieten dafür sowohl eine qualitative als auch quantitative Modellierungsmethode an. Farbige Petri-Netze sind nützlich für die Modellierung von Systemen mit sich wiederholenden Komponenten. Snoopy ist eines der bekanntesten Werkzeuge, das eine Familie von Petri-Netzen unterstützt, darunter sowohl ungefärbte als auch gefärbte stochastische, kontinuierliche und hybride Petri-Netze. In dieser Dissertation werden zwei Themen behandelt. Einerseits können Biologische Systeme aus vielen Gründen unbestimmt sein, zum Beispiel aus Umweltgründen, anderereseits hatten farbige Petri-Netze in Snoopy Inkonsistenzen, die den Bau skalierbarer Modelle verhindern. Die Ergebnisse der Fuzzy-Simulation sind sowohl das Fuzzy-Band jeder interessierenden Variablen als auch zeitliche Zugehörigkeitsfunktionen für jede Variable, damit man die Unsicherheiten erforschen kann, die mit der Eingabe verbunden sind. Durch die Harmonisierung von farbigen Petri-Netzen können wir skalierbare Modelle konstruieren und dann das Verhalten des Modells mit verschiedenen Größen des vorliegenden Modells untersuchen. KW - Uncertain biological systems KW - Petri nets KW - Fuzzy logic KW - Colouring fuzziness KW - Software harmonisation KW - Unbestimmte Systembiologie KW - Modellierung KW - Petri-Netze KW - Software Hamonisierung KW - Simulation KW - Gefärbtes Petri-Netz KW - Systembiologie KW - Fuzzy-Logik Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58516 ER - TY - THES A1 - Grönke, Martin T1 - Synthesis and characterization of layered transition metal trihalides MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) and CrX₃ (X = Cl, Br, I) T1 - Synthese und Charakterisierung von Übergangsmetalltrihalogeniden MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) und CrX₃ (X = Cl, Br, I) N2 - The investigation of novel structure-to-property relations of many transition metal trihalides MX₃ by downscaling to promising monolayer is still pending. However, the production of two-dimensional MX₃ sheets that are both high crystalline and thin is an experimental challenge. This thesis is focused on the rational synthesis planning and the derived targeted preparation of thin MX₃ nanosheets (≤ 100 nm) on suitable substrates by chemical vapor transport (CVT) as well as their characterization by complementary analytical methods. CVT of nanosheets directly on substrates benefits of low timescales, less material consumption and only few structural distortions. For the determination of optimal growth conditions, the CVT processes of investigated compounds were initially simulated by using the Calphad method (program package TRAGMIN). Thus, the occurring transport efficient gas species and temperature dependent, dominating vapor transport equilibria were calculated to optimize the growth process in a direct and straightforward way. Based on prior simulation results single crystalline sheets of MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) and CrX₃ (X = I, Br, Cl) were successfully prepared at temperatures between 573 – 1023 K on YSZ (yttrium stabilized zirconia) or sapphire substrates. The adjustable CVT parameters (transport duration, temperatures or weighed starting material) were optimized with respect to the targeted synthesis of either bulk or nanosheets at substrates. Microsheets with thicknesses of less than 4 μm (α-TiCl₃) and about 20 nm thin nanosheets (α-RuCl₃, CrCl₃ and CrI₃) down to ultrathin flakes (≈ 3 nm, α-MoCl₃ and CrBr₃) were obtained by CVT. As a highlight, monolayers of α-RuCl₃ and CrCl₃ were isolated successfully by means of a subsequent delamination. The MX₃ sheets morphology and dimension was described by optical and electron microscopy, highlighting their two-dimensional nature. By several X-ray spectroscopy and diffraction techniques the desired composition (M:X = 1:3), high crystallinity and phase-purity of thick and thin MX₃ platelets was confirmed subsequently. With respect to MX₃ nanosheets a slight increase (α-RuCl₃, α-MoCl₃ and CrBr₃) or decrease (CrCl₃) in phonon energies was observed in comparison to their bulk counterparts. The magnetic properties of CrCl₃ micro- and nanosheets were determined to be solely ferromagnetic and thus different than those of the bulk samples. Finally, the structure-to-property relations were investigated at a first example. The catalytic properties of α-TiCl₃ microsheets were investigated by gas-phase polymerization of ethylene. By downscaling the catalysts thickness by CVT, we obtained an activity improvement of 24 % in comparison to bulk α-TiCl₃. N2 - Die Untersuchung von neuartigen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen durch Miniaturisierung bis hin zu Monolagen steht für viele Übergangsmetalltrihalogenide MX₃ noch aus. Zudem ist die Herstellung der für diese Untersuchungen notwendigen zweidimensionalen Schichten, die gleichzeitig hochkristallin und dünn sind, eine experimentelle Herausforderung. Diese Dissertation beschreibt die rationale Syntheseplanung und die daraus abgeleitete gezielte Darstellung von dünnen MX₃ Nanoschichten (≤ 100 nm) auf geeigneten Substraten mittels chemischem Gasphasentransport (chemical vapor transport, CVT) sowie deren umfassende Charakterisierung mittels komplementärer analytischer Methoden. Das Wachstum von Nanoschichten auf einem Substrat mittels CVT zeichnet sich durch niedrige Zeitskalen, einen geringen Materialverbrauch bei gleichzeitig hoher Qualität der abgeschiedenen Kristalle aus. Für die Bestimmung der optimalen Wachstumsbedingungen wurde der CVT Prozess aller untersuchen Verbindungen zunächst unter Anwendung der Calphad-Methode (Programmpaket TRAGMIN) modelliert. Dadurch konnten die jeweiligen transportwirksamen Gasspezies und die temperaturabhängigen, dominierenden Transportgleichgewichte bestimmt und die Synthesebedingungen optimiert werden. Basierend auf diesen Simulationsergebnissen wurden einkristalline Schichten von Verbindungen MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) und CrX₃ (X = Cl, Br, I) in Temperaturbereichen zwischen 573-1023 K auf YSZ- (Yttrium stabilisiertes Zirkondioxid) oder Saphir-Substraten abgeschieden. Im Anschluss wurden die CVT Parameter (Transportzeit, Temperaturen oder Einwaage) zur gezielten Abscheidung von entweder Bulk-Material oder Nanoschichten optimiert. Es wurden sowohl Mikroschichten mit Schichtendicken um 4 µm (TiCl₃), um 20 nm dünne Nanoschichten (RuCl₃, CrCl₃ und CrI₃) als auch ultradünne Schichten um 3 nm (MoCl₃ und CrBr₃) erhalten. Ein weiteres Highlight der Arbeit ist die erfolgreiche Isolierung von RuCl₃ und CrCl₃ Monolagen mittels nachgeschalteter Delamination. Die Morphologie und Dimensionen der Schichten wurden mittels optischer- und Elektronenmikroskopie bestimmt. Durch Röntgenspektroskopie und Beugungsmethoden konnte die gewünschte Zusammensetzung (M:X = 1:3) sowie eine hohe Kristallinität und Phasenreinheit der Bulk-Materialien und dünnen Schichten bestätigt werden. Dünne MX₃ Schichten unterschieden sich durch eine Verschiebung von Photonen-Energie zu höheren (RuCl₃, MoCl₃, CrBr₃) oder niedrigeren Werten (CrCl₃) im Vergleich zum Bulk-Material. Die magnetischen Eigenschaften von CrCl₃ Mikroschichten zeigten ausschließlich ferromagnetische Ordnungszustände, im Gegensatz zu anti-ferromagnetischem Bulk-CrCl₃. Die katalytischen Eigenschaften von TiCl₃ Mikroschichten wurden anhand von Polymerisationsreaktionen von Ethylen bestimmt. Für die TiCl₃ Dünnschichten wurde ein Anstieg der Aktivität von 24 %, im Vergleich zum Bulk-Material, beobachtet. KW - Crystal KW - Thermodynamic KW - Vapor phase KW - Synthesis KW - Simulation KW - Kristall KW - Thermodynamik KW - Gasphase KW - Synthese KW - Simulation KW - Syntheseplanung KW - Übergangsmetallverbindungen KW - Metallhalogenide KW - Rutheniumhalogenide KW - Molybdänhalogenide KW - Gasphasenreaktion Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52828 ER - TY - THES A1 - Buckow, Benjamin T1 - Entwicklung von Modellen und Methoden zur Qualifizierung für die Netzbetriebsführung unter Einbeziehung eines neuartigen dynamischen Netzsimulators T1 - Development of models and methods for qualification of Dispatchers using a new dynamic power system simulator N2 - Das elektrische Energieversorgungssystem in Europa, insbesondere in Deutschland, unterliegt vor allem seit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes im Jahre 2000 enormen Veränderungen. Die über viele Jahre gewachsene Struktur einer zentralen Energieeinspeisung durch konventionelle Kraftwerke löst sich zunehmend auf, getrieben durch den Ausstieg aus der Atom- sowie der Kohleenergie und es bildet sich ein dezentrales Energieversorgungsnetz, welches durch die Energieerzeugung aus erneuerbare Energien, allen voran Windenergie- und Photovoltaikanlagen, geprägt ist. Wesentliche Gründe dieser Veränderungen sind politische und regulatorische Rahmenbedingungen sowie der technische Fortschritt im Bereich der Erzeugung, Verbrauch und Übertragung von Energie. Durch diese Wandlung des Energieversorgungssystems werden die Netzbetriebsführer zunehmend vor kritische Situationen gestellt, da die fluktuierende Einspeisung der erneuerbaren Energien nicht präzise vorhergesagt werden kann und somit Einspeisung und Verbrauch nicht mehr im Gleichgewicht sind. Dieses Defizit erreicht vermehrt eine Größenordnung, die durch Regelleistung nicht mehr ausgeregelt werden kann und ein Eingreifen der Netzbetriebsführer in das Energieübertragungsnetz nach sich zieht. Damit diese kritischen Situationen von den Netzbetriebsführern zu jeder Zeit beherrscht werden können, ist es nötig, das Personal für solche Szenarien zu qualifizieren. Dabei bedarf es Forschungsarbeit, um diese Qualifizierung an Simulator gestützten Schulungen mit geeigneten Netzmodellen und Szenarien sicherzustellen. Dabei muss die Interaktion und Kommunikation zwischen den Netzbetriebsführern zentraler Bestandteil einer solchen Schulung sein. Insbesondere bei Netzwiederaufbau Szenarien ist die Einhaltung einer präzisen Kommunikation unter Berücksichtigung von Meldeketten und Weisungsberechtigungen. In dieser Arbeit wird solche eine Schulung unter Anwendung didaktischer Methoden ausarbeitet sowie Netzmodelle entwickelt, welche die Grundlage sind, um an einem solchen dynamischen Netzsimulationssystem Netzbetriebsschulungen durchzuführen. Darüber hinaus werden verschiedene Szenarien erstellt, um die unterschiedlichsten Aspekte der Netzbetriebsführung unter Einbeziehung von Netzbetriebsführern, Studierenden und Meister zu schulen. N2 - The electrical energy supply system in Europe, especially in Germany, is subjected to enormous changes, especially after enactment of the Renewable Energy Sources Act in 2000. The structure of a central energy supply system through conventional power plants, which has grown over many years, is fading away, driven by the phase-out of nuclear and coal power plants. Furthermore, a decentralized energy supply structure is getting formed, which is characterized by generation from renewable energies, especially from wind and photovoltaic technologies. The main reasons for these changes are the political and regulatory framework as well as technical progress in the area of generation, consumption and transmission of energy. This change in the energy supply system means that dispatchers are faced with increasing critical situations, since the fluctuating feed-in of renewable energies cannot be predicted precisely and thus feed-in and consumption are no longer in balance. This deficit is increasingly reaching an order of magnitude that can no longer be compensated by balancing power and requires dispatchers’ interventions in electrical transmission grid. In order to overcome these critical situations at all times, it is necessary to qualify the dispatching staff for such scenarios. Research and development is also required to endorse the qualification of dispatching staffs on simulator-based training courses with suitable grid models and scenarios. The interaction and communication between the dispatchers must be a central component of such training programs. Particularly in grid restoration scenarios, compliance with precise communication, taking account of message chains and authorization to issue instructions play crucial roles. In this dissertation, such a training program is developed using didactic methods. Moreover, different