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Autonome, fahrerlose Einzelfahrer bei der Bahn können ein Ansatz sein, um wieder mehr insbesondere Güterverkehr von der Straße auf die Schiene zu holen. Hintergrund, Probleme und Lösungsansätze werden aufgezeigt. Dann erfolgt eine Vorstellung der in den letzten Jahren an der Hochschule Mittweida vor allem im Rahmen studentischer Projekte entwickelten Modellanlage zu ATLAS – „Asynchroner Transport-, Logistik- und Automatisierungsmodus auf der Schiene“. Das System wurde bereits auf der IWKM 2018 vorgestellt, seitdem gibt es signifikante Weiterentwicklungen insbesondere im Rahmen studentischer Arbeiten. Diese werden auch im Bezug zur realen Technik des autonomen und vernetzten Fahrens beschrieben und Perspektiven aufgezeigt.
At a global level, different studies disclose that transport systems are responsible for 25% of CO2 emissions. In the context of sustainable mobility, one of the challenges in the short term is associated with the research and improvement of alternative fuels, which should allow a fast decrease in the generation of greenhouse gases due to sustainable transport means. In this sense, green hydrogen can play a fundamental role. Green hydrogen is the basis for producing synthetic fuels, which can replace oil and its derivatives. Synthetic fuels or e-fuel are hydrocarbons produced from carbon dioxide (CO2) and green hydrogen (H2) as the only raw materials. H2 or efuel could be used in many sectors (manufacturing, residential, transportation, mining and other industries). In this study, different applications of hydrogen are evaluated by techno-economic analysis. The main variable that affects the production of hydrogen and its derivatives is the cost of electricity. Considering the renewable energy potential of Chile, it is feasible to develop in Chile the green hydrogen production as an energy vector, which would be technically and economically viable, together with the environmental benefits
In ländlichen Räumen bestehen große sowie wachsende Herausforderungen bei der Versorgung mit öffentlichen Verkehrsangeboten. Zugleich besitzt ländliche Mobilität große Potenziale in allen drei Nachhaltigkeitsdimensionen. Im Projekt „Smarte Mobilitätsketten im ländlichen Raum“ entwickelt ein interdisziplinäres Team aus Wissenschafts- und Praxispartnern bis Ende 2021 komplementäre Lösungen für den ÖPNV im Erzgebirge auf Basis vernetzter, multimodaler Angebote. Die Betrachtung reicht über neue Service-, Wege- und Wertschöpfungsketten bis hin zur Bewertung der Umsetzbarkeit und Vorteilhaftigkeit. Im Beitrag werden das Projektdesign, der angewendete Methodenmix und die Schnittstellen zwischen Gesellschaft/Nutzern, Technologie, Markt sowie Recht aufgezeigt und erste Zwischenergebnisse zu identifizierten Innovationsbarrieren, Verbesserungsmöglichkeiten sowie zu neuen Denkansätzen und Modulbausteinen für ländliche Mobilität präsentiert.
In this paper, we designed, implemented, and tested a special surveillance camera system based on a combination of classical image processing algorithms. The system’s sub-objective consists of tracking experimental vehicles driving on a defined trajectories (Rail) in real time. Furthermore, it analyzes the scene to collect additional vehicles & rail-related information. The system then uses the gathered data to reach its main objective which confines oneself in independently predicting vehicles collision. Consequently, we propose a hybrid method of detecting and tracking ATLAS-vehicles efficiently. To detect the vehicle at the beginning of the video, periodically every n-frame, and in the case where the tracked vehicle has been lost, we used Histogram Back-Projection. By contrast, Kernelized correlation filter is used to track the detected vehicles. Combining these two methods provides one of the best trade-offs between accuracy and speed even on a single processing core. The proposed method achieves the best performance compared with three different approaches on a custom dataset.
Mit diesem Beitrag wollen wir Ihnen einen Einblick zum gezielten Einsatz der Blockchain-Technologie für Mobilitätsanwendungen geben.
Im Fokus steht dabei die Entwicklung der digitalen Identität für verschiedene Mobilitätsträger. Dabei werden heutige und zukünftige Anforderungen aufgezeigt und aktuelle Entwicklungen betrachtet. Mit der dezentralen Blockchain-Technologie soll beispielsweise ein Fahrzeug in der Lage sein, seine digitale Identität selbst zu verwalten, ohne von einem zentralen Identitätsdienstleister abhängig zu sein. Am Beispiel einer dezentralen Plattform für Sharing Mobility im ländlichen Raum wird die Bedeutung digitaler Identitäten für Mobilitätsträger erforscht und ein Ausblick auf zukünftig in der Geschäftswelt autonom handelnde Fahrzeuge gegeben. Es wird praxisnah gezeigt, wie die Blockchain-Technologie helfen kann, die Anforderungen an eine digitale Identität für Mobilitätsträger zu erfüllen und wie diese in einem nachhaltigen Geschäftsmodell Anwendung finden kann
Der Technologiesprung zum autonomen Fahren steht kurz bevor – und damit auch die Umsetzung im öffentlichen Straßenverkehr. Was technisch bereits in greifbare Nähe gerückt ist, stellt juristisch aber eine große Herausforderung dar. Wie soll autonomes Fahren reglementiert werden? Haftungs- und Strafbarkeitsfragen müssen vollkommen neu gedacht werden – und sind vermutlich nicht rechtssicher lösbar. Gleichzeitig gerät der deutsche Gesetzgeber unter internationalen Umsetzungsdruck.
Automatisierte und vernetzte Fahrfunktionen sind bei vielen Herstellern / OEMs bereits verbaut.
Dabei ändert sich der Charakter dieser Funktionen von der reinen Anzeige über unterstützende Eingriffe hin zur automatisierten Bewältigung von Fahraufgaben. Wir zeigen wie diese Fahraufgaben durch die Vernetzung der Fahrzeuge mit der Infrastruktur, aber auch mit anderen Verkehrsteilnehmern zur Steigerung der Effizienz und Verkehrssicherheit beitragen kann. Dafür werden bestehende und in der Entwicklung befindliche Nachrichtentypen untersucht und deren Beiträge zur Mobilität der Zukunft herausgearbeitet. Abschließend werden die Testkorridore
in verschiedenen sächsischen Städten betrachtet, die speziellen Arbeitsinhalte dargestellt und ein Ausblick auf weitere Entwicklungen und den Betrieb solcher Testfelder am Beispiel Sachsen vorgenommen.
