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In dieser Dissertation wurden Zuverlässigkeitsaspekte der NED-Aktoren betrachtet und ihre Langzeitstabilität untersucht. Die Langzeituntersuchungen an einzelnen NED-Aktoren haben gezeigt, dass insbesondere große elektrische Felder zur Verkürzung der Lebensdauer der Aktorik führen können. Elektrische Felder beschleunigen Oxidation der NED-Siliziumelektroden. Dabei wurden zwei unterschiedliche Oxidationsmechanismen beobachtet: die anodische Oxidation von Siliziumelektroden im Isolatorbereich und die feldemissionsunterstützte Oxidation. Die beiden Degradationsmechanismen begünstigen das Wachstum des Siliziumoxides an Siliziumelektroden und resultieren in der Veränderung der Oszillationseigenschaften der NED-Aktoren mit der Zeit. Weitere Untersuchungen an den NED-basierten Anwendungen – Mikrolautsprecher haben verdeutlicht, dass solche Faktoren wie Feuchtigkeit die Degradation am meisten forcieren. Durch Passivierung der Aktoren, wobei sie z. B. mit Aluminiumoxid im ALD-Verfahren verkapselt werden, können unerwünschte Degradationsmechanismen deutlich verlangsamt werden. Durch eine geeignete Materialwahl bei der Verkapselung kann sogar gleichzeitig die Effizienz der Aktoren verbessert werden.
Die geltende Normung zur Konstruktion und Bemessung baulicher Anlagen fußt auf dem Prinzip der Grenzzustände. Normative Vorgaben und Empfehlungen befinden sich in stetiger Weiterentwicklung zur kontinuierlichen Verbesserung des europäischen Normungskonzepts unter Einbeziehung aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse und Erfahrungen aus der praktischen Umsetzung. Während die Normung im Neubau den aktuellen Wissensstand gut widerspiegelt, bestehen für den Bestandsbau nur wenige Vorgaben zur Bestandsaufnahme, sowie zur Bewertung der Tragfähigkeit. In Ermangelung spezifischer normativer Regelungen finden die für den Neubau entwickelten Vorgaben auch im Bestandsbau Anwendung. Dies führt häufig zu unangemessenen, wenig substanzschonenden Maßnahmen, welche zudem, nicht zuletzt aus ökonomischen Gründen, die Attraktivität der Erhaltung bestehender Bausubstanz gegenüber dem Neubau senkt. Die Notwendigkeit einer fokussierten Weiterentwicklung der Normung auf die Bedürfnisse des Bestandsbaus wird deutlich. Aufgrund der besonderen Herausforderungen des Materials, des historischen Wertes gebauter Konstruktionen und seiner praktischen Relevanz und Aktualität spielt der Holzbau in diesem Zusammenhang eine besondere Rolle.
In der Arbeit wird zur Konkretisierung der Forschungslücke zunächst der aktuelle Stand normativer Regelungen und normungsvorbereitender Arbeiten in Deutschland und ausgewählten europäischen Ländern dargelegt. Last- und Materialparameter werden zuverlässigkeitstheoretisch modelliert, wobei ein Schwerpunkt auf der Analyse der Methoden zur Verbesserung des Widerstandsmodells liegt. Folgend werden Studien zur Zuverlässigkeit von Holzbauteilen in ausgewählten, für historische Holzkonstruktionen typischen, Bemessungssituationen durchgeführt und die Ergebnisse in Bezug auf die geltenden normativen Festlegungen bewertet. Die Studien betreffen einachsige Beanspruchungen und Spannungskombinationen (Querschnittsversagen) aus ständigen Lasten, Nutz-, Schnee- und Windlasten. Einflussfaktoren auf die rechnerische Zuverlässigkeit werden mittels Sensitivitätsstudien analysiert und bewertet.