network models are developed as building components of grid operation training on a dynamic power system simulator. In addition, various scenarios are created in order to train the most diverse aspects of grid operation management which contains training programs for dispatchers, students and certified electrical staffs. KW - Netzbetrieb KW - Trainingssimulator KW - Schulung KW - Grid operation KW - Training simulator KW - Training KW - Elektrizitätsversorgung KW - Management KW - Qualifikation KW - Simulation Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52267 ER - TY - THES A1 - Nawdiyal, Amruta T1 - The influence of allylic site abstraction reactions of olefin on cyclo-paraffin formation T1 - Der Einfluss allylischer Site-Abstraktionsreaktionen von Olefin auf die Bildung von Cycloparaffin N2 - This thesis is a combined work of understanding the high temperature oxidation chemistry of cycloalkanes viz. methylcyclohexane based on previously developed cyclohexane and extending it to generate the larger n-propylcyclohexane chemical kinetic mechanism. The detailed kinetic reaction mechanism model for the oxidation of 1-hexene previously developed has been added to account for the ring opening of cyclohexane forming 1-hexene. As an update to the publication, preference of allylic H-abstractions from 1-hexene has been taken into account and retro-ene reaction producing propene has been added. The complete model is composed of 329 species and 2065 reactions with 3796 reversible elementary reactions. Further, these models have been validated against different experiments such as shock tubes, jet stirred reactors and laminar flames to cover full range of temperatures, pressures and equivalence ratios making the models comprehensive and was found to be adequate to satisfactorily reproduce the experimental data. The allylic radicals (C₆H₁₁-D1R3) preferred abstractions from 1-hexene improves the C₆H₁₁ profiles in the 1-hexene model. But it also influences the otherwise isomerization path of C₆H1₁₁-D1R6 to CYC₆H₁₁ (Cyclohexyl radical) which would further form cyclohexene (CYC₆H₁₀). It is observed that CYC₆H₁₀ profiles in 1-hexene flames and cyclohexane speciation are over-predicted. The major decomposition pathway of the cycloalkanes is through H-abstractions on the ring. The path which leads towards ring opening to form olefin is observed for cyclohexane and methylcyclohexane but is very low. The fulvene pathway influence on benzene profiles of 1-hexene is obvious but do not seem to affect the cycloalkanes. This infers there are other benzene formation pathways in cycloalkanes. Some possible pathways would be the dehydrogenation of dienes and dehydrogenation of cyclo-olefins. N2 - Diese Arbeit vereint das Verständnis der Hochtemperatur-Oxidationschemie von Cycloalkanen bzw. Methyl-Cyclohexan und deren Erweiterung zur Entwicklung des n-Propylcyclohexan Reaktionsmechanismus basierend auf der Cyclohexan Chemie. Um die Ringöffnung von Cyclohexan zur Bildung von 1-Hexen zu berücksichtigen, wurde das zuvor publizierte detaillierte kinetische Modell für 1-Hexen hinzugefügt. Als Erweiterung zu der Veröffentlichung, wurde die allylische H-Abstraktion von 1-Hexen und die Retro-En Reaktion zur Herstellung von Propen mitberücksichtigt. Das vollständige detaillierte kinetische Modell besteht aus 329 Spezies und 2065 reversiblen Reaktionen. Das kinetische Modell wurde für Stoßwellenrohr-, Flussreaktor- und Flammen Experimente bei verschiedenen Temperaturen, Drücken und Kraftstoff-Luft-Verhältnissen validiert. Die Ergebnisse zeigen dabei eine gute Übereinstimmung mit den Experimenten und untermauern die Allgemeingültigkeit des kinetischen Modells. Die allylischen Radikale (C₆H₁₁-D1R3) entstehen dabei vornehmlich aus der Abstraktion von 1-Hexen und verbessern die Prognose der C₆H₁₁ Verläufe. Zusätzlich beeinflussen sie den Isomerisierungspfad von C₆H₁₁-D1R6 zu Cyclohexyl Radikalen (CYC₆H₁₁), welche anschließend Cyclohexen (CYC₆H₁₀) bilden. Dabei wird beobachtet, dass die CYC₆H₁₀ Verläufe bei 1-Hexen Flammen und Cyclohexan Speziesbestimmung überschätzt werden. Die Ring-H-Abstraktion ist hier die wichtigste Zerfallsreaktion von Cycloalkanen. Die Reaktion zur Ringöffnung zur Bildung von Olefinen läuft über Cyclohexan und Methyl-Cyclohexan ab und ist eher schwach. Der Reaktionsweg über Fulven beeinflusst die Bildung von Benzol bei 1-Hexen, zeigt aber keinen Einfluss auf die Entstehung von Cycloalkanen. Daraus wird gefolgert, dass es andere Bildungspfade für Benzol bei Cycloalkanen gibt. Mögliche Bildungspfade sind die Dehydrierung von Dienen und Cyclo-Olefinen. KW - Kinetic modelling KW - Simulation KW - Reaction mechanism KW - Cycloparaffins KW - Olefins KW - Kinetische Modellierung KW - Simulation KW - Reaktionsmechanismus KW - Cycloparaffine KW - Olefine KW - Cyclohexan KW - Methylcyclohexan KW - Reaktionsmechanismus KW - Kinetik KW - Modell Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48522 ER - TY - RPRT A1 - Auer, Peter A1 - Dósa, György A1 - Dulai, Tibor A1 - Fügenschuh, Armin A1 - Näser, Peggy A1 - Ortner, Ronald A1 - Werner-Stark, Ágnes ED - Fügenschuh, Armin T1 - A new heuristic and an exact approach for a production planning problem N2 - We deal with a very complex and hard scheduling problem. Several types of products are processed by a heterogeneous resource set, where resources have different operating capabilities and setup times are considered. The processing of the products follows different workflows, allowing also assembly lines. The goal is to process all products in minimum time, i.e., the makespan is to be minimized. Because of the complexity of the problem an exact solver would require too much running time. We propose a compound method where a heuristic is combined with an exact solver. Our proposed heuristic is composed of several phases applying different smart strategies. In order to reduce the computational complexity of the exact approach, we exploit the makespan determined by the heuristic as an upper bound for the time horizon, which has a direct in uence on the instance size used in the exact approach. We demonstrate the efficiency of our combined method on multiple problem classes. With the help of the heuristic the exact solver is able to obtain an optimal solution in a much shorter amount of time. N2 - Wir betrachten das folgende Planungsproblem: Verschiedene Arten von Produkten werden auf einer Menge von heterogenen Maschinen erstellt, welche unterschiedliche Betriebsarten und Umrüstzeiten haben. Die Verarbeitung der Produkte erfolgt nach unterschiedlichen Arbeitsablaufplänen, da die einzelnen Produkttypen unterschiedliche Fertigungsschritte erfordern. Das Ziel ist es, alle Produkte in minimaler Zeit herzustellen. Aufgrund der Komplexität des Problems benötigen exakte Lösungsverfahren eine recht hohe Rechenzeit. Wir schlagen eine zusammengesetzte Methode vor, bei dem eine Heuristik und ein exakter Löser kombiniert werden. Unsere vorgeschlagene Heuristik besteht aus mehreren Phasen, in denen verschiedene intelligente Strategien angewendet werden. Um die rechnerische Komplexität des exakten Ansatzes zu reduzieren, nutzen wir die durch die Heuristik bestimmte Fertigungsdauer als obere Grenze für den Zeithorizont, was einen direkten Einfluss auf die Instanzgröße des exakten Ansatzes hat. Wir demonstrieren die Effizienz unserer kombinierten Methode an einer großen Menge von Testinstanzen. Mit Hilfe der Heuristik ist der exakte Löser in der Lage, in deutlich kürzerer Zeit eine beweisbar-optimale Lösung zu bestimmen. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 5, 2019 KW - Production planning KW - Mixed-integer programming KW - Heuristics KW - Simulation KW - Fertigungsprogrammplanung KW - Heuristik KW - Optimierung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48278 SN - 2627-6100 ER - TY - CHAP ED - Simon, Sylvio ED - Straub, Andrea T1 - 4. Ingenieurtag 2018 der Fakultät Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme und der Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Stadtplanung : NESEFF-Netzwerktreffen 2018 N2 - Dieser Tagungsband enthält eine Vielzahl von Vorträgen und Veröffentlichungen mit Bezug zu Energieeffizienz. KW - Energieeffizienz KW - Fertigung KW - Leichtbau KW - Simulation KW - Energieeffizienz KW - Fertigung KW - Leichtbau KW - Simulation Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-47244 SN - 978-3-940471-43-7 ER - TY - THES A1 - Ubben, Paul Tobe T1 - Entwicklung eines Konzepts zur robusten Optimierung von neuen Fahrwerksarchitekturen T1 - Development of a concept for robust design of new chassis architectures N2 - Der Wettbewerbsdruck um die Gunst der Kunden im Automobilbau führt zu einer stetig ansteigenden Diversifikation von Fahrzeugmodellen. Hierbei werden vermehrt Architekturen eingesetzt, die Produktions- und Entwicklungskosten durch die Vereinheitlichung von Bauteilen und Strukturen verringern, die in vielen verschiedenen Fahrzeugmodellen eingesetzt werden können. Somit stellen Individualisierung und Kosteneffizienz keinen Widerspruch mehr dar. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor bei der Entwicklung einer Architektur ist der frühe Einsatz von Simulation und computerbasierter Optimierung, um die vereinheitlichten Teile möglichst gut auf die verschiedenen Anforderungen der Fahrzeugmodelle anpassen und auslegen zu können. Die hierfür benötigten Prozesse unterscheiden sich von denen, die für klassische Optimierungsprobleme eingesetzt werden. Die hierarchische Struktur individueller und Architekturrelevanter Größen muss Berücksichtigung finden und in einen möglichst effizienten Auslegungsprozess münden. Zusätzlich ergibt sich ein großer Vorteil, wenn ein Hersteller kurzfristig und schnell neue Fahrzeugmodelle in hinreichender Qualität auf den Markt bringen kann, wofür eine besonders robuste Architektur benötigt wird. Auf Basis einer in dieser Arbeit definierten Parametrik für Fahrwerksarchitekturen werden verschiedene Optimierungsstrategien untersucht und eine möglichst erfolgversprechende identifiziert sowie mittels geeigneter, effizienzverbessernder Maßnahmen erweitert. Die Optimierungsprobleme werden hierbei mehrkriteriell gelöst, um neben der deterministischen Optimierung auch die robuste Architekturoptimierung zu ermöglichen. Letztendlich zeigt die praxisnahe Optimierung einer Fahrwerksarchitektur das Potential und die Anwendbarkeit der entwickelten Strategie. N2 - Automobile manufactures are competing for the favor of customers which leads to an increasing diversification of vehicle models available in the market. On this occasion, architectures are used more frequently which decreases production and development costs by standardizing components and structures to be used in different vehicle models. Thus, by using architectures there is no longer a contradiction between individualisation and cost efficiency. The common components need to fullfil the different requirements of all vehicle models based on a single architecture as best as possible. Hence, architecture design profits most by early usage of simulation and computer-based optimization. For this purpose, new processes differing from those used for classical optimization problems are needed. Definition of an efficient design process considering the hierachical structure of individual and common parameters is required. A manufacturer being able to bring new vehicle models quickly and with sufficient quality to market has an advantage. For achieving this, a robust architecture must be designed. Based on a specific parametric for chassis architectures several optimization strategies are analyzed for a test problem and the most promising is chosen and further improved. In order to enable robust architecture opimization with respect to multiple criteria, the optimization strategy is extended to solve multi-objective problems. Finally, the developed strategy is applied to an industrial problem to show its potential and applicability. KW - Robuste Optimierung KW - Fahrwerksarchitekturen KW - Plattformoptimierung KW - Fahrwerk KW - Simulation KW - Robust design optimization KW - Chassis architecture KW - Platform optimization KW - Product and family design KW - Simulation KW - Fahrwerk KW - Robuste Optimierung KW - Simulation Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42745 