Das Themenfeld Bauen trägt wesentlich zum Klimawandel bei. Bisher wird versucht, mit Effizienz- und Konsistenzmaßnahmen in Erstellung und Betrieb gegen eine weitere Aufheizung zu wirken. Die Nachhaltigkeitsstrategie der Suffizienz wird bisher kaum verfolgt, ein vor kurzem begonnenes Fallbeispiel zur Erhöhung von Wohnflächeneffizienz wird nachfolgend dargelegt.
Das Projekt „Flächennutzung optimieren – Neubaudruck mindern (OptiWohn)“ untersucht kommunale Handlungsmöglichkeiten, um in wachsenden Städten dem Wohnraumbedarf nicht (nur) mit Neubau, sondern vor allem im Bestand zu begegnen. Denn auch in den beteiligten Projektstädten Göttingen, Köln und Tübingen finden sich leerstehende oder mindergenutzte Gebäude und Wohnungen. Im Rahmen einer Online-Umfrage haben rund 2.500 Teilnehmende auf Fragen zu ihrer Wohnsituation und der wahrgenommenen Wohnqualität geantwortet. Trotz recht überwiegender Zufriedenheit zeigt die Auswertung eine weit verbreitete Bereitschaft auf Seiten der Wohnenden, weniger Wohnraum in Anspruch zu nehmen. Der Beitrag stellt ausgewählte Ergebnisse und mögliche Handlungsoptionen vor, um das Potenzial einer optimierten Wohnflächennutzung zu erschließen.
Suffizientes Wohnen erfordert eine Architektur-,
Gebäude- und Freiraumplanung, bei der die Befriedigung der individuellen Wohnbedürfnisse unter Einhaltung lokaler und globaler ökologischer Belastungsgrenzen im Mittelpunkt steht. Schlüsselelemente bilden hierbei die absolute Produktion der Wohnfläche pro Kopf, die bedürfnisorientierte Anpassungsfähigkeit der Wohn- und Nutzflächen sowie weiterer energie- und ressourcenverbrauchsrelevanter Eigenschaften des Gebäudes, die Bereitstellung multifunktionaler Flächen und Räume für suffiziente Alltagspraktiken und der Einbezug von Freiflächen mit Nutz- und Aufenthaltsqualität. Darüber hinaus sind Standort, Eigentumsverhältnisse und Organisation der Objekte wichtige Randbedingungen für die Umsetzung von Suffizienz. Zugleich bedarf es der Vermittlung kultureller Praktiken für einen sachgerechten, wertschätzenden und maßvollen Umgang mit Ressourcen, Infrastrukturen und der Umwelt. Diese Aspekte werden anhand eines Bauprojektes vorgestellt, welches das ifeu wissenschaftlich begleitet.
Um den ökologischen Wandel zu ermöglichen, ist eine Energie- und Ressourcenwende nötig. Der bürgerschaftliche Protest gegen den Bau von erneuerbaren Energieumwandlungsanlagen sowie heimische Rohstoffgewinnung hat allerdings zugenommen. Teile der Bevölkerung sind sowohl mit neuen Vorhaben per se, als auch den Informations- und Beteiligungsmöglichkeiten unzufrieden. Unternehmen können auf Basis von StakeholderInnenanalysen sowie angepassten Kommunikationsmaßnahmen die projektbezogene Akzeptanz erhöhen. Die Befragung sächsischer UnternehmensvertreterInnen zeigt jedoch, dass die UnternehmerInnen sich der Vielzahl der StakeholderInnengruppen nicht bewusst sind und sie das Akzeptanzniveau der sächsischen Bevölkerung besser einschätzen, als es in Wirklichkeit ist. Zudem fehlen Unternehmen personelle und finanzielle Ressourcen für Analysen und die Umsetzung akzeptanzsteigernder Maßnahmen
Ökologischer Wandel und Transformation: Neue Herausforderungen für die Hochschulkommunikation
(2021)
Die fortschreitende Digitalisierung, neue Wettbewerbssituationen und die Transformation zu nachhaltigen Organisationen stellen neue Herausforderungen für sämtliche Organisationsformen dar.
Dieser, sich stetig wandelnde Zustand ist längst Alltag für Unternehmen, die ihre Kommunikation mit integrierten Konzepten darauf angepasst haben.
Hochschulen dagegen fehlt es an einem integrierten Kommunikationskonzept, das der neuen Situation gerecht wird und dabei hilft, sich im zunehmenden Wettbewerbsumfeld nachhaltig zu platzieren. Der Beitrag diskutiert daher zunächst den Status quo der Hochschulkommunikation und untersucht, inwiefern Anknüpfungspunkte und Elemente zur Einführung eines integrierten Kommunikationskonzepts vorliegen. Die Untersuchung erfolgt durch eine Befragung der Verantwortlichen für Hochschulkommunikation mit dem Ziel,
Anknüpfungspunkte zu diskutieren, wie und mit welchem Konzept sich Hochschulen kommunikativ auf die stetig wachsenden Herausforderungen und die Transformation des Umfeldes einstellen können.
Darstellung über das Zusammenspiel von Entwicklung und Prozess im Projekt. Was muss beachtet werden, um Produkte von Projektstart an herstellbar und montagegerecht zu gestalten, um Kosten und Prozesszeiten zu reduzieren sowie Probleme in der späteren Montage zu vermeiden? Welche Voraussetzungen werden hierfür benötigt und welche Hilfsmittel helfen bei der Entscheidungsfindung?
In diesem Beitrag wird die Sprachsteuerung eines Leichtbauroboters vorgestellt. Im Alltag findet man viele Beispiele zur Sprachsteuerung. Darum sollte dieser Ansatz auch in der industriellen Automatisierung etabliert werden,
wie z.B. in der Robotik. Leichtbauroboter eignen sich aufgrund ihrer intuitiven Programmierung sehr gut für solche Aufgaben. Zudem enthalten sie üblicherweise Sicherheitsfunktionen in Form von Geschwindigkeitsoder
Kraftbeschränkungen was sie auch in Kombination mit der Spracherkennung sicherer macht.