Nach einer Abschätzung des impliziten Sicherheitsniveaus bei Anwendung normativer Regelungen im Holzbau werden Anpassungen der Zielzuverlässigkeit für Maßnahmen im Bestand diskutiert und Vorschläge für ein Instandsetzungs- und ein Reparaturlevel unterbreitet. Für diese werden für relevante Bemessungssituationen des historischen Holzbaus probabilistische Kalibrierungen zur Optimierung des Teilsicherheitsbeiwertes des Materialwiderstands durchgeführt. Ergebnisse vereinfachter Verfahren werden vergleichend dargestellt bewertet. Abschließend wird ein Anwendungskonzept zur stufenweisen Modifizierung des Teilsicherheitsbeiwertes des Materialwiderstands für die praktische Anwendung entwickelt, welches Aktualisierungsmöglichkeiten der Tragfähigkeitsbewertung für unterschiedliche Kenntnisstände im individuellen Projekt ermöglicht und an praktischen Beispielen präsentiert.
Der nationale und internationale Wettbewerbsdruck in der Baubranche mündet in immer komplexeren Strukturen, ressourceneffizienten Bemessungsprinzipien sowie innovativen Produkt- und Konstruktionsideen. Die Aufgabe von Ingenieuren ist es, diese Weiterentwicklungen für die Gesellschaft nutzbar zu machen und dabei ein gefordertes Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Um Neuschöpfungen, seien sie konstruktiver oder analytischer Art, der Gesellschaft zugänglich zu machen, ist unter Umständen eine Erweiterung des Sicherheitsbegriffs notwendig. Denn über den Wirkungshorizont des Bauingenieurs hinaus ist das Begriffsfeld in allen Funktionszusammenhängen bedeutsam und nicht selten Entscheidungsträger für die Verwirklichung von Konstruktionen.
An dieser Problemstellung setzt die Arbeit an. Übliche zuverlässigkeitstheoretische Verfahrensweisen werden für komplexe analytische Modelle angewandt. Untersuchungsobjekte sind dabei zwei Anwendungsbeispiele aus dem Stahlfassadenbau, bei denen erstmals geklebte Lösungen zum Einsatz kommen. In eigenen Untersuchungen wird die Tragfähigkeit der Konstruktionen unter Nutzung von experimentellen Erhebungen charakterisiert. Desweiteren werden die Anwendungsgrenzen und stochastischen Fragestellungen der typischen Methoden der Zuverlässigkeitstheorie im Bauwesen diskutiert.
Die Skalierung von Bauelementen der Mikroelektronik bis hin zu atomaren Dimensionen hat einen zunehmenden negativen Einfluss auf deren Zuverlässigkeit und mittlere Lebensdauer. Durch uneinheitliches Skalieren der räumlichen Ausdehnung im Vergleich zur Versorgungsspannung steigen die internen Energiedichten und damit die Temperatur. Diese trägt wesentlich zur Verstärkung gewisser Fehlereffekte bei. Maßnahmen wie Selbstreparatur und Entstressen können dieser Entwicklung entgegenwirken, wobei Kombinationen solcher Ansätze noch bessere Ergebnisse versprechen. Ziel der vorliegenden Dissertationsschrift ist es, eine dieser Kombinationen auf ihre Kosten und Nutzen zu untersuchen. Damit kann am Ende die Aussage getroffen werden, ob die Activity Migration eine gewinnbringende Ergänzung in einem zur Selbstreparatur genutzten M aus N System darstellt oder nicht.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden zuerst fünf verschiedene Implementierungen des Ansatzes in einem VLIW Prozessor erstellt. Anschließend findet die Simulation der Implementierungen in verschiedenen Strukturgrößen, in Bezug auf ihr Temperaturverhalten statt. Über entsprechende Modellierungen wird daraufhin die Zuverlässigkeit und mittlere Lebensdauer der Originalsysteme, Systeme mit reinem M aus N System und den Systemen mit integrierter Activity Migration in Abhängigkeit von Temperatur und Fläche ermittelt. Die erzeugten Ergebnisse belegen, dass das Hinzufügen der Activity Migration bei den untersuchten Prozessormodellen, mit starker thermischer Kopplung zwischen Funktions- und Ersatzbaugruppen, warmer Redundanz, Rekonfiguration im laufenden Betrieb und den gegebenen Formeln zur Berechnung der Fehlerraten verschiedener Fehlermodelle, keinen nennenswerten Gewinn an Lebensdauer erbringt, da das reine M aus N System bereits zu einer deutlichen Lebensdauersteigerung führt.