ER - TY - THES A1 - Lühr, Carsten T1 - Optimieren der Reinigung von Hanfschäben im axialen Fluss T1 - Optimising the cleaning of hemp shives in axial flow N2 - Nach jahrelangem Rückgang des Hanfanbaus in Deutschland konnte in den letzten Jahren wieder eine Zunahme des Hanfanbaus verzeichnet werden. Das bei der Fasergewinnung mit bis zu 70 Masse-% anfallende Nebenprodukt Schäben-Faser-Gemisch muss für eine weitere Verarbeitung und den Einsatz in höherwertigen Anwendungen aufbereitet werden. Ziel war es, dieses für einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb wichtige Nebenprodukt in seine Hauptbestandteile Schäben und Fasern zu separieren und den darin enthaltenen Staub zu entfernen. Das Separieren und damit Reinigen des Gemischs erfolgte nach einem neuartigen und patentierten Prinzip auf Basis einer Paddelschnecke und einer dazu abgestimmten Siebfläche. In verschiedenen Modellen konnten wesentliche Zusammenhänge zwischen Konstruktions-und Betriebsparametern einer Paddelschnecke und dem Abscheideverhalten von Schäben über einem Sieb aufgezeigt werden. Die Ergebnisse der Modellierung zum Massestrom und dem Trennverhalten wurden anhand einer Versuchsmaschine zur Reinigung von Schäben-Faser-Gemischen in einem Aussiebungsverlauf validiert und daraus Konstruktionsvorgaben für einen Prototypen getroffen. Mit der im Ergebnis vorgestellten Konstruktion steht für die hanfverarbeitende Industrie eine Reinigungsmaschine mit minimalem technischem Aufwand, bestehend aus nur einer Prozessstufe und damit verbundene geringe Anschaffungs- sowie Betriebskosten für den Anlagenbetreiber, zur Verfügung. N2 - After years of decline in German hemp cultivation, an increase in hemp cultivation area could be seen in the recent years. Shive-fibre mixtures are a by-product of hemp fibre processing, with a total share of up to 70 mass-% of the straw input. For economic plant operation it is important to clean the shive-fibre mixture for further processing and use in higher-quality applications. The objective was to separate the by-product into its main components shives and fibres and to remove the dust. The separation respectively the cleaning of the mixture was carried out according to a novel and patented principle based on a paddle screw and a screen drum adapted to screw design. In different models, essential links between design and operating parameters of the paddle screw as well as the separation behaviour of shives over a screen were shown. The results of the modelling of the mass flow and the separation behaviour were validated by means of an experimental machine. On basis of this machine the cleaning of shive-fibre mixtures in a screening process could be investigated at practice and design specifications for a prototype were developed. Finally, a cleaning machine with minimal technical effort consisting of only one processing stage and associated low investment and operating costs is now available for hemp processing industry. KW - Schäbenreinigung KW - Modellierung KW - Sieben KW - Abscheiden KW - Simulation KW - Shive cleaning KW - Modelling KW - Screening KW - Separation KW - Simulation KW - Schäben KW - Abscheidung KW - Pflanzenfaser KW - Objekt-Prozess-Modell Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41694 ER - TY - CHAP ED - Simon, Sylvio T1 - 3. Ingenieurtag 2016 der Fakultät Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme - GUS und Osteuropatag - NESEFF-Netzwerktreffen 2016 N2 - Dieser Tagungsband enthält eine Vielzahl von Vorträgen und Veröffentlichungen mit Bezug zu Energieeffizienz. KW - Energieeffizienz KW - Leichtbau KW - Fertigung KW - Simulation KW - Energieeffizienz KW - Leichtbau KW - Fertigung KW - Simulation Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40523 SN - 978-3-940471-28-4 ER - TY - THES A1 - Jozefik, Zoltan T1 - Application of ODT to turbulent combustion problems in incompressible and compressible regimes T1 - Anwendung von ODT auf turbulente Verbrennungsprobleme in inkompressiblen und kompressiblen Regimen N2 - The one-dimensional turbulence (ODT) model is applied to a reactant - to - product counterflow configuration as well as to a shock tube configuration in non-reactive flow and in deflagration and detonation regimes. The model employed herein solves conservation equations for momentum, energy, and species on a one dimensional (1D) domain corresponding to the line spanning the domain between nozzle orifice centers in the counterflow configuration and corresponding to the tube length in the shock tube configuration. The effects of turbulent mixing are modeled via a stochastic process, while the Kolmogorov and reactive length and time scales are explicitly resolved. In the counterflow configuration, comparisons between model and DNS results for spatial mean and root-mean-square (RMS) velocity, temperature, and major and minor species profiles are shown. The ODT approach shows qualitatively and quantitatively reasonable agreement with the DNS data. Scatter plots and statistics conditioned on temperature are also compared for heat release rate and all species. ODT is able to capture the range of results depicted by DNS. However, conditional statistics show signs of underignition. To carry out the shock tube simulations, the ODT methodology is extended to include an efficient compressible implementation and a model for capturing shock-induced turbulence is presented. The necessary algorithmic changes to include compressibility effects are highlighted and the model for capturing shock-turbulence interaction is presented. To validate the compressible solver, results for Sod’s shock tube problem are compared against a finite volume Riemann solver. To validate the model for shock-turbulence interaction, comparisons for a non-reactive and a reactive case are presented. First, results of a shock traveling from light (air) to heavy (SF6) with reshock have been simulated to match mixing width growth data of experiments and turbulent kinetic energy results from LES. Then, for one-step chemistry calibrated to represent an acetylene/air mixture, the interaction of a shock wave with an expanding flame front is simulated, and results with 2D simulation (2D-sim) data for flame brush formation and ensuing deflagration-to-detonation transitions (DDT) are compared. Results for the Sod shock tube comparison show that the shock speed and profile are captured accurately. Results for the nonreactive shock-reshock problem show that interface growth at all simulated Mach numbers is captured accurately and that the turbulent kinetic energy agrees in order of magnitude with LES data. The reactive shock tube results show that the flame brush thickness compares well to 2D-sim data and that the approximate location and timing of the DDT can be captured. The known sensitivity of DDT characteristics to details of individual Wow realizations, seen also in ODT, implies that model agreement can be quantified only by comparing Wow ensembles, which are presently unavailable other than in an ODT run-to-run sensitivity study that is reported herein. N2 - Das one-dimensional turbulence (ODT) Modell wird für die Simulation (1) eines Gegenstrom-Systems, in dem eine von links kommende Strömung mit unverbrannten Reaktanten auf eine von rechts kommende Strömung mit verbrannten Reaktionsprodukten trifft, und (2) einer nicht reaktiven und reaktiven Stoßrohr-Konfiguration angewendet. Hierbei werden Gleichungen für Impuls, Energie und Spezies auf einer 1D Linie durch das Strömungsgebiet gelöst, die der Mittellinie zwischen den beiden Düsen in der Gegenstrom- Konfiguration bzw. der Mittelinie des Rohres in der Stoßrohr-Konfiguration entspricht. Die turbulente Mischung der großen Skalen ist durch einen stochastischen Ansatz modelliert, während die kleinsten physikalischen Skalen, Kolmogorov-Skalen, sowie die reaktiven Längen- und Zeitskalen explizit aufgelöst sind. Die ODT-Ergebnisse für die Gegenstrom-Konfiguration wurden mit DNS Ergebnissen verglichen. Räumliche Mittel und quadratische Mittel der Geschwindigkeit, Temperatur sowie Major- und Minorspezies zeigen eine vernünftige qualitative und quantitative Übereinstimmung mit den DNS-Daten. Außerdem wurden Streudiagramme und Statistiken der Wärmefreisetzung in Abhängigkeit von der Temperatur und alle Spezies verglichen. Mit dem ODT-Ansatz konnte die Mehrzahl von DNS-Ergebnissen nachgebildet werden, dennoch zeigen einige Statistiken eine gewisse Unterschätzung in der Zündungsrate. Um die Stoßrohr-Simulationen ausführen zu können, wurde die inkompressible ODT-Implementierung um einem effizienten algorithmus für kompressibel Strömung erweitert und ein Modell zur Repräsentation schockgenerierter Turbulenz wurde entwickelt. Die benötigten Änderungen der Implementierung werden hervorgehoben und das entwickelte Modell wird beschrieben. Zur Validierung des kompressiblen Lösers werden Ergebnisse für das von Sod beschriebene Riemann-Problem mit Ergebnissen eines Riemann-Lösers verglichen. Für die Validierung des Modells zur Darstellung Schock-generierter Turbulenz werden Ergebnisse für nicht reaktive sowie reaktive Fälle gezeigt. Zuerst wird ein nicht reaktives Stoßrohr mit Reschock betrachtet, in dem ein Schock aus einer Mischung geringer Dichte (Luft) in eine Mischung hoher Dichte (Schwefelhexafluorid) läuft. Die ODT-Parameter sind entsprechend der Mischzonenausbreitung aus Versuchsdaten und entsprechend turbulenter kinetischer Energie aus LES-Daten abgestimmt. Als zweites Beispiel wird ein reaktives Stoßrohr inklusive reflektive Schock simuliert. Eine Flamme wird in der Mitte des Rohrs initialisiert und beginnt sich auszubreiten während ein Schock auf sie zukommt. Ergebnisse für die Bildung der Mischzone und schließlichem Deflagrations-Detonations-Transition (DDT) wurden mit hoch aufgelösten 2D Simulationen (2D-Sim) verglichen. Vergleiche für Sods Stoßrohr zeigen, dass die Verdichtungsstoßgeschwindigkeit und das Schockprofil gut wiedergegeben werden. Vergleiche für das nicht reaktive Stoßrohr zeigen, dass die Ausbreitung der Mischzonen für die betrachteten Mach-Zahlen korrekt erfasst werden und, dass die turbulente kinetische Energie der Größenordnung nach mit LES-Daten übereinstimmt. Vergleiche für die reaktiven Stoßrohrergebnisse zeigen, dass die Ausbreitung der Mischzonen über die Zeit korrekt erfasst wird und, dass die ungefähre Zeit und Position für DDT in ODT mit denen der 2D-sim übereinstimmt. Da DDT stark von den Feinheiten den einzelnen Simulationen abhängt, kann ODT nur durch einzelne Simulationen validiert werden, nicht durch ein Ensemble von Simulationen. KW - Turbulence KW - Combustion modeling KW - One dimensional turbulence (ODT) KW - Counterflow KW - Shock tube KW - Turbulenz KW - Verbrennungsmodellierung KW - Gegenstrom KW - Stoßrohr KW - Turbulente Strömung KW - Gegenströmung KW - Stoßwellenrohr KW - Simulation Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38653 ER - TY - THES A1 - Xu, Ruoyu T1 - Comparison of switching behaviours between vacuum and SF6 technologies at 145kV network T1 - Vergleich der Schaltverhalten zwischen Vakuum und SF6 Technologien beim 145kV-Netz N2 - This PhD project started from one basic question: whether vacuum technology can be applied to 145kV electrical power system networks as a potential substitution to SF6 technology which has been utilised for decades of practice, due to environment and economic concerns. Possible threats and challenges, which might cause problems for the proposed replacement, are identified mainly in three areas: (1) small inductive current switching, (2) capacitive load current switching and (3) short-line fault switching. Three circuit-breaker programming models, therefore, have been developed based on statistic data provided by breaker manufactures: (1) a maximum di/dt fixed model which has been utilised for small inductive current switching tests and capacitive load current de-energising tests; (2) a dynamic di/dt model adopting from Mayr’s classic arc model for SF6 circuit-breakers which has been utilised for short-line fault tests; and (3) a current making model for capacitive load current energising tests. In a general conclusion, vacuum technology shows its superiority in most of the switching duties although in some rare cases, SF6 technology still stands a chance to break it even. But if