Für die Implementierung der Roboter-Sprachsteuerung musste eine geeignete Spracherkennungssoftware ausgewählt werden. Hierfür wurden verschiedene Systeme verglichen. Bei der Sprachsteuerung des Roboters wurde zwischen dem Teach-In mit Sprachbefehlen und der Bewegungssteuerung mittels Sprache unterschieden. Beide Konzepte wurden an einem Demonstrator umgesetzt und die Algorithmen in Versuchen verifiziert. Anschließend wurden das Teach-In mit Sprachbefehlen mit dem per Handbediengerät in Bezug auf die Arbeitszeit verglichen.
Mit einer qualitativen Studie in Form von 36 leitfadengestützten Experteninterviews soll ein entwickeltes Erklärungsmodell ergänzt werden, welches die relevanten Einflussfaktoren auf das Nutzungsverhalten von Crowdsourcing in kleinen und mittelständischen Unternehmen identifizieren soll. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den Antezedenzien, welche die Einstellung zur Nutzung von Crowdsourcing beeinflussen. Die Interviews wurden transkribiert und eine Inhaltsanalyse mithilfe der Analyse-Software MAXQDA durchgeführt.
Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Studie kann das Erklärungsmodell um die ermittelten nutzungsfördernden und -hemmenden Gründe konkretisiert werden. Aus praktischer Sicht liefern die Erkenntnisse über die Determinanten der Einstellung und Intention zum Crowdsourcing wichtige Anknüpfungspunkte für die Ableitung von Implikationen für den Einsatz von Crowdsourcing in Unternehmen, welches auch zur nachhaltigen Produktentwicklung genutzt werden kann.
In diesem Beitrag werden Möglichkeiten der Kraft-/ Momentregelung an Leichtbaurobotern aufgezeigt.
Für die Versuche werden zwei Roboter verwendet, einer ist mit einem internen Kraft-/ Momentsensor ausgestattet, bei dem anderen Roboter werden die Motorströme der Antriebe zur Ermittlung der Kontaktkräfte und -momente benutzt.
Bei den meisten kommerziellen Systemen ist es schwierig, Kraftregelalgorithmen zu implementieren. Häufig sind die Programmierfunktionalitäten sehr eingeschränkt. Bei den hier verwendeten Systemen sind Algorithmen zur Kraftregelung vorprogrammiert. Diese sollen getestet und bewertet werden. Dazu soll der Roboter zunächst den Kontakt zu einer Oberfläche herstellen. Danach wird die Kontaktkraft sprungförmig geändert. Zudem soll eine komplexe Aufgabe zur Kraftregelung implementiert werden.
Der Einsatz von neuen Informationstechnologien führt zu einer signifikanten Veränderung der individuellen Arbeitsorganisation der Arbeitspersonen auf dem Shopfloor eines Unternehmens. Durch den Einsatz von mobilen Assistenzsystemen werden neue Möglichkeiten geschaffen, Aufgaben an die Mitarbeiter situationsbezogen zu delegieren und Bearbeitungsstände zu überwachen. Trotz einer verstärkt algorithmenbasierten Planung der Arbeit, bestehen im Rahmen einer Werkstattorganisation weiterhin vielfältige Freiheitsgrade hinsichtlich der Ausgestaltung der individuellen Arbeitsorganisation. Eine Beobachtung von realen Arbeitsabläufen führte daher zu der Entwicklung eines Bayesschen Netz zur Beschreibung des Verhaltens einer Arbeitsperson in Abhängigkeit der bereitgestellten Informationen. Das entwickelte Netz berechnet hierbei die Wahrscheinlichkeit, dass eine Arbeitsperson aus einem Aufgabenpool eine Aufgabe auswählt und eine spezifische Handlung ausführt. Für das Bayessche Netz wird ein aktororientiertes Simulationsmodell zur Beschreibung einer individuellen Arbeitsorganisation einführend vorgestellt.
Förderer mit Kunststoffketten gehören aufgrund der spezifischen Ketteneigenschaften, wie schmierungsfreier/ sauberer Betrieb, geringe Kettenmasse oder effiziente Fertigung, zu den wichtigsten intralogistischen Transportsystemen in Produktions- und Distributionseinrichtungen. Während diese Systeme in der Vergangenheit primär nach rein mechanischen und tribologischen Gesichtspunkten gestaltet wurden, erweitern sich die Entwicklungsschwerpunkte heute zunehmend auf eine Verbesserung der Ressourcen- und Umwelteffizienz bei der Herstellung, im Betrieb sowie bei der Gestaltung der End-of-Life Phase der Anlagen. Der Beitrag zeigt aktuelle Entwicklungstendenzen zur Verminderung des ökologischen Fußabdrucks von Kunststoffkettenförderern, aber auch damit verbundene Herausforderungen.
Der Einsatz von Automatisierungstechnik zur Produktion
von Einzelstücken ist in kleinen und mittleren Unternehmen derzeit häufig nicht wirtschaftlich. Gründe hierfür sind einerseits die hohen Investitionskosten und zusätzlich die notwendigen Umrüst- sowie Adaptionsvorgänge, welche in der Regel manuell vorgenommen werden müssen. Dagegen steht der aktuelle Fachkräftemangel, welcher eine effiziente Nutzung der vorhandenen Personalressourcen erforderlich macht. Durch einen Part-to-Tool-Ansatz wird im vorliegenden Beitrag ein Ansatz aufgezeigt, um die maschinelle Produktion von Einzelteilen für kleine Unternehmen im Holzbau praktikabel zu machen. Dabei wird ein 6-Achs-Knickarm-Roboter so ausgerüstet, dass dieser alle Produktionsschritte ausführen und gleichzeitig das Bauteilhandling zum Be- und Entladen übernehmen kann. Durch die Verbindung zu einer übergeordneten Steuerungsebene und der Anbindung an eine Mensch-Maschine-Schnittstelle können ungelernte Mitarbeiter Einzelteile konfigurieren und automatisiert fertigen lassen.
Servopressen erlauben die Beeinflussung der Antriebskinematik im Werkstückkontakt. Zu berücksichtigen sind dabei die Genauigkeitseigenschaften, welche maßgebend durch Spiele der im Kraftfluss liegenden Komponenten
beeinflusst werden und sich daher auf die Kinetik des Stößels auswirken.