Effiziente Auswahl redundanter Komponenten für Prozessoren zur Kompensation permanenter Fehler
(2014)
Die stetige Skalierung von Fertigungstechnologien sorgte für einen rasanten Anstieg der Komplexität und damit auch der Verarbeitungsleistung von integrierten Schaltungen. Dies führte auch zu höheren Anforderungen an die Entwurfs- und Produktionsprozesse für diese Systeme. Zusätzlich dazu steigern Strukturen im Nanometerbereich die Anfälligkeit gegenüber physikalischen Effekten, welche sich in temporären und zunehmend auch dauerhaften Störungen der Funktionalität äußern können. Der Einsatz von Fehlertoleranz ist für diese komplexen Systeme nicht wegzudenken und wird für zukünftige anfälligere Fertigungstechnologien noch relevanter.
In dieser Arbeit wird eine skalierbare Architektur zur Kompensation dauerhafter Störungen für beliebige Prozessorkomponenten vorgestellt. Der Einsatz dieser Architektur ist unabhängig von der Fehlerursache und kann sowohl direkt nach der Produktion als auch während des Einsatzes im Zielsystem genutzt werden. Durch die Verwendung dieser Architektur, auf aktiver Hardware-Redundanz basierend, ist eine Steigerung der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer aber auch der Produktionsausbeute bei gleichbleibender Funktionalität möglich. Mit der Modellierung in dieser Arbeit wird die Effizienz der vorgestellten Architektur, unter Berücksichtigung der zusätzlichen Hardware für Redundanz und der notwendigen administrativen Komponenten, ermittelt und ermöglicht damit einen zielgerichteten Auswahlprozess für Prozessorkomponenten und die Menge ihrer Redundanz. Somit wird die optimale Redundanz für ein gegebenes System und ein zu erreichendes Ziel bereits im Entwurfsprozess bestimmtund kann damit frühzeitig bei der Umsetzung berücksichtigt werden.
Neben der Beschreibung des Aufbaus der Architektur und ihrer Funktionsweise zeigt diese Arbeit wie sich eine Integration in bestehende Entwurfsprozesse mit gängigen Methoden und Werkzeugen realisieren lässt. Zusätzlich dazu wird die Systemmodellierung zur Realisierung des zielgerichteten Auswahlprozesses beschrieben. Anhand eines Anwendungsbeispiels wird die Möglichkeit der Umsetzung aufgezeigt und die daraus resultierenden Ergebnisse diskutiert.
Definition and configuration of reliable event detection for application in wireless sensor networks
(2010)
Ubiquitous systems based on wireless sensor networks will amazingly increase our quality of life. These systems are to be deployed in large areas with high density where hundreds or thousands of nodes are used. Certainly that demands to use low cost devices with limited resources, which in turn are prone to faulty behaviour. This work introduces a novel concept for wireless sensor network configuration considering fault tolerance, energy efficiency and convenience as primary goals while being tailored to user needs. It allows to ignore low-level details like node resources, network structures, node availability etc. and enables the programmer to work on a high abstraction level, namely the event itself including event related constraints. The definition of events characterising real world phenomena is of prominent use in sensor networks. The presented concept autonomously configures and monitors events, even if it requires to organise collaboration between nodes to deliver the results. The contribution of this work is threefold. An intuitive XML-based ESL simplifies event configuration to a level that is even suitable for non-professionals. It features hardware independent description elements to define complex phenomena and enhances these by tailor-made voting schemes and application constraints. Based on that, a novel, fully decentralised mechanism to autonomously set up distributed event detection called EDT and a cost efficient means to maintain such EDT, are presented. EDTs can be efficiently constructed on every device by using a tiny generating finite state machine requiring eight states only. It enables every node to self-divide event queries according to its own resources and self-adapt to the tasks assigned. Simultaneously, the EDT provides the interface for efficient collaboration using a lease-based publish/subscribe approach. The simulations clearly show that this concept works well and the applied collaboration scheme outperforms even idealised acknowledgement-based approaches. On top of the EDT, a means is developed that enhances the reliability of detection beyond the scope of Boolean event decision. It examines behavioural trends in sensor readings to indicate the significance of actual measurements in relation to the configured event. Measured data is investigated in detail to finally attach a significance indicator "is" to each event. This automatically generated indicator shall support users or overlaying systems in decision-making. In the example scenario based on data of real test cases, the "is" indicates a flaming fire 88 seconds and a smouldering fire 48 seconds before the threshold-based method triggers the alarm.