we take the environment and economic factors into consideration, vacuum is definitely worth investigating in the future market. N2 - Diese Doktorarbeit basiert auf einer grundlegenden Frage: Ob die Vakuum-Schalttechnik als potentieller Ersatz für die in Energieverteilungsnetzen bis 145 kV in jahrzehntelanger Praxis verwendete SF6-Technoligie geeignet ist, da gegen letztere Bedenken bezüglich der Umweltverträglichkeit bestehen. Die potenziellen Probleme für das vorgeschlagene Ersetzen sind vor allem in drei Bereichen identifiziert: (1) Schalten kleiner induktiver Ströme, (2) Schalten kapazitiver Lasten, und (3) Kurzschlüsse auf Freileitungen. Daher wurden drei Programmiermodelle für Leistungsschalter, basierend auf statistischen Angaben von Leistungsschalter-Herstellern, entwickelt: (1) ein auf maximales di/dt festgelegtes Modell, das für das Schalten kleiner induktiver Ströme und das Abschalten kapazitiver Ströme verwendet worden ist; (2) ein dynamisches di/dt-Modell, das vom klassischen Lichtbogenmodell nach Mayr übernommen worden ist; (3) ein Strommodell für das Einschalten kapazitiver Lasten. Daraus resultiert eine allgemeine Schlussfolgerung, dass die Vakuum-Schalttechnik in den meisten Schaltaufgaben überlegen ist. Jedoch hat auch die SF6-Schalttechnologie unter einigen seltenen Umständen eine Chance überlegen zu sein. Aber, wenn wir Umweltprobleme und wirtschaftliche Faktoren berücksichtigen, lohnt es sich auf jeden Fall, die Vakuum-Schalttechnik im Hinblick auf den zukünftigen Markt weiter zu untersuchen. KW - Vacuum KW - SF6 KW - Simulation KW - Aufschlüsselung KW - Vakuum KW - TRV KW - Breakdown KW - High-frequency current quenching KW - Hochspannungsleistungsschalter KW - Vakuumschalter KW - Ausschaltverhalten Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36693 ER - TY - THES A1 - An, Ni T1 - Statistical analysis of extreme climate events in Brandenburg T1 - Statistische Analyse der extremen Klimafälle in Brandenburg N2 - The main idea of this paper is to evaluate the performance of the fine resolution CLM model in the state of Brandenburg Germany, create a bias correction method and reanalyze the climate signals of the corrected simulations on projections of the 21st century. The bias correction method is a distribution oriented method and the analysis is mainly focused on the extreme events such as 95 and 5 percentile daily temperatures and 95 percentile daily precipitations in a period of 30 years, but also includes seasonal temperature, daily temperature difference and monthly precipitation to demonstrate the effectiveness of the correction method. The results showed that the correction method was very effective on different variables. After correction, the extreme daily temperature bias was reduced from a cold bias of 1-2K to less than 0.1K. The corrected projection simulations suggested that the extreme temperatures were about to increase both in intensity and in frequency. The extreme precipitation after correction was meant to become more severe and frequent as well. N2 - Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, die Leistungsfähigkeit der Feinauflösung CLM-Modell im Land Brandenburg, Deutschland, auszuwerten, indem man ein Bias-Korrekturverfahren erstellt und die Klimasignale der korrigierten Simulationen auf Projektionen des 21. Jahrhunderts erneut analysiert. Das Bias-Korrekturverfahren ist ein Distribution-orientiertes Verfahren. Die Analyse konzentriert sich in erster Linie auf die Extremereignisse wie 95 und 5 Perzentil Tagestemperaturen und 95-Perzentil täglicher Niederschläge in einem Zeitraum von 30 Jahren und umfasst auch saisonale Temperatur, tägliche Temperaturdifferenz und monatliche Ausfällung, um die Effektivität des Korrekturverfahrens zu demonstrieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das Korrekturverfahren sehr effektiv war und für verschiedene Variablen geeignet ist. Nach der Korrektur wurde der extreme Tagestemperatur Bias von einer kalten Vorspannung mit Genauigkeit von 1-2K auf weniger als 0,1 K verringert. Die korrigierten Projektionssimulationen zeigen, dass die extremen Temperaturen im Begriff sind, sich sowohl in der Intensität und in der Frequenz zu erhöhen. Das bedeutet, dass nach der Korrektur die extremen Niederschläge heftiger und häufiger werden. KW - Bias correction KW - Climate simulation KW - CLM model evaluation KW - Climate signal analysis KW - Bias Korrektur KW - Klima Simulation KW - CLM Modell Auswertung KW - Klima Signal Analyse KW - Brandenburg KW - Klima KW - Modell KW - Statistische Analyse KW - Simulation Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36117 ER - TY - THES A1 - Völker, Eduard T1 - Numerische Berechnungen der Temperaturverteilung in einem Wasserbehälter mit transparenter Abdeckung bei direkter Sonnenstrahlung N2 - Diese Arbeit bezieht sich auf die Annahme, dass es im Speicher genau wie im Gewässer eine starke Temperaturschichtung geben muss. Diese wirkt sich unterschiedlich auf die Wärmeverluste aus. So sind an der Oberfläche höhere Verluste als im unteren Bereich des Behälters zu erwarten. Die Zielsetzung besteht in erster Linie darin, die Temperaturschichtung zu berechnen, um Auswirkungen auf die Effizienz abschätzen zu können. Neben der Betrachtung der Effektivität wird in dieser Arbeit auch viel Wert auf die Randbedingungen gelegt. Es werden Annahmen getroffen, die die Einflüsse auf die Temperatur möglichst realitätsnah beschreiben. Dafür werden zunächst die verwendeten physikalischen Grundlagen erläutert. KW - Simulation KW - Wasserspeicher KW - Temperaturverteilung KW - Strömungssimulation KW - Finite-Volumen-Methode KW - ANSYS Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-34618 ER - TY - THES A1 - Nakov, Galin T1 - Rohemissionsmodellierung auf Basis detaillierter Chemie T1 - Raw emissions modelling based on detailed chemistry N2 - Diese Dissertation befasst sich mit der numerischen Simulation von Verbrennung sowie Ruß- und NOx-Emissionen in Dieselmotoren. Für die Rußsimulation wurde das detaillierte Rußmodell von Prof. Dr. F. Mauß angewandt, das auf einer Flamelet-Bibliothek basiert (engl. Flamelet Library of Sources – FLOS). Dabei wird die detaillierte Chemie a priori gelöst und tabelliert, wodurch eine Berücksichtigung von lokalen Chemie- und Turbulenzeffekten bei akzeptablen CPU-Rechenzeiten ermöglicht wird. Unter der berechtigten Annahme, dass die Rußchemie viel langsamer als die turbulenten Längenskalen im Strömungsfeld ist, können Rußreaktionsraten vorausberechnet und in der FLOS tabelliert werden. Des Weiteren wurde ein ähnlich gestaltetes NOx-Modell entwickelt, das auch auf einem Flamelet-Bibliotheksansatz basiert. Eine große Herausforderung bei der Anwendung von Flamelet-Bibliotheksansätzen ist die Kopplung zum CFD-Code. Eines der Hauptziele dieser Arbeit ist die Entwicklung einer neuen Methode, mit der die Kopplung zum CFD-Code verbessert wird. Der vorgeschlagene Ansatz weist eine weitere Bibliothek auf, in der Temperaturprofile von stationären Flamelets tabelliert sind. Mithilfe dieser zusätzlichen Bibliothek kann das Flamelet ausgewählt werden, das genau den thermodynamischen Bedingungen und der Gemischzusammensetzung in der CFD-Zelle entspricht. Damit wird die Konsistenz zwischen FLOS und CFD-Code hinsichtlich Mischungs-bruch und Temperatur gewährleistet. Weitere Optimierung der Kopplung zwischen FLOS und dem CFD-Code wurde durch die Berücksichtigung der lokalen Acetylenkonzentration erreicht. Das Rußmodell ist unabhängig von dem in der CFD-Software verwendeten Verbrennungsmodell. Somit werden die Verbrennungsvorgänge in der Gasphase vom Rußmodell nicht beeinflusst. Gleichzeitig wird das Rußmodell von der Gasphasenchemie nicht beeinflusst. Während der stationären Flamelet-Rechnungen ist die lokale Rußoberfläche, von der das Oberflächenwachstum direkt abhängt, nicht bekannt. Aus diesem Grund kann der Acetylenverbrauch durch Rußoberflächenwachstum in der FLOS nicht explizit berechnet werden. Deshalb wurde das Acetylen-Feedback eingeführt: eine Limitierung der Rußoberflächenwachstumsrate, die die lokale Acetylenkonzentration berücksichtigt. Das FLOS-Modell und die neu entwickelten Ansätze wurden mit dem CFD-Code STAR-CD© gekoppelt. Das resultierende CFD-Paket wurde für dieselmotorische Verbrennungs- und Emissionssimulation eingesetzt. Der Schwerpunkt der numerischen Untersuchungen lag auf dem Einfluss der AGR-Rate und der Einspritzstrategie auf die Verbrennung und die dabei entstehenden Ruß- und NOx-Emissionen. In diesem Kontext wurde über die Qualität des CFD-Setups und der Verbrennungssimulation diskutiert, die für eine zuverlässige Rußsimulation erforderlich ist. Die Simulationsergebnisse wurden mit experimentellen und diagnostischen Daten verglichen und zeigen eine sehr gute Übereinstimmung für die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Betriebspunkte. Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial der verbrennungs-motorischen CFD-Simulation hinsichtlich Brennverfahrensoptimierung auf. N2 - The subject of this PhD thesis is 3D numerical simulations of combustion, soot and NOx emission formation for a diesel engine. For the soot simulation the detailed soot model by Prof. Dr. F. Mauss based on stationary flamelet library (Flamelet Library of Sources – FLOS) was applied. The model features pre-processing of the detailed chemistry, which allows considering local chemistry and turbulence effects at reasonable CPU costs. Under the assumption that soot chemistry is much slower than the turbulent length scales in the flow field, soot formation and oxidation rates can be stored in the soot library. Furthermore, a similarly constructed NOx model was developed, which was also based on the stationary flamelet library model. A major challenge of such approaches is the coupling to the CFD code. One of the main objectives of this work is to present a new coupling approach aiming to tackle this challenge. The approach proposed is based on a library of stationary flamelet temperature profiles. By means of this library the correct flamelet can be selected based on the conditions in the computational cell. Thereby the new approach ensures the consistency between flamelet library and CFD code regarding mixture fraction and temperature. A further optimization of the coupling between the FLOS model and the CFD code was achieved by considering the local concentration of acetylene. The FLOS soot model is independent on the combustion model used in the CFD software. Hence, the gas phase combustion is not influenced by the soot model and the soot model is not influenced by the gas phase chemistry. As the soot surface available for surface growth is unknown at the time when the FLOS is build, the consumption of acetylene is not included in the build of the library. Hence, a new approach – the acetylene feedback – was introduced to limit the soot surface growth rate, if the acetylene concentration becomes low. The FLOS model featuring the new approaches described above was coupled with the CFD code STAR-CD© and applied for emissions simulation in a diesel engine. The emphasis of the investigations is put on the effect of EGR rate and injection strategy on combustion as well as soot and NOx emissions. In this context a discussion is offered over the required quality of CFD setup and combustion simulation for obtaining reliable soot simulation results. The simulation results were compared to experimental and diagnostic data showing a very good agreement for the operating points investigated. This shows the potential of a predictive CFD package including soot and NOx model for improving the combustion chamber design and the operating strategy with respect to lower emissions. KW - Ruß KW - NOx KW - Flamelet KW - Bibliothek KW - Diesel KW - Soot KW - Library KW - CFD KW - Simulation KW - Engine KW - Dieselmotor KW - Rußemission KW - Stickstoffemission Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-34668 ER - TY - THES A1 - Zimbal, Christine T1 - Bestimmung der Gurney-Energien und JWL-Parameter zivil genutzter Sprengstoffe mittels Zylindertestverfahren T1 - Determination of Gurney energy and JWL parameters of civil used explosives by using the cylinder test method N2 - Die GURNEY-Energie lässt Aussagen über den Energiegehalt eines Sprengstoffes und somit über sein Arbeitsvermögen zu. Diese im militärischen Bereich etablierte Größe wurde im Rahmen dieser Arbeit für verschiedene zivil genutzte Sprengstoffe bestimmt. Es wurden Sprengstoffe gewählt, die im gewerblichen Bereich häufig angewendet werden, z.B. in Steinbrüchen oder im Bergbau. Die Bestimmung der GURNEY-Energien dieser Gesteinssprengstoffe wurde mit dem ebenfalls aus dem militärischen Bereich adaptierten Zylindertestverfahren durchgeführt. Dazu wurden die Messbedingungen an die Anforderungen, die zivile Sprengstoffe an einen solchen Test stellen, angepasst. Ferner wurde eine neue Methode zur Aufzeichnung der Versuche entwickelt. Mit Hilfe einer Ultra-High-Speed-Kamera wurde die seitliche Zylinderrohraufweitung infolge der sich durch die Detonationswirkung ausbreitenden Schwaden aufgezeichnet. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten zur Auswertung der Zylindertests. Im Gegensatz zu der üblicherweise eingesetzten Streak-Aufnahmetechnik können mit der hier verwendeten Methode mehr Informationen aus einem Versuch gewonnen werden. Aus den Zylindertestdaten lassen sich mit Hilfe der sogenannten GURNEY-Gleichung die GURNEY-Energien und auch die häufig verwendeten GURNEY-Konstanten ermitteln. Die JWL- Zustandsgleichung (Jones – Wilkens – Lee – Zustandsgleichung) beschreibt den Druckverlauf der sich ausbreiten Detonationsschwaden. Diese Zustandsgleichung ist Bestandteil verschiedener Computercodes zur numerischen Simulation von Detonationsprozessen. Da solche Simulationen immer mehr an Bedeutung gewinnen, ist eine Kenntnis der sprengstoffspezifischen Parameter auch für zivil genutzte Sprengstoffe wichtig. Bislang sind nur sehr wenige zivile Sprengstoffe hinsichtlich ihrer JWL-Parameter untersucht worden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein einfaches Näherungsverfahren entwickelt, um die sprengstoffspezifischen JWL-Parameter der untersuchten zivilen Gesteinssprengstoffe durch partielles Fitting der aus den Daten der Zylindertestversuche erhaltenen Energiekurven zu bestimmen. N2 - The GURNEY energy allows statement about the energy content and the working capacity of an explosive. This value has been established in the military fields and was now determined for a various range of civil used explosives in this thesis. The examined explosives are widely spread, e.g. in quarries or mining. For determination of the GURNEY energy of these blasting explosives an also military used method was adapted – the so called cylinder test method. The requirements were confirmed for civilian explosives and a new recording method was developed. The radial expansion of the cylinder tube in consequence of the expansion of the detonation products was recorded by an ultra-high speed camera. That discovered new ways of evaluating cylinder test results. Compared to the commonly used streak technique more information within an experiment are available by using this method. Furthermore by using the so called GURNEY equation the GURNEY energy and in addition the often used GURNEY constant could be calculated from the cylinder test data. The JWL EOS (Jones Wilkens Lee equation of state) describes the pressure curve of the expanding detonation products. This EOS is part of various computer codes for numerical simulation of detonation processes. Simulation processes become more and more important, as well as the knowledge of specific parameters for civil used explosives. So far, only a few JWL parameters of civilian explosives have been investigated. By evaluating the energy curves received from cylinder test data the specific JWL parameters of the examined blasting explosives were determined. Therefor a simple method of partially fitting was developed in this thesis. KW - Gurney-Energie KW - JWL-Parameter KW - Zylindertest KW - Gurney energy KW - Cylinder test method KW - Sprengstoff KW - Kinetische Energie KW - Dynamik KW - Simulation Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31652 ER - TY - THES A1 - Pecenka, Ralf T1 - Optimieren der Reinigung von Hanffasern auf Kammschütteln T1 - Optimisation of hemp fibre cleaning on comb shakers N2 - Naturfasern erleben seit etwa 20 Jahren weltweit eine Renaissance und sind insbesondere als technische Fasern für Bau- und Dämmstoffe oder als Verstärkungsfasern in Verbundwerkstoffen für höherwertige Funktionen im Automobil- und Flugzeugbau gefragt. Nachdem wesentliche Fragen des Anbaus und der Ernte von Fasernpflanzen erfolgreich in den letzten Jahren gelöst wurden, bestehen die größten Defizite derzeit in den verfahrenstechnischen Prozessen der Faserngewinnung aus Hanfstroh. Neben effizienten Verfahren zum Strohaufschluss ist insbesondere eine Optimierung der Faserreinigung erforderlich. Die systematische Untersuchung verschiedener Reinigungssysteme ergab, dass Kammschüttel am besten die technischen und wirtschaftlichen Forderungen der industriellen Kurzfaserindustrie erfüllen. Für detaillierte Untersuchungen wurde deshalb eine Versuchsschüttel für die Verarbeitung von Hanffaser-Schäben-Gemischen entwickelt und erprobt. Aufbauend auf diesen Untersuchungen konnten erstmals grundlegende Modelle für den Massestrom und das Trennverhalten von Fasern und Schäben entwickelt und zu einem Kammschüttel-Gesamtmodell zusammengefügt werden. Hiermit wurden mit wenigen Simulationsrechnungen geeignete Konstruktionsvorgaben für die Hauptabmessungen und zentrale Betriebsparameter ermittelt sowie ein Prototyp entwickelt. Mit der im Ergebnis vorgestellten Konstruktion steht für die Reinigung von Hanffaser-Schäben-Gemischen eine optimierte Reinigungsmaschine zur Verfügung, die alle auf der Grundlage der Praxiserfahrungen erarbeiteten aktuellen Anforderungen erfüllt. N2 - There is an increasing demand for high-quality hemp and flax fibres as a raw material e.g. for the production of natural fibre reinforced composites. Efficient production technologies are already employed for cultivation and harvest of hemp and flax. But there is a substantial need for powerful technologies for fibre processing to ensure a reliable supply of quality fibres for the market. Particularly, efficient decortication and cleaning technologies are needed for economic plant operation. Comb shakers proved to have the highest potential to fulfil the requirements of industrial short fibre production. For detailed investigations an experimental comb shaker has been developed and tested. On the basis of the experimental results a model for the mass flow and the screening process of fibre-hurd-mixtures has been developed. Both models were combined to a machine model of a comb shaker. General design parameters such as optimum shaker frequency, screen inclination as well as the necessary screen length for a required cleaning result can be easily identified with only a small number of simulation calculations with this novel model. Finally, a prototype of a comb shaker has been developed that fulfils the common requirements of efficient fibre cleaning in industrial short fibre production. KW - Faserhanf KW - Hanfverarbeitung KW - Vergleichsverfahren KW - Naturfaser KW - Faserreinigung KW - Sieben KW - Modellierung KW - Simulation KW - Natural fibre KW - Fibre cleaning KW - Screening KW - Modelling KW - Simulation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5879 ER - TY - THES A1 - Wei, Shouke T1 - On the use of game theoretic models for water resources management T1 - Über die Anwendung spieltheoretischer Modelle zur Wasserbewirtschaftung N2 - Water quality degradation and water scarcity are two serious problems, and water resources management related to those problems usually involves conflicts. In the absence of market and exclusive property rights, those conflicts are unavoidable. Game theory is an appropriate approach to simulate and resolve such conflicts. The overall objective of this research is to develop a practical methodology and mechanism to promote the maximization of public welfare from a socio-economic and environmental perspective using game theory. There are three main goals: 1) to use game theory to illustrate and analyze phenomena of water resources management, 2) to set up non-cooperative and cooperative game theoretic simulation models of water conflicts in a river basin, and 3) to apply the game theoretic simulation approach into water conflicts involved in the Hanjiang River Basin (HRB) in China. In the case of HRB, the Municipalities of Beijing, Hanzhong, Ankang and Shangluo, Shiyan and the Cities of Xixia and Xichuan are defined as the main players. For each main player, industry, households and agriculture are defined as the sub-players. Statistical and econometric regression modeling methods are used to formulate payoff functions of the players. The models are evaluated by forecasting and scenarios analyses. Cost-benefit Analysis (CBA) and demand-supply principle (DSP) are applied to compare the game outcomes. Economic valuation methods (EVMs) are applied to the value transformation. Scenario analysis is also employed to analyze the future risks and uncertainties. The main results prove that the non-cooperative game will cost all players an overall loss, though it yields benefits to some players. However, cooperative game results show that there is an overall benefit, though some players have loss. Comparing with the results of non-cooperative and cooperative games, it finds that cooperation makes all the players better off though some players are worse off. Scenario results illustrate that player one and his sub-players have serious water deficits even in the optimistic scenario. Thus, cooperation with other players is the dominant strategy for this player. The risks of non-cooperation come from some other players and sub-players. The game theoretic simulation approach and results benefit not only different groups of water stakeholders, but also decision makers to make policies on water quantity allocation, water quality protection, water pricing as well as ecological loss compensation. N2 - Die Verschlechterung der Wasserqualität und die Verknappung des Wassers sind zwei schwerwiegende Probleme der Wasserbewirtschaftung, die häufig zu Konflikten führen. Ohne eine geeignete Definition von Eigentumsrechten bzw. ohne einen Wassermarkt sind Konflikte unvermeidlich. Die Spieltheorie ist ein geeigneter Ansatz zur Simulation und Lösung solcher Konflikte. Das Gesamtziel dieser Forschung ist die Entwicklung einer praktikablen Methodik, um mit Hilfe der Spieltheorie eine Optimierung der öffentlichen Wohlfahrt zu realisieren. Dies umfasst soziale und wirtschaftliche Aspekte ebenso wie auch Aspekte der Umwelt. Es gibt drei wesentliche Ziele: 1) Die Darstellung von Phänomenen der Wasserbewirtschaftung mit Hilfe der Spieltheorie; 2) die Modellierung und Simulation von Konflikten der Wasserwirtschaft durch kooperative und nicht-kooperative Spiele; 3) die Anwendung der Spieltheorie zur Lösung von Konflikten zwischen verschiedenen Gewässernutzungen in dem Hanjiang-Flussgebiet (EHF). Im Fall von EHF stellen die Städte Beijing, Hanzhong, Ankang, Shangluo und Shian, Xixia und Xichuan die Hauptspieler dar. Für jeden Hauptspieler werden wiederum Industrie, Haushalt und Landwirtschaft als Sub-Spieler definiert. Die Auszahlungsfunktionen der Spieler werden durch statistische und ökonometrische Regressionsmodelle berechnet. Die Modelle werden mit Hilfe von Prognosen und Szenarien bewertet. Für den Vergleich der Spiele (oder Simulationen) wird die Kosten-Nutzen-Analyse und das Angebot-Nachfrage-Prinzip angewendet. Die Werttransformation wird auf der Grundlage wirtschaftlicher Bewertungsmethoden eingeschätzt. Risiken und Unsicherheiten werden durch die Erstellung von Zukunftsszenarien analysiert. Die Resultate zeigen, dass die nichtkooperativen Spiele zu einem Gesamtverlust führen, obwohl sie für einige Spieler vorteilhaft sind. Umgekehrt lassen die Ergebnisse der kooperativen Spiele einen Gesamtvorteil erkennen, wenngleich sie für einige Spieler zu Verlusten führen. Insgesamt kann anhand des Vergleiches der nichtkooperativen und der kooperativen Spiele ein Gemeinschaftsvorteil durch Zusammenarbeit festgestellt werden, obwohl dies für einige Spieler von Nachteil ist. Die Ergebnisse der Szenarienanalysen zeigen, dass sogar im optimistischen Szenario eine Wasserknappheit für Spieler 1 und seine Sub-Spieler auftritt. Deshalb ist die Zusammenarbeit für diesen