In dem statisch überbestimmten System entstehen durch Verkippung des Stößels sowie Fertigungs- und Montageungenauigkeiten der Führungen hohe Verspannungen. Folglich werden Teile der Antriebskräfte über zusätzliche Lastpfade in das Maschinengestell abgeleitet. Die Verspannungen führen zu erhöhten Kräften, welche von den Antrieben zusätzlich aufzubringen sind. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen des Führungsspiels bei unterschiedlichen Lastfällen auf die resultierenden Leistungsverluste am Beispiel einer servoexzentrischen Presse untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen Ansätze liefern, um einen sicheren Prozess zu gewährleisten sowie die energetischen Verluste zu beschreiben und zu minimieren.
Auf dem Weg zur weiteren Digitalisierung der Produktionsprozesse hilft die gezielte Adaption von Digitalisierungstechniken aus anderen Branchen und dem Consumer-Bereich. Im Fertigungsbereich stehen die Unternehmen vor der Herausforderung, bisher auf Papier geführte Daten und Dokumente in elektronischer Weise darzustellen.
Hierfür bieten Electronic Shelf Label (ESL) eine sinnvolle Ergänzung zu klassischen Displays. Diese elektronischen Etiketten, auch als „ePaper“ bekannt, eignen sich insbesondere für die dynamische Anzeige von Daten mit niedriger Änderungsfrequenz. Auch bei hellem Tageslicht sind sie ohne Stromverbrauch sehr gut lesbar. Sie benötigen keine eigene Rechenleistung und erfordern Strom nur während der funkgestützten Übertragung neuer Datensätze.
Im Beitrag werden industrielle Anwendungsszenarien für ESL zur Unterstützung der Logistik und der manuellen Montage gezeigt. Ausgehend von Applikationen zur Beschriftung von Lagersystemen und Behältern in der Materialbereitstellung,
wird der Einsatz als digitale Auftragsbegleitkarte behandelt. Des Weiteren werden Anwendungen in der Montage sowie der Arbeitsplatz- und Maschinenbeschriftung beschrieben. Der Einsatz der ESL ist sowohl in der auftragsbezogenen Kleinserienfertigung als auch bei variantenreicher Großserienfertigung nützlich
Die ambitionierten Klimaziele, sowohl in Europa als auch weltweit, erfordern ein Umdecken der aktuellen Mobilitätskonzepte.
Das EMOTION Projekt stellt einen möglichen Lösungsansatz vor, der die Lücke zwischen elektrischen Mopeds und Motorrädern durch klimafreundliche und kostenattraktive Fahrzeugkonzepte schließen und gleichzeitig die Akzeptanz für E-Fahrzeuge durch innovative HMI Ansätze steigern soll. Dabei kommen effiziente Plattform- und Leichtbaustrategien zum Einsatz, um sowohl die Fahrzeugstruktur als auch den Antriebsstrang gleichsam effizient wie kostengünstig zu gestalten. In einer Pilotphase werden zwei im Projekt aufgebaute Fahrzeuge im Realbetrieb getestet und sowohl die Fahrzeugplattform, als auch das neuartige HMI Konzept validiert.
Smart Devices versprechen die ständige Erhebung und Kopplung von Daten mit vielfältigen Sensoren.
Mit Geräten der Gruppe für „Vital- und Ambiente-Monitoring“ lassen sich formal große Teile der Arbeitsanalytik abdecken. Auf Grund ihrer Mobilität, der Möglichkeit Daten aus verschiedenen Quellen zusammenzuführen und für
Auswertungen über eigene Rechenkapazität und individualisierte Anzeigemöglichkeiten zu verfügen, erscheinen „Smart Devices“ als ideale Ergänzung für die Analyseaufgaben für arbeitsmedizinische oder arbeitshygienische Aufgabenstellungen. Der Beitrag stellt die Ergebnisse einer entsprechenden Studie vor. Es wurden Geräteklassifikationen erarbeitet, welche die Anwendungen für verschiedene Einsatzszenarien unterstützen. Als klassische Kriterien werden die Einordnung in Abhängigkeit des Mobilitätsgrades oder die verbaute Sensortechnologie und deren Messbereich betrachtet
Im Produktlebenszyklusmanagement (PLM) spielt die Möglichkeit der breiten Abbildung von Daten über diverse Systeme, welche ähnliche softwaretechnische Funktionen und Inhalte abdecken, eine große Rolle. Zwischen den Systemen für die Materialmodellierung und -visualisierung, die einen Beitrag zur Erstellung digitaler Zwillinge leisten, ergeben sich große Differenzen in der Ausführung der Modelle bei ähnlichen Kategorien (Plastizität, Schäden, Temperatur etc.). Angefangen mit der unterschiedlichen Interpretation von allgemeinen Materialmodell-Ansätzen bis hin zur Bezeichnung und Definition von notwendigen Parametern, gilt es, eine Übertragbarkeit und Kompatibilität der spezifischen Modelle systemübergreifend zu ermöglichen. Dieser Beitrag verdeutlicht eine Methodik zur Erstellung und Entwicklung von Material-Mastermodellen, welche die benötigten physikalischen Eigenschaften, Korrekturparameter und Konstanten zur Abbildung diverser Materialmodelle unterschiedlicher Systeme abbilden.
Auf Basis herkömmlicher (bspw. Zugversuch) und fortschrittlicher (bspw. DIC) Werkstoffprüfungen, sowie Werkstoffdatenbanken wird dafür ein Datengerüst erstellt. Der konzipierte digitale Material-Zwilling ist in Hinblick auf unterschiedliche Anwendungen im PLM nutzbar.
Standard assembly time is an important piece of data in product development that is used to compare different product variants or manufacturing variants. In the presented approach, standard time is created with the use of a decision tree regarding standard manual and machine-manual operations, taking into consideration product characteristics and typical tools, equipment and layout. The analysed features include, among others: information determined during product development, such as product structure, parts characteristics (e.g. weight, size), connection type, as well as the information determined during assembly planning: tools (e.g. hand screw driver, power screw driver, pliers), equipment (e.g. press, heater), workstation layout (e.g. distance, way of feeding). The object-attribute-value (OAV) framework was applied for the assembly characteristic. An example of the decision tree application to predict standard assembly time was presented for a mechanical subassembly. The case study was dedicated to standard time prediction for a bearing assembly. The presented approach is particularly important for the enterprises which offer customized products.