In der vorliegenden Arbeit werden Eigenschaften und Verhaltensweisen von Führungskräften herausgearbeitet, die mit Aspekten der menschlichen Zuverlässigkeit von temporär bestehenden und dauerhaft zusammengesetzten Teams in großem Maß korrelieren. Der Autor richtet dabei den Fokus auf Führungskräfte mit überwiegend technischer Ausbildung. Der theoretische Teil der Arbeit erläutert Führungstheorien und –stile als Grundlage für die Ableitung von bedeutsamen Führungseigenschaften und Verhaltensweisen. Im Rahmen der Beschreibung von sozio-technischen Systemen definiert der Autor, durch welche Kriterien sich ‚echte Teams’ auszeichnen. In diesem Zusammenhang wird die Bedeutung von Lernprozessen in Teams hervorgehoben. Lernende Teams werden als zukunftsweisende Form modularer Organisationsstrukturen beschrieben. Die Ergebnisse einer umfangreichen empirischen Untersuchung zeigen einen deutlich sichtbaren, mit statistischen Daten untermauerten Zusammenhang zwischen der Führungsqualität und der menschlichen Zuverlässigkeit von Teams. Es wird deutlich, dass sich bestimmte Eigenschaften und Verhaltensweisen von Führungskräften signifikant positiv auf die menschliche Zuverlässigkeit von Teams auswirken. Dazu zählt insbesondere die ‚Partizipation’, die sich bei allen betrachteten Konstellationen als signifikanteste Dimension der Führungsqualität erwies. Außerdem zeigen sich ‚Vertrauen und Glaubwürdigkeit’ sowie ‚Führungsethik’ als bedeutsame Führungsqualitäten. Ähnlich signifikant ist das ‚Definieren und Vereinbaren’ von Zielen. Auffällig ist die negative Wirkung dieses Aspekts auf die menschliche Zuverlässigkeit. Die Untersuchung verdeutlicht, dass die menschliche Zuverlässigkeit echter Teams mit einem hohen Qualifizierungs- und Lerngrad vergleichsweise stark ausgeprägt ist. Bei schwächerer Ausprägung hingegen erweisen sich die Dimensionen der Führungsqualität ‚soziale Fähigkeiten’, ‚Arbeitsmotivation’ und ‚Interaktion’ als statistisch signifikant. Dieses Ergebnis unterstreicht in beeindruckender Weise, dass sich ein funktionierendes Team im Hinblick auf Sozialverhalten, Motivation, Kommunikation und Feedback als Führungssubstitut darstellt. Die Studie spiegelt zudem die weitläufige Erkenntnis wider, dass insbesondere das Führungsverhalten vom jeweiligen Umfeld mitbestimmt wird. Dies wird z.B. darin deutlich, dass sich wirtschaftlicher oder zeitlicher Druck unterschiedlich auf die Zuverlässigkeit von Teams auswirkt. Vor dem Hintergrund, dass hinsichtlich der Förderung der menschlichen Zuverlässigkeit in den befragten Organisationen nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft sind, entwickelte der Autor einen Führungskräfteentwicklungsprozess. Dieser basiert auf der Managementmethode ‚Six Sigma’, die sich in den letzten Jahren als erfolgreicher Ansatz zur Optimierung von Geschäftsprozessen herausgestellt hat. Demnach zeichnet sich der Entwicklungsprozess neben der systematischen Anwendung bewährter Werkzeuge durch die konsequente Berücksichtigung und die Messbarkeit unterschiedlicher Anforderungen aus. Der beschriebene Prozess bietet vorwiegend Ingenieuren in Führungspositionen sowie Personalentwicklern die Möglichkeit, nachhaltige Entwicklungsmaßnahmen abzuleiten. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen bietet die Arbeit Ansätze für weitere Forschungsarbeiten, z.B. den Einfluss spezieller Führungsqualitäten auf die menschliche Zuverlässigkeit in verschiedenen Kulturkreisen vor dem Hintergrund zunehmend global agierender Organisationen. Der Autor vertritt die Auffassung, dass alle Bemühungen, die der Förderung der menschlichen Zuverlässigkeit in Organisationen dienen, einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die grundlegende Bedeutung der Ressource Mensch aufrecht zu erhalten.