Spieler und seine Sub-Spieler die beste Strategie. Das Risiko fehlender Zusammenarbeit wird durch andere Spieler und Sub-Spieler verursacht. Die Methoden der Spieltheorie ermöglichen Verbesserungen sowohl für verschiedene Interessengruppen als auch im gemeinschaftlichen Rahmen bis hin zur politischen Ebene. Dies umfasst die Wasserverteilung, den Schutz der Wasserqualität, die Festlegung von Wasserpreisen und die Abschätzung und Kompensation ökologischer Kosten. KW - China KW - Wasserwirtschaft KW - Spieltheorie KW - Simulation KW - Wasserbewirtschaftung KW - Konflikte KW - Spieltheorie KW - Simulation KW - Szenarioanalysen KW - Water resources KW - Conflicts KW - Game theory KW - Simulation KW - Scenario analysis Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5869 ER - TY - THES A1 - Misera, Silvio André T1 - Simulation von Fehlern in digitalen Schaltungen mit SystemC T1 - Simulation of faults in digital hardware with SystemC N2 - Elektronische Systeme sind in vielen Bereichen des täglichen Lebens zur Selbstverständlichkeit geworden. Dabei werden diese zunehmend komplexer und leistungsfähiger. Für den Entwurf entstehen dadurch Herausforderungen, die z. B. zunehmend mit Hilfe von SystemC gelöst werden. SystemC, eine C++- Klassenbibliothek, erlaubt die Modellierung von Hardwarekomponenten in einer Programmiersprache, wie sie zuvor nur mittels spezieller Hardwarebeschreibungssprachen möglich war. Die Simulation des Systems im Zusammenhang mit Fehlererscheinungen ist ein wichtiger Schritt für den Zuverlässigkeitsnachweis. Für die Simulation von Fehlern ergeben sich dabei im wesentlichen zwei Einsatzbereiche. Zum einen ist es die Fehlersimulation, welche Testmuster hinsichtlich ihrer Effektivität für den Produktionstest beurteilt. Zum anderen dient sie, häufig als simulierte Fehlerinjektion bezeichnet, dem Nachweis der Fehlertoleranz oder des Systemverhaltens im Betrieb. In dieser Arbeit werden erstmals verschiedene Aspekte und Strategien zur Simulation von Fehlern in digitalen Schaltungen als SystemC-Beschreibungen methodisch untersucht. Vorteile mit der Verwendung von SystemC bestehen z. B. in der Verwendung eines einheitlichen Beschreibungsmittels in einem durchgängigen Ablauf und in der Möglichkeit einer schnellen Ausführung. Voraussetzung für die Simulation von Hardware ist eine entsprechende Modellierungsmöglichkeit. Neben der Betrachtung der Register-Transfer- und Gatterebene wird eine neue Modellierung auf der Schalterebene präsentiert. Der Vorteil liegt hierbei in einer höheren Auflösung bei einer akzeptablen Geschwindigkeitseinbuße, wie sie insbesondere bei der Simulation von Fehlern sinnvoll ist. Bei der Modellierung der Fehler wurden neben dem klassischen Haftfehlermodell weitere Modelle kreiert, die Defekte und Störungen realitätsnäher abbilden. Die Injektion der Fehler in die Hardware-Beschreibung erfolgt mit Hilfe verschiedener Strategien. Neben der Umsetzung von Methoden, wie sie aus anderen Hardwarebeschreibungssprachen bekannt sind, werden weitere Wege in SystemC gezeigt. Hierbei nutzt man spezielle Eigenschaften der Sprache C++ und des SystemC-Kernels. Ergebnis dieser Techniken ist eine Modifikation der SystemC-Bibliothek, die zu einer sehr effizienten Fehlerinjektion führt. Bei der Einführung neuer Entwurfswerkzeuge entsteht oft das Problem der Portierung des bestehenden Know-hows. Eine Alternative kann die Kopplung von bestehenden und neuen Simulationsprogrammen sein. Probleme solcher gekoppelten Simulationen liegen z. B. im zusätzlichen Kommunikationsaufwand und der Synchronisation, welche die Ausführungszeit oft deutlich erhöhen. Die hier präsentierte Mixed-Language-Co-Simulation in Form einer Thread-Implementierung und einer weiteren Modifikation der SystemC-Bibliothek erweist sich aber als sehr effizient im Vergleich zu anderen Co-Simulationen. Eine wesentliche Herausforderung für Simulationsaufgaben besteht in ihren Ausführungen in einer akzeptablen Zeit. Es werden verschiedene Implementierungen der beschleunigten Simulation präsentiert. Dabei kommen unterschiedliche Ebenen der Parallelisierung zur Verwendung und zur Untersuchung in Bezug auf ihre Performance. Eine Kombination verschiedener Methoden führt zu einer zusätzlichen Verbesserung. Mit dieser Arbeit wird gezeigt, dass die Simulation von Fehlern in Hardware mit SystemC praktikabel und sinnvoll ist. Anhand von Simulationen und Bewertungen an Beispielschaltungen wird dies unterstrichen. N2 - Electronic systems can be found in many areas of the everyday life. These systems increase in their complexity and performance. Thereby, the design process gets new challenges. For example, these challenges are solved by the usage of SystemC. SystemC is a C++ language class library which allows the modeling of hardware behaviour in a programming language for software. A hardware description language was necessary to model such cases in the past. The simulation of faults has two operation areas. At first, there is the fault simulation for the validation of test patterns for fabrication faults. At second, there is the simulated fault injection that investigates the occurrences of faults in operation. Different aspects and strategies of the simulation of faults in digital circuits are shown in a methodical way in this thesis. Advantages with the usage of SystemC are an integrative design description in a continuous design flow and the possibility of a faster execution, for example. An unavoidable condition is a suitable modeling for the simulation of the hardware. Beyond the view at the register-transfer level and the gate level, there is introduced a new modeling in SystemC at the switch level. The advantage of this is a better accuracy for the simulation of faults with an acceptable loss in speed. Beside the classical stuck-at fault model there were additional fault models implemented. These models get to a more realistic behaviour of defects and disturbances. The fault injections take place in different manners within the hardware descriptions. Beside the strategies which are known from other hardware description languages there are furthers techniques depicted for the SystemC methodology. Special properties of the C++ language and the SystemC kernel are used for theses new methods. The result of these techniques is a modified SystemC library which leads to an efficient fault injection. It arises often the problem of transferring existing know-how with the implementation of new design tools. An alternative is the coupling of the existing and the new simulation programs. But such approaches have often the problem that the additional effort for the communication and the synchronization is very high. This leads to much longer simulation times. The presented approach here is a thread implementation with a modified SystemC library. This approach is more efficient in comparison to other co-simulations. Another important challenge of simulation tasks are the executing in an acceptable time. Different ways of accelerated simulations are shown. In general, they use several layers of parallelism and are investigated regarding to their efficiency. A miscellaneous combination of the methods brings further improvements. In this thesis is shown that the simulation of faults which occur in hardware is feasible and it is efficient. It is underlined by the simulations of several examples. KW - Digitalschaltung KW - SystemC KW - Fehlererkennung KW - Fehlerbehandlung KW - Fehlersimulation KW - SystemC KW - Fehlersimulation KW - Fehlerinjektion KW - SystemC KW - Simulation KW - Fault injection Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4063 ER - TY - THES A1 - Nethe, Arnim T1 - Beitrag zur Prozeßmodellbildung am Beispiel der elektromagnetischen Felder zum induktiven Oberflächenhärten N2 - Heutzutage wird im Bereich der Prozessentwicklung und der Prozessführung die Simulation als ein strategisches Werkzeug angesehen. Sie dient zur modellhaften Darstellung oder Nachbildung bestimmter Aspekte eines vorhandenen oder eines noch zu entwickelnden Systems. Sie erlaubt die Untersuchung von Systemen, an denen die probeweise Durchführung zu gefährlich, zu teuer oder sogar unmöglich ist. Grundlegend für jede Simulation ist die Verfügbarkeit eines allgemeinen oder eingeschränkten Prozessmodells, das mathematisch genau die wesentlichen Prozesseigenschaften beschreibt. Solche Prozessmodelle sind häufig nicht vorhanden oder besitzen noch nicht die Entwicklungsreife, die auch Nichtspezialisten eine problemlose Anwendung erlauben würde. Die vorrangige Aufgabenstellung für den Einsatz von allgemeinen und eingeschränkten Prozessmodellen ist zum einen die Erlangung eines grundlegenden Verständnisses des statischen und dynamischen Verhaltens eines Systems, zum anderen die Vorausbestimmung seines Verhaltens unter definierten Bedingungen. Dies lässt eine Vorhersage zu, wie sich das System unter normalen Bedingungen verhält bzw. steuern lässt. Ferner sind Prognosen möglich, wie sich das System unter extremen oder fehlerhaften Bedingungen verhält. KW - Induktionshärten KW - Oberfläche KW - Prozessmodell KW - Induktive Erwärmung KW - Elektromagnetisches Feld KW - Simulation Y1 - 1998 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1688 ER - TY - THES A1 - Glora, Michael T1 - Ein Beitrag zur Mehrkriterienoptimierung von Simulationsmodellen und Experimenten N2 - Die Arbeit stellt das prinzipielle Vorgehen der Mehrkriterienoptimierung zunächst an Beispielen des virtuellen Prototyping dar. Die Anwendung von Optimierungsalgorithmen auf Parameteridentifikationsaufgaben führt zu Mehrkriterien-Mehrmodell-Optimierung, bei der unbekannte Systemparameter aus Vergleichen zwischen Messungen und Simulationen durch ein schrittweises Vorgehen auf Basis angepasster Versuche, Teilmodelle und Kriterien ermittelt werden können. Bei der Experiment-gekoppelten Hardware-in-the-Loop Optimierung verursacht die Streuung der Messergebnisse auf Grund des nicht vermeidbaren Messrauschens Probleme bei der Konvergenz der Optimierungsverfahren. Abhilfe schafft hier eine angepsste Funktionswert- und Gradientenberechnung auf Basis eines Approximationsverfahrens. Die Vorteile dieses neu entwickelten Verfahrens sind die Verwendung einer Ansatzfunktion zur Elimination von Messfehlern, die Speicherung aller Messwerte für eine eventuelle Weiterverarbeitung und die damit verbundene Minimierung der Anzahl notwendiger Versuche, sowie das Sicherheitskonzept zur Vermeidung kritischer Versuchszustände durch eine implementierte Schrittweitenbegrenzung. N2 - First of all the aim of multi criterion optimization is demonstrated by examples of virtual prototyping. Application to parameter identification problems leads to a multi-criterion multi-model optimization strategy where unknown parameters of a system can be estimated by a step-by-step approach based on appropriate experiments, sub models and criteria. Experiment based Hardware-in-the-loop optimizations show additional problems concerning the convergence of optimization routines due to noise in the measurement. Appropriate criteria and gradient evaluation based on an approximation approach can solve this problem. The new approach has the following advantages: Measurement noise is minimized by using approximations of the criteria, the amount of necessary function evaluations is minimized by storing all results for further approximations, and a safety concept avoiding critical states of the experiment is included. KW - Mehrkörpersystem KW - Simulation KW - Mehrkriterielle Optimierung KW - Optimierung KW - Mehrkriterienoptimierung KW - Simulation KW - Virtual Prototyping KW - Parameteridentifikation Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1575 SN - 3-8265-9633-1 ER - TY - THES A1 - Ndudzo, Phineas T1 - Beitrag zur Bestimmung von Abminderungsfaktoren bei der Überlagerung von Geschoßlasten mit Berücksichtigung ihrer zeitlichen und räumlichen Verteilungen N2 - In der Arbeit werden Abminderungsfaktoren für Stützenlasten in Geschoßbauten mit der Methode der Zuverlässigkeitstheorie bestimmt. Die Berechnung erfolgt für Bürogebäude, Wohngebäude und Hotelgebäude. Die Lastprozesse werden durch Monte-Carlo-Simulation erfaßt. Das Lastmodell wird durch je einen Dreiparameterpulsprozeß für Langzeit - und Kurzzeitlasten charakterisiert. Die Zufallsgrößen sind die Lasthöhen, die