Um die Produktion bestmöglich auszulasten, sowie schnell und termintreu zu produzieren, muss die Produktionsplanung und -steuerung anstehende Arbeitsgänge zu Losen zusammenzufassen, wodurch sie die Anzahl der benötigten Rüstvorgänge und somit auch die kumulierte Rüstzeit reduziert. Während für zentral geplante und gesteuerte Produktionen bereits viele Heuristiken zur Losbildung existieren, gibt es für dezentral geplante und gesteuerte Produktionen noch keine zufriedenstellende Lösung zur Losbildung.
Wir stellen ein neues Verfahren zur dynamischen Losbildung für eine dezentral geplante und gesteuerte Produktion vor, dass unter Berücksichtigung der Durchlaufterminierung und des Kapazitätsangebotes Arbeitsgänge mit gleichem Rüstbedarf dynamisch zu Losen zusammenfasst. Das Verfahren ergänzt unsere sich selbst organisierenden Produktion um die Losbildung und zeigt in Simulationen seine Überlegenheit gegenüber gängigen Verfahren.
Die Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und die vorausschauende Wartung (Predicted Maintenance) gelten als Schlüsselinnovationen der Industrie 4.0. Im Zuge dessen arbeiten Forscher der Professur Intelligente
Maschinensysteme an einem Kunststoffgleitlager, welches eine integrierte Sensorik besitzt, die dem Anwender die Überwachung von Betriebsdaten ermöglichen soll. Die aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff hergestellte Sensorik trägt dazu bei, dass in Echtzeit sowohl eine Aussage zur Lagertemperatur als auch zum Verschleißgrad des Lagers getroffen werden kann.
Damit lassen sich Wartungsintervalle besser planen und ein
prophylaktischer Austausch von noch gebrauchsfähigen Lagern kann vermieden und damit Kosten gesenkt werden. Dafür sind umfangreiche numerische Untersuchungen zum mechanischen, thermischen und elektrischen Verhalten des Gleitlagers durchgeführt worden. Außerdem sind die Auswerteelektronik und Werkstoffe entsprechend den Anforderungen der Sensorik entwickelt bzw. ausgewählt worden.
Mit Hilfe von Schädelimplantaten werden in der sogenannten Kranioplastik Fehlbildungen sowie durch Trauma oder Krankheit entstandene Schädeldefekte behandelt. Die derzeitige Entwicklung des Implantats basiert oftmals auf Spiegelung der unbeschädigten Schädelhälfte, was durch die Patienten im Nachhinein als negativ betrachtet wird. Andere Schädelimplantate werden gar erst im OP angepasst. Mittels eines patientenspezifisch, additiv hergestellten Implantats, basierend auf den umliegenden Schädelkrümmungen sollen diese Defizite beseitigt werden. Des Weiteren ist die Implantatentwicklung gegenwärtiger Systeme zu langwierig. Mittels einer Cloud-basierten Prozesskette soll die Abstimmung zwischen Konstrukteur, Fertiger und Chirurg verbessert sowie die Entwicklungszeit deutlich verkürzt werden.
Die manuelle Montage variantenreicher Erzeugnisse verlangt von einem Montagebeschäftigten, dass er sich mit jedem Auftragswechsel auf die veränderten Anforderungen einstellt. Je mehr unterschiedliche Erzeugnisse von einem Beschäftigten zu montieren sind, desto mehr Informationen sind vom Beschäftigten aufzunehmen und zu verarbeiten. Mit steigender Komplexität der Montageaufgabe helfen Montageanleitungen dabei, dass die Tätigkeitsausführung effektiv und effizient erfolgen kann und gleichzeitig eine Überbeanspruchung des Beschäftigten vermieden wird. In diesem Beitrag werden daher wichtige Hinweise zur Gestaltung von Montageanleitungen vorgestellt.
Für Prozessstabilität und Optimierung industrieller automatisierter Produktionsabläufe hat die Hiersemann Prozessautomation das System CEMODAS® - Central Modular Data System - entwickelt und industriell in mehreren Anwendungen im Einsatz. Dieses System umfasst in der Grundversion Module zur Betriebs- (BDE) und Qualitätsdatenerfassung (QDE) inkl. Auswertung dieser Daten. Durch die Integration von Schnittstellen zu verschiedenen Automationssystemen ermöglicht das System Datenauswertungen, wie NEE und OEE, von gesamten Produktionslinien und Werken. Weiterhin ist der Instandhaltungsassistent als sog. Helpdesk entwickelt worden, der Warn- und Fehlerinformationen für Instandhaltungszwecke erfasst. Die Informationen werden aktiv an Devices, wie PC, Laptop, Mobile Phone oder Watches, übertragen und beinhalten zudem ein Ticket-System.
Aktuell wird an der Integration von Methoden der künstlichen Intelligenz KI in das System gearbeitet.
Augmented Reality bietet Chancen zur lernwirksamen Nutzung in Lernprozessen der dualen Ausbildung. Die Virtualisierung von simulierten Fehlerfolgen aus Handlungsfehlern erweitert betriebliche Arbeitsprozesse der Kunststofftechnik um eine augmentierte Dimension. Üblicherweise durch Ausbildungspersonal verhinderte Fehlerkonsequenzen lassen sich damit in Lernprozessen nutzen. Der Beitrag zeigt, wie Zielkonflikte didaktischer Leitideen z.B. der Nachhaltigkeit auf Grundlage von Arbeitsanalysen einer Füllstudie beim Spritzgießen für die Ableitung von Zielstellungen und Gestaltung eines betrieblichen Ausbildungsprozesses genutzt werden.
Beispielhaft werden die Zielkonflikte anhand der Kühlzeit im Produktionsprozess beschrieben. Darauf aufbauend wird eine konkrete Zielstellung des Lernprozesses diskutiert. Das didaktische Konzept eignet sich sehr gut zur Förderung reflektierte Handlungskompetenz. Es eignet sich zur Fehlerdarstellung in Augmented Reality in betrieblichen Lernprozessen. Ein Transfer auf andere technische Ausbildungsbereiche mit deren Zielkonflikten ist möglich.