Zeitpunkte der Lasteintragung und die Lastdauer. Auf den Bezugsflächen werden Nutzlasten als gleichförmig verteilt angesetzt. Zwei Dreiparameterprozesse der Langzeit- und Kurzzeitlasten werden simuliert. Dann erfolgt die Superposition der zwei Dreiparameterprozesse. Aus den je Tag superponierten Lastwerten, werden die jährlichen Extremwerte ausgesucht. Diese jährlichen Extremwerte werden statistisch ausgewertet und charakteristische Werte (98 %-Quantilwerte) berechnet, die mit den charakteristischen Werte nach dem Eurocode 1 und der DIN 1055 verglichen werden. Für den Mittelwert und die Standardabweichung der Lasten wird eine Parametervariation durchgeführt. Bei der Berechnung der Stützenlasten wird ein Tragwerksmodell aus Deckenplatten auf dehnstarren Pendelstützen verwendet. Die Berechnung mit der FE-Methode erfolgt auf linear elastischer Grundlage. In der Beziehung zur Berechnung von Abminderungsfaktoren werden die wirksame Anzahl von Geschossen sowie der Wahrscheinlichkeitscharakter der Lastprozesse berücksichtigt. Zur Simulation der Lastprozesse wird die Monte-Carlo-Methode verwendet. Für jede Bezugsfläche werden Lastprozesse der Langzeit- und Kurzzeitlasten simuliert. Langzeit- und Kurzzeitlasten, die zum gleichen Zeitpunkt auftreten, werden auf das Tragwerk angesetzt und die daraus resultierenden Stützenlasten berechnet. Jährliche Extremwerte der Stützenlasten werden ausgesucht und die charakteristischen Werte (98 %-Quantilwerte) sowie die Abminderungsfaktoren für die verschiedenen Variantenuntersuchungen und Nutzungen bestimmt. Die ermittelten Abminderungsfaktoren werden mit denen nach EC 1 verglichen. Der Einfluß der Lastparameter (Mittelwert, Standardabweichung) auf die Abminderungsfaktoren wird durch Parametervariation untersucht. N2 - In the dissertation, storey dependant reduction factors for column loads in office buildings and residential buildings are verified with probability based methods. The load model comprises a renewal process, which is characterised by three variables, namely, the load intensity, the load duration and the point in time of the application of the load. The distribution of the load on the tributary areas is assumed to be uniform. For the simulation of the quasi-permanent and the short-term load processes, the Monte-Carlo Method is used. Since the normal imposed loads are characterised by the fact that the quasi-permanent and the short-term load parts occur jointly, the two load processes are superimposed. From the superposition annual extreme values are extracted over a reference period of 10000 years. Statistical parameters of the extreme values are evaluated and characteristic values of the normal imposed loads calculated. These characteristic values are compared with those of Eurocode1 and DIN 1055. A parameter analysis is carried out whereby the mean values and the standard deviations of the quasi-permanent loads are varied. The finite-element concept is used to discretize the structure. Linear elastic behaviour is assumed. A formula for calculating the storey dependent reduction factors is derived. Renewal processes for the quasi-permanent and short-term loads are simulated. Loads occurring at the same time are imposed on the tributary areas of the structure. Column loads are then calculated. Annual extreme values of column loads are extracted and statistically evaluated. From the characteristic values of the column loads, storey dependent reduction factors for office and residential buildings are calculated and compared with those of Eurocode 1 and recommendations are made. KW - Geschossbau KW - Stütze KW - Statische Last KW - Nutzlast KW - Zuverlässigkeitstheorie KW - Abminderungsfaktor KW - Stützenlast KW - Monte-Carlo-Methode KW - Simulation KW - Geschosslast Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000029 ER - TY - THES A1 - Weber, Klaus T1 - Unscharfe stochastische Optimierung und Anwendungen im Marketing T1 - Fuzzy stochastic optimization and applications in marketing N2 - Der Inhalt dieser Arbeit ist anwendungsorientiert. Sie entwickelt theoretische und algorithmische Grundlagen für ein System zur Entscheidungsunterstützung bei der Kundenakquisition im Marketing. Besondere Beachtung finden dabei die zeitliche Simulation des Kundenverhaltens sowie ökonomischer Kenngrößen, die Optimierung der Anzahl der Kunden, die mit einer Marketingstrategie bearbeitet werden, die Optimierung der Akquiseaktionen einer Marketingstrategie. Neben Simulation und Optimierung steht die Modellbildung im Mittelpunkt. Sie berücksichtigt zum einen die Stochastik des Kundenverhaltens und zum anderen die Unschärfe verschiedener Elemente der Kundenakquisition: der Kapazitätsbeschränkung für Akquiseaktionen, des Zieles der Kundenakquisition sowie der Bewertung, welche Aktionen für welche Kunden gut geeignet sind. Bei der Modellierung wird schrittweise vorgegangen: Formalisierung von Marketingstrategien mit Hilfe von Akquiseplänen und einem Wahrscheinlichkeitsraum, mit dem praktisch handhabbare Verfahren zur Simulation des Kundenverhaltens hergeleitet werden; Formulierung des unscharfen stochastischen Optimierungsproblems der optimalen Beschickung von Akquiseplänen; Erweiterung von Akquiseplänen zu dynamischen Akquiseplänen, mit denen eine Marketingstrategie als eine Akquise-Entscheidungsregel eines mehrstufigen stochastischen Entscheidungsprozesses in unscharfer Umgebung mit implizit vorgegebener Prozess-Endzeit dargestellt und optimiert werden kann. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Formulierung der Optimierungsprobleme und der Untersuchung ihrer Lösbarkeit. Als erste große thematische Einheit zur unscharfen Optimierung wird die Lösung des Problems der optimalen Beschickung von Akquiseplänen behandelt. Dabei werden Ansätze der unscharfen linearen Optimierung erweitert. Die Modellierung der Stochastik des Kundenverhaltens führt schließlich zur Erzeugung des deterministischen Äquivalents mit Hilfe von Szenarien. In gleicher Weise wird das scharfe Äquivalent des unscharfen Problems gewonnen. Die Strukturuntersuchung des Optimierungsproblems führt zu einer Erweiterung des Akquiseplan- Modells zum zeitlichen Akquiseplan und zur Beschreibung des Problems als ein Mehrgüterfluss-Problem. Als Lösungsverfahren werden die Mittelwertbildung über die Lösungen von linearen Optimierungsproblemen für unterschiedliche Szenarien sowie ein erweitertes Lagrange-Verfahren, das alle Szenarien zugleich berücksichtigt, entwickelt, beschrieben und untersucht. Die wesentlichen theoretischen Ergebnisse der Arbeit werden in der zweiten großen thematischen Einheit zur unscharfen Optimierung gewonnen, die die Optimierung mehrstufiger stochastischer Entscheidungsprozesse in unscharfer Umgebung mit implizit vorgegebener Prozess-Endzeit behandelt. Sie basiert auf der Arbeit von Bellman und Zadeh: "Decision-Making in a Fuzzy Environment" aus dem Jahr 1970. Während die bekannten Ansätze stochastische Entscheidungsprozesse mit vorab festgelegter Stufenanzahl betrachten, ist in der vorliegenden Arbeit die Prozess-Endzeit implizit durch Erreichen eines Endzustandes bestimmt. Die theoretische Untersuchung dieses Problemtyps führt schließlich zu einem praktisch einsetzbaren Verfahren. Eine andere Erweiterung der in der Literatur beschriebenen Behandlung dieser Optimierungsprobleme ist die Untersuchung der in der Modellierung benutzten t-Norm. Als Ergebnis kann gezeigt werden, dass alle wesentlichen Aussagen zur Lösung des Problemtyps für eine ganze Klasse von t-Normen gültig sind. Die hier entwickelten Modelle und Verfahren können zum Gebiet des finanzwirtschaftlichen Ingenieurwesens ("financial engineering") gerechnet werden, das aus dem Versuch heraus entstanden ist, Fragestellungen im Finanzwesen mit den Methoden des Ingenieurwesens zu bearbeiten. Aufgrund der Allgemeinheit der gefundenen Verfahren gehen die Anwendungsmöglichkeiten der Ergebnisse dieser Arbeit weit über den Bereich des Finanzwesens hinaus. Alle hier entwickelten Verfahren sind in Algorithmen umgesetzt und in höheren Programmiersprachen programmiert worden: die zeitliche Simulation des Kundenverhaltens und ökonomischer Kenngrößen einer Kundenakquise in Maple, die Optimierung der Beschickung von Akquiseplänen in C++ unter Verwendung von CPLEX und die Berechnung einer optimalen Politik von mehrstufigen stochastischen Entscheidungsprozessen in unscharfer Umgebung mit implizit vorgegebener Prozess-Endzeit in Matlab. Die praktische Tauglichkeit der Verfahren wird anhand zahlreicher Fallbeispiele illustriert und untersucht. Alle Programme und die Fallbeispiele sind in dieser Arbeit soweit beschrieben, wie es zu ihrem Verständnis nötig ist. Der Quellcode der Programme und alle für die Fallbeispiele nötigen Daten sowie ihre Ergebnisse sind über die Homepage des Verfassers zugänglich. Schlüsselwörter stochastische Optimierung, unscharfe Logik, Simulation, dynamische Optimierung, mehrstufige stochastische Entscheidungsprozesse, unscharfe Umgebung, Marketing, Kundenakquisition, Akquisepläne N2 - This work is application oriented. It develops the theoretical and algorithmic basis for a decision support system in marketing. Special emphasis is given to simulation of customer behavior and economic key figures, optimization of the amount of customers to which a marketing strategy is applied, optimization of marketing actions. Beside simulation and optimization focus is given to mathematical modeling. On the one hand, the latter focuses on stocastics of customer behavior, on the other hand it considers the fuzziness of various elements of customer acquision. Such elements are, for instance, capacity restrictions for marketing actions, the objective of the acquisition process, and the evaluation of which action suits which customers well. The model is developed step by step: Formalization of marketing strategies by means of acquisition plans and a probability space which allows deviation of practicable methods for simulation of the customer behavior. Formulation of the fuzzy stochastic optimization problem of feeding an acquisition plan optimally. Enhancement of acquisition plans to dynamic acquisition plans, in order to model marketing strategies as decision rules of a multi-stage stochastic decision process in a fuzzy environment with implicitly given process termination. Main focus is given to formulation of fuzzy optimization problems and investigation of their solvability. The first main part of fuzzy optimization is the solution of problems on how to feed acquisition plans, optimally. For this purpose, known approaches of fuzzy linear optimization are enhanced. Modeling of the stochastics of customer behavior is finally solved by generating the deterministic equivalent by means of scenarios. In the very same way, the crisp equivalent of the fuzzy problem is gained. Structural investigation of the problem leads to enhancement of the acquisition plan based model into a new network structure, the timely acquisition plan, and to a multi-commodity network flow problem. For its solution following approaches are developed and examined: Averaging over solutions of linear optimization problems for different scenarios. Augmented Lagrange method in order to take into account all scenarios simultaneously. The most relevant theoretical result of this work are derived in the second main part of fuzzy optimization. Its subject is optimization of multi-stage stochastic decision processes in a fuzzy environment with implicitly given process termination. It is based on Bellman’s and Zadeh’s article “Decision-Making in a Fuzzy Environment” in the year 1970. Whereas approaches in literature consider stochastic decision processes with a pre-defined number of stages, in this work process termination is defined implicitly by reaching a terminated state of a state space. Theoretical investigation of this type of problem, finally results in a practically applicable method. Another subject of investigation is the examination of the t-norms used in the model. It can be shown that all propositions for solution of this optimization problem hold for an entire class of t-norms. Models and methods developed in this work belong to the area of financial engineering which arose from the attempt to solve problems of finance by means of engineering. Owing to the generality of the methods developed in this work, areas of application go far beyond financial engineering. All methods developed here are implemented in an advanced computer language: Simulation of customer behavior and economic key figures in marketing is implemented in Maple. Optimization of feeding an acquisition plan is implemented in C++ utilizing CPLEX. Computation of an optimal policy of multi-stage stochastic decision processes in a fuzzy environment with implicitly given process termination is implemented in Matlab. Practical capability of the methods is illustrated by various case studies. All programs and case studies are described in this work in detail. Source code of the programs and all data of the case studies and related results are available from the author’s homepage. Keywords stochastic optimization, fuzzy logic, simulation, dynamic optimization, multi-stage stochastic decision processes, fuzzy environment, marketing, customer acquisition, acquisition plans KW - Stochastische Optimierung KW - Unscharfe Logik KW - Simulation KW - Dynamische Optimierung KW - Mehrstufiger stochastischer Entscheidungsprozess KW - Stochastic optimization KW - fuzzy logic KW - simulation KW - Dynamic optimization KW - Multi-stage stochastic decision process Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000819 ER - TY - THES A1 - Burkhard, Carina T1 - TQM-Trend-Matrix - Methode zur prognostischen Analyse unternehmensspezifischer Wirkungen von TQM-Maßnahmen T1 - TQM-Trend-Matrix - Approach for the predictive analysis of the results of specific TQM measures in specific companies N2 - Die vereinfachte Erfolgsformel des Managementansatzes Total Quality Management (TQM), oft auch Business Excellence genannt, lautet: Motivierte, zufriedene Mitarbeiter führen zu zufriedenen Kunden und damit zu hohen Gewinnen. Diese Erfolgsformel ist jedoch aufgrund hoher Komplexität der Wirkungen von TQM-Maßnahmen nicht für jedes Unternehmen gleichermaßen zutreffend. Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur prognostischen Analyse unternehmensspezifischer Wirkungen von TQM-Maßnahmen. Diese Methode wurde auf Grundlage von Selbstbewertungen einiger Unternehmen im Rahmen von Qualitätspreisen in Deutschland entwickelt. Mit einer Sensitivitätsanalyse nach Vester wurde ein Wirkungsmodell für TQM-Maßnahmen erstellt und simuliert. Ein Moderationskonzept wurde entwickelt, um Simulation und Unternehmenskontext des jeweiligen Unternehmens miteinander zu verknüpfen. Ergebnis der Entwicklung ist eine dynamische Simulation, die es ermöglicht, die Komplexität von TQM und TQM-Maßnahmen in einem Unternehmen untersuchen zu können. Beabsichtigte und unbeabsichtigte Wirkungen von TQM-Maßnahmen auf verschiedene unternehmensinterne und -externe Bereiche können mit Hilfe der Methode vor der eigentlichen Umsetzung einer Maßnahme erkannt und die Maßnahmen entsprechend ihrer Zielsetzung angepasst werden. N2 - The key to success in the application of the management approach Total Quality Management (TQM), also referred to as Business Excellence, is often simplified as follows: Motivated employees who are satisfied with their jobs result in satisfied customers which in turn result in high profits. However, due to the complexity of effects of TQM measures, this is not valid for every company alike. Subject of this dissertation is the development of a method for the predictive analysis of the results of specific TQM measures in specific companies. The method was developed based on self-assessment brochures submitted by companies during their participation in quality awards in Germany. A model for the simulation of the effects of TQM measures in specific companies was developed based on the sensitivity analysis by Vester. A concept for the mutual integration of simulation results in a company and specific characteristics of the company under investigation in the simulation model has been developed. The result is a dynamic simulation model that enables the user to investigate the complexity of TQM and TQM measures in a company. With the simulation model, intended and unintended effects of TQM measures in various internal and external areas of a company can be recognized and adapted according to the desired effects before their actual implementation. KW - Qualitätsmanagement KW - Wirkungsanalyse KW - Erfolgsfaktor KW - TQM KW - Wirkung KW - Prognose KW - Sensitivitätsanalyse KW - Simulation KW - TQM KW - Effect KW - Prediction KW - Analysis KW - Simulation Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-416 ER - TY - THES A1 - Ahlinder, Stefan T1 - On modelling of compact tube bundle heat exchangers as porous media for recuperated gas turbine engine applications T1 - Modellierung eines kompakten Röhrenbündelwärmetauschers als poröses Medium für rekuperative Gasturbinenanwendungen N2 - A computational tool and a methodology for steady state heat exchanger simulations of recuperated gas turbines and aero-engines have been developed. As an example a compact tube bundle heat exchanger with oval shaped tubes was chosen. The simulation tool proved to work for different layouts of the heat exchanger and for different geometrical configurations of the gas turbine engine exhaust ducts. The resistance tensors were tuned against both CFD-data and experimental data and the computational model was to some extent validated against experimental results. For the validation isothermal experimental data from the Laboratory of Fluid Mechanics and Turbomachinery at the Technical University of Thessaloniki was used together with hot gas channel data from MTU. The calculated and measured velocity profiles showed an acceptable agreement that in some of the cases was even very good. The calculated pressure drop deviated less than 10% for the compared cases, which must be considered to be acceptable. The calculared results for the hot gas cases showed an exaggerated heat transfer rate, most likely due to the use of a cold side heat transfer correlation for fully turbulent flow, although the Reynolds numbersindicated transitional flow. N2 - Kernpunkt der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung eines Computerprogramms und einer Methodologie zur Simulation stationärer Wärmetauschertriebwerke. Als Beispiel wurde ein kompakter Röhrenbündel-Wärmetauscher mit ovalem Röhrenquerschnittgewählt. Das Simulationsprogramm ist für unterschiedliche Konfigurationen von Wärmetauschern und verschiedene Abgasschachtgeometrien der Gasturbine anwendbar. Die Widerstandstensoren wurden sowohl gegen CFD-Daten als auch gegen experimentelle Daten abgeglichen und das Simulationsprogramm wurde zu einem gewissen Grad anhand experimenteller Ergebnisse validiert. Für die Validierung wurde -neben Daten eines Heißgaskanals der MTU- isothermale experimentelle Daten des Strömungsmechanik- und Turbomaschinen-Labors der Technischen Universität Thessaloniki benutzt. Die berechneten und gemessenen Geschwindigkeitsprofile stimmen gut und in einigen Fällen auch sehr gut überein. Der berechnete Druckverlust hatte eine Abweichung von weniger als 10% für die gemessenen Fälle, was hinreichend genau angesehen werden kann. Die berechneten Ergebnisse für die Heißgasströme zeigten eine erhöhte Wärmeübertragungsrate, die sehr wahrscheinlich durch die Anwendung einer Korrelation der kalten Seite für vollturbulente Strömung verursacht wird, obwohl die Reynoldszahlen transitionale Strömung nahelegen. KW - Fluggasturbine KW - Wärmeaustauscher KW - Simulation KW - Wärmetauscher KW - CFD KW - Poröses Medium KW - Rohrbündel KW - Heat exchanger KW - CFD KW - Porous medium KW - Tube bundle Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-151 SN - 3-8322-5355-6 ER - TY - THES A1 - Weiss, Patrice T1 - Ein Modell zur Simulation der transienten Vorgänge einer Asynchronlinearmaschine : Parametrierung am Beispiel eines Wirbelstromläufers T1 - An mathematical model to simulate the transient processes of an asynchronous linear machine : Calculation the parameters of the model at example of the eddy-current secondary part N2 - Die derzeit verfügbaren Modelle zur Simulation von transienten Vorgängen in Asynchronlinearmaschinen sind entweder zu ungenau, zu angepasst oder zu langsam. Weder die Analyse des Antriebes mit der Finite-Elemente-Methode noch die Anwendung von herkömmlichen Zweiachsmodellen spiegeln die Vorgänge in der Maschine ausreichend wider. Die Entwicklung eines mathematischen Modells, welches die genannten Nachteile nicht aufweist, ist Gegenstand dieser Arbeit. Ausgehend von einem dreiphasigen Modell werden die Differentialgleichungen und die Bewegungsgleichung des Antriebes aufgestellt und am Beispiel eines Wirbelströmläufers Hinweise zur Parametrierung des Modells gegeben. Es erfolgt ein Vergleich zwischen Rechnung, FEMAnalyse und Messung am Beispiel eines konkreten Motors. N2 - The presently available mathematical models to simulate transient processes in asynchronous linear machines are either to imprecise, to adapted or to slow calculating. Neither the analysis of the drive with finite element method nor the use of conventional two-axis-models reflect the processes in the drive satisfactory. The design of an mathematical model, which doesn.t feature the shown detriments is the matter of this dissertation. Based on an three-axis mathematical model will be designed the differential equations and the equation of moving for the drive, and at example of an eddy-current secondary part will be given instructions to calculate the parameters of the model. The results given by the designed model, given by the FEM-analysis and given by measurements at an existing linearmotor, will be compared. KW - Asynchronmaschine KW - Ausgleichsvorgang KW - Simulation KW - Drehstromlinearmotor KW - Mathematisches Modell KW - Raumvektor KW - Tangentiale Kraft KW - Wirbelstromläufer KW - Asynchronous linearmotor KW - Mathematical model KW - Space vector KW - Tangential force Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-176 ER - TY - THES A1 - Frischke, Sören T1 - Simulationsbasierte Entscheidungsunterstützung bei der Gestaltung flexibler Produktionsbereiche auf taktischer Ebene T1 - Simulation based decision support for the middle management for the support of the organization of flexible shop-floors N2 - Mit hoher Geschwindigkeit wechselnde qualitative und quantitative Marktanforderungen erfordern von Unternehmen geeignete Reaktionen. Die Umweltdynamik findet einerseits Eingang in die strategische Planung und führt andererseits im Ausführungssystem zu ungeplanter Turbulenz. Die taktische Ebene steht vor der Aufgabe, interne und externe Flexibilitätsanforderungen und die Flexibilitätspotentiale des Produktionsbereiches aufeinander abzustimmen. In der vorliegenden Arbeit wird ein in sich geschlossener Flexibilitätsmanagementzyklus entwickelt. Durch die Erstellung hybrider Simulationsmodelle wird es möglich, das Ausführungssystem mit diskreten Systembestandteilen detailliert abzubilden ohne auf die Beschreibung selbständigen Anpassungsverhaltens der Akteure durch Ausnutzung gegebener Handlungsspielräume in kontinuierlichen Modellbestandteilen verzichten zu müssen. Das Flexibilitätspotential des Produktionssystems wird auf diese Weise sichtbar und kann analysiert werden. N2 - Qualitative and quantitative market requirements changing with high speed and require fast reactions provided by enterprises. The environmental dynamics influence the strategic planning on the one hand and dynamic produce unplanned turbulence in the shop floor on the other. Middle management has to coordinate internal and external flexibility requirements and the flexibility potentials of the shop-floor. The available work developed a flexibility management cycle. With hybrid simulation models it is possible to illustrate the shop-floor in discrete system components on the one hand and to describe human adaptive behavior in continuous model components on the other. The effects of internal and external dynamics on the system performance are structured modelled and analyzed by changes of parameters on the basis of the identified flexibility problems. KW - Flexible Fertigung KW - Produktionsplanung KW - Simulation KW - Strategische Planung KW - Simulationsmodelle KW - Flexible shop-floors KW - Strategic planning KW - Simulation KW - Production Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-92 ER -