Eine der großen Herausforderungen in der Industrie 4.0 ist die anforderungsgerechte Integration des Menschen. Es wird auch weiterhin Aufgaben in der Produktion geben, die seine hohe Flexibilität und manuelle Geschicklichkeit erfordern. Dabei kommen zunehmend neuartige technische Assistenzsysteme zum Einsatz, wie z.B. kollaborierende Roboter und Exoskelette. Diese sollen den Menschen im Fertigungsprozess optimal unterstützen. Dazu müssen sie möglichst ergonomisch gestaltet werden, um eine effiziente Mensch-Maschine-Interaktion sicherzustellen. Die menschengerechte Arbeitsgestaltung ist somit weiterhin von großer Bedeutsamkeit, auch wenn sich die Rolle des Menschen im Rahmen von Industrie 4.0 und der voranschreitenden Digitalisierung in der Fertigung verändert. Anhand von drei Beispielen wird aufgezeigt, wie dieses mit Hilfe von digitalen Menschmodellen und 3D-Simulation gelingen kann.
Deichbauwerke sind bedingt durch Auswirkungen des Klimawandels erhöhten Anforderungen hinsichtlich ihrer Standfestigkeit ausgesetzt. Beispielsweise können lange niederschlagsfreie Phasen zu irreversiblen Rissbildungen
führen und von zunehmend volatilen Starkregenereignissen flankiert werden.
Preiswert herzustellende Sensoren, eingebettet in repräsentativen Bereichen des Deiches, ermöglichen die Online-Überwachung von Durchfeuchtungszuständen. Als Elektrodenmaterialien kommen Karbonfasermatten in spezieller Konfektionierung zum Einsatz, die für den Praxiseinsatz bei der Sanierung oder den Neuaufbau von Deichen geeignet sind. Die Entwicklung der Messtechnik am KSI Meinsberg wird von Untersuchungen begleitet, bei der die Sensoren in Experimenten an einem Versuchsdeich an der TU Dresden mit vorgegebenen Einstauszenarien getestet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass impedimetrische Sensoren den Wassergehalt von Deichbaumaterialien realistisch abbilden können.
Mittels einer entwickelten virtuellen Lernumgebung inklusive integrierten Trainingsszenarien kann methodisches Wissen zur Steigerung der Bediensicherheit von Fertigungsanlagen anschaulich vermittelt werden. Dabei
stehen vor allem die typischen Bedienhandlungen zum Betreiben oder Rüsten einer Werkzeugmaschine, wie das Betätigen von Tasten und Drehschaltern an Bedienpulten oder Arbeitsstationen im Vordergrund. Als Hardware zur Darstellung der virtuellen Szene kommt für ein voll-immersives VR-Erlebnis ein Head Mounted Display (HMD) mit zwei handgehaltenen Controllern (Eingabegeräte mit Tracking) zum Einsatz.
In der erstellten Lernumgebung „Trainingsfabrik 4.0“, welche auch als reale Trainingsfabrik 4.0 an der Fakultät Ingenieurwissenschaften der Hochschule Mittweida existiert, konnten IngenieurInnen und Studierende die Lernumgebung mit den integrierten Bedienhandlungen testen. Deutlich wurde dabei, dass Vorkenntnisse vor allem im Hardware-Umgang begünstigende Voraussetzung sind, um das eigentliche Trainingsziel „Erlernen von Bedienhandlungen“ erreichen zu können. Viele Testpersonen arbeiteten mit den Controllern in der virtuellen Szene zunächst nicht zielführend oder gar intuitiv. Das Navigieren in der Umgebung aber auch das Ausführen der Bedienhandlungen (Steuerung) wurden dadurch stark behindert, was den gewünschten Lernerfolg sowie die Akzeptanz der Technik und der Herangehensweise klar minderte. Daraus leitet sich die Notwendigkeit ab, den Lernenden zunächst den Umgang mit der HMD-Technologie sowie die Interaktion mit der VR-Softwareumgebung in einem virtuellen Übungsszenario gezielt zu veranschaulichen. Dafür wurde ein standardisiertes 2-Phasenkonzept erstellt.
Additive Fertigung, auch generische Fertigung oder 3D-Druck, ist eine der Schlüsseltechnologien der nächsten Jahre bzw. Jahrzehnte. Sie findet dort Anwendung, wo konventionelle Fertigungstechnologien an ihre Grenzen stoßen, wo nur kleine Stückzahlen oder kostenintensive Materialien benötigt werden. Diesem Thema widmet sich auch die Hochschule Mittweida seit vielen Jahren in Lehre und Forschung. Einen kurzen Überblick über die erzielten Forschungsergebnisse in den Bereichen Lasermikrosintern, Selective Laser (Micro) Melting, (Hochrate) Micro Cladding, Laserauftragschweißen, FDM-Druck (leitfähiger) Strukturen auf Textilien und Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-Rotationsdruckverfahrens soll dieser Beitrag geben.
Sensor fusion is an important and crucial topic in many industrial applications. One of the challenging problems is to find an appropriate sensor combination for the dedicated application or to weight their information adequately. In our contribution, we focus on the application of the sensor fusion concept together with the reference to the distance-based learning for object classification purposes. The developed machine learning model has a bi-functional architecture, which learns on the one side the discrimination of the data regarding their classes and, on the other side, the importance of the single signals, i.e., the contribution of each sensor to the decision. We show that the resulting bi-functional model is interpretative, sparse, and simple to integrate in many standard artificial neural networks.
Learning Vector Quantization (LVQ) methods have been popular choices of classification models ever since its introduction by T. Kohonen in the 90s. These days, LVQ is combined with Deep Learning methods to provide powerful yet interpretable machine-learning solutions to some of the most challenging computational problems.
However, techniques to model recurrent relationships in the data using prototype methods still remain quite unsophisticated. In particular, we are not aware of any modification of LVQ that allows the input data to have different lengths. Needless to say, such data is abundant in today's digital world and demands new processing techniques to extract useful information. In this paper, we propose the use of the Siamese architecture to not only model recurrent relationships within the prototypes but also the ability to handle prototypes of various dimensions simultaneously.
Prototype-based Vector Quantization is one of the key methods in data processing like data compression or interpretable classification learning. Prototype vectors serve as references for data and data classes. The data are given as vectors representing objects by numerical features. Famous approaches are the Neural Gas Vector Quantizer (NGVQ) for data compression and Learning Vector Quantizers (LVQ) for classification tasks. Frequently, training of those models is time consuming. In the contribution we discuss modifications of these algorithms adopting ideas from quantum computing. The aim for this is a least twofold: First quantum computing provides ideas for enormous speedup making use of quantum mechanical systems and inherent parallelization.
Second, considering data and prototype vectors in terms of quantum systems, implicit data processing is performed, which frequently results in better data separation. We will highlight respective ideas and difficulties when equipping vector quantizers with quantum computing features.
Durch die steigende Leistungsfähigkeit von Prozessoren und Datenübertragungstechniken hat die Entwicklung und Anwendung von künstlicher Intelligenz, exemplarisch das maschinelle Lernen (engl. Machine Learning – ML) und die Methode des Deep Learning, in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Hierbei stellt sich die Frage, wie diese Technologien in einem weiteren zukunftsträchtigen Entwicklungsfeld, zum Beispiel bei der Entwicklung moderner Mobilitätskonzepte und hochautomatisierter/autonomer Fahrzeuge, eingesetzt werden können. Potentielle Möglichkeiten der Anwendung von AI im Entwicklungsprozess eines hochautomatisierten Fahrzeugs werden vorgestellt, aber auch die entscheidenden Herausforderungen diskutiert. Darüber hinaus wird der Unterschied zwischen verschiedenen Ansätzen ausgeführt. Dazu werden sowohl Randbedingungen als auch Herausforderungen mit Hilfe eines einfachen Beispiels aus dem täglichen Verkehrsgeschehen veranschaulicht.
Marker-based systems can digitally record human movements in detail. Using the digital biomechanical human model Dynamicus, which was developed by the Institut für Mechatronik, it is possible to model joint angles and their velocities such accurately that it can be used to improve motion analysis in competitive sports or for ergonomic evaluation of motion sequences. In this paper, we use interpretable machine learning techniques to analyze the gait. Here, the focus is on the classification between foot touchdown and drop-off during normal walking. The motion data for training the model is labeled using force plates. We analyze how we could apply our machine learning models directly on new motion data recorded in a different scenario compared to the initial training, more precise on a treadmill. We use the properties of the interpretable model
to detect drift and to transfer our model if necessary.
This article aims to explain mathematically, why the so called double descent observed by Belkin et al., Reconciling modern machine-learning practice and the classical bias-variance trade-off, PNAS 116(32) (2019), p. 15849-15854, occurs on the way from the classical approximation regime of machine learning to the modern interpolation regime. We argue that this phenomenon may be explained by a decomposition of mean squared error plus complexity into bias, variance and an unavoidable irreducible error inherent to the problem. Further, in case of normally distributed output errors, we apply this decomposition to explain, why LASSO provides reliable predictors avoiding overfitting.
We use machine learning for the selection and classification of single–molecule trajectories to replace commonly used user–dependent sorting algorithms. Measured fluorescence time series of labelled single molecules need to be sorted into ’good molecules’ and ’bad’ molecules before further kinetic and thermodynamic analysis.
Currently, processing, sorting and analysis of the data is mainly done with the help of laboratory specific programs.
Although there are freely available programs for processing smFRET data, they do not offer ’molecular sorting’ or it is purely empirical. Only recently, new approaches came up to solve this problem by means of machine learning. Here, we describe a sound terminology for molecular sorting of smFRET data and present an efficient workflow for manual annotation followed by the training of the ML algorithm. Descriptive statistics of our generated dataset are provided and will serve as the basis for supervised ML-based molecular sorting algorithms yet to be developed.
Reducing costs is an important part in todays business. Therefore manufacturers try to reduce unnecessary work processes and storage costs. Machine maintenance is a big, complex, regular process. In addition, the spare parts required for this must be kept in stock until a machine fails. In order to avoid a production breakdown in the event of an unexpected failure, more and more manufacturers rely on predictive maintenance for their machines. This enables more precise planning of necessary maintenance and repair work, as well as a precise ordering of the spare parts required for this. A large amount of past as well as current information is required to create such a predictive forecast about machines. With the classification of motors based on vibration, this paper deals with the implementation of predictive maintenance for thermal systems. There is an overview of suitable sensors and data processing methods, as well as various classification algorithms. In the end, the best sensor-algorithm combinations are shown.
Ende Dezember 2019 infizierte sich in der chinesischen Stadt Wuhan vermutlich zum ersten Mal ein Mensch mit dem SARS-CoV-2 Virus. Um möglichst schnell nach einer Infektion reagieren zu können sind schnelle Diagnosemöglichkeiten von größter Bedeutung, um frühzeitig medizinische Maßnahmen ergreifen zu können. Zu diesem Zweck wird ein Bildverarbeitungsalgorithmus vorgestellt, der anhand von Röntgen-Thorax-Aufnahmen ermitteln kann, ob eine Virusinfektion oder eine bakterielle Infektion der Lunge vorliegt. Dieser soll vor allem zu einer schnelleren Diagnose von SARS-CoV-2 Virus-Infektionen in medizinisch unterversorgten Gebieten beitragen.
Development of a genetic biomonitoring test for the investigation of pollinator-plant-interactions
(2021)
There is a world-wide decline in biodiversity recorded. Especially insects and accompanying pollinators are threatened. When the foraging behaviour of pollinators is understood in detail, future crop and floral pollination services can be sustained and it is possible to establish projects for the conservation of pollinators and plant biodiversity. With the use of nanopore sequencing methods it is possible to detect pollen species that were collected by pollinators by their genetic information. In this study, a protocol for portable nanopore sequencing of DNA from pollen that was collected by honey bees, bumble bees and wild bees is being designed. DNAmetabarcoding is used to identify species within the mixed DNA sample. The ITS2-region will be used as a barcode. We will investigate pollen preferences of three pollinator species by placing their hives or nests at the same. Based on the results, landscape management schemes are developed that target pollen preferences and nutritional requirements of managed and wild social bee species as well as solitary wild bees.
This work deals with the construction of a microscope for combined total internal reflection fluorescence (TIRF) and confocal microscopy. It is especially designed for single-molecule fluorescence spectroscopy. The design of the microscope body is based on the miCube (Hohlbein lab, Wageningen University, NL). The excitation and detection pathways were adapted to allow both TIRF and confocal illumination as well as camera and pointdetection for two color-channels to allow single-molecule Förster resonance transfer measurements
Cyanobacteria, prokaryotic microorganisms with basically the same oxygenic photosynthesis as higher plants, are becoming excellent green cell factories for sustainable generation of renewable chemicals and fuels from solar energy and carbon dioxide. In the presentation I will visualize the concept green cell factories by introducing and discussing two examples: (i) engineering cyanobacteria to produce the important bulk chemical and potential blend-in biofuel butanol from sunlight and carbon dioxide, so called photosynthetic butanol, and (ii) generation of a functional semisynthetic [FeFe]-hydrogenase linking to the native metabolism in living cells of the unicellular cyanobacterium Synechocystis PCC 6803.
AnthroWorks3D: Digitalisierung von Skelettfundstücken und die virtuell osteologische Untersuchung
(2021)
In der Anthropologie werden körperliche Überreste von Menschen historischer und rezenter Zeiträume mit dem Ziel der Aufdeckung ihrer Lebensumstände untersucht. Das Projekt AnthroWorks3D der Hochschule Mittweida verbindet Methoden der Videospielentwicklung und Osteologie, um das Knochenmaterial schonend und hoch-auflösend durch eine 3D-Scanpipeline zu digitalisieren und virtuell, ortsunabhängig und parallel zu vermessen mit dem Ziel, den Verschleiß am Knochenmaterial zu minimieren und die Fundstücke möglichst vielen Forschen-den zugänglich zu machen. Die virtuelle Vermessung wurde in einem ersten Test in Zusammenarbeit der Abtei-lung für historische Anthropologie und Humanökologie des Johann-Friedrich-Blumenbach-Instituts für Zoologie und Anthropologie der Universität Göttingen evaluiert. Dabei schätzen über die Hälfte der befragten Anthropo-logen den Prototypen als Alternative zur physischen Untersuchung ein, besonders in Anwendungsfeldern, in denen das Knochenmaterial nur schwer zugänglich ist.
Long-range tertiary interactions between RNA tetraloops and their receptors stabilize the folding of ribosomal RNA and support the maturation of the ribosome. Here, we use FRET-assisted structure prediction to develop a structural model of the GAAA tetraloop receptor (TLR) interaction and its dynamics. We build the docked TLR de novo, label the RNA in silico and compute FRET histograms based on MD simulations. The predicted mean FRET efficiency is remarkably consistent with single-molecule experiments of the docked tetraloop. This hybrid approach of experiment and simulation will promote the elucidation of dynamic RNA tertiary contacts and accelerate the discovery of novel RNA and RNA-protein interactions as potential future drug targets.
The set of transactions that occurs on the public ledger of an Ethereum network in a specific time frame can be represented as a directed graph, with vertices representing addresses and an edge indicating the interaction between two addresses.
While there exists preliminary research on analyzing an Ethereum network by the means of graph analysis, most existing work is focused on either the public Ethereum Mainnet or on analyzing the different semantic transaction layers using
static graph analysis in order to carve out the different network properties (such as interconnectivity, degrees of centrality, etc.) needed to characterize a blockchain network. By analyzing the consortium-run bloxberg Proof-of-Authority (PoA) Ethereum network, we show that we can identify suspicious and potentially malicious behaviour of network participants by employing statistical graph analysis. We thereby show that it is possible to identify the potentially malicious
exploitation of an unmetered and weakly secured blockchain network resource. In addition, we show that Temporal Network Analysis is a promising technique to identify the occurrence of anomalies in a PoA Ethereum network.
Mehr als 50 Milliarden physische Objekte sollen bis 2020 mit dem Internet verbunden sein. Diese reichen von kleinen und rechenarmen RFID-Systemen bis zu komplexen Geräten wie Smartphones, intelligenten Geräten und Fahrzeugen.
Für dieses Internet of Things (IoT) bedarf es eines Systemvertrauens, da die Nutzung intelligenter Dienste über das Internet ohne menschliches Eingreifen geschieht. Heute vorhandene zentrale Vertrauensinstanzen für IoT verlieren aufgrund von Hacker- und Cyberangriffen ihr Vertrauen. Mit der Blockchain existiert eine Vertrauensarchitektur, die es dem Menschen erlaubt, einem System und seinen Komponenten, und nicht einer zentralen Instanz zu vertrauen. Kann die Symbiose von Blockchain und IoT Vertrauen generieren? Dieser Artikel präsentiert eine systematische Literaturübersicht zum Konzept Vertrauen im Kontext der Blockchain-Technologie für das IoT und deren Geschäftsmodelle.
Das Ziel dieses Beitrags ist die Darstellung der aktuellen Entwicklungen im Zusammenspiel von Blockchain und IoT, um diese als Blaupause für die Schaffung von Vertrauen in weiteren Anwendungsfeldern nutzen zu können.
After creating a new blockchain transaction, the next step usually is to make miners aware of it by having it propagated through the blockchain’s peer-to-peer network. We study an unintended alternative to peer-to-peer propagation: Exclusive mining. Exclusive mining is a type of collusion between a transaction initiator and a single miner (or mining pool). The initiator sends transactions through a private channel directly to the miner instead of propagating them through the peerto-peer network. Other blockchain users only become aware of these transactions once they have been included in a block by the miner. We identify three possible motivations for engaging in exclusive mining: (i) reducing transaction cost volatility (“confirmation as a service”), (ii) hiding unconfirmed transactions from the network to prevent frontrunning and (iii) camouflaging wealth transfers as transaction costs to evade taxes or launder money. We further outline why exclusive mining is difficult to prevent and introduce metrics which can be used to identify mining pools engaging in exclusive mining activity.
In der Anfangszeit der Distributed Ledger Technologies (DLT) waren die hauptsächlichen Betrachtungswinkel die der Disruption des Bank- und Finanzwesens.
Mit dem Aufkommen des Systems Ethereum im Jahr 2015, hat die Auseinandersetzung mit der Anwendung von Blockchain in weiteren Branchen, an Bedeutung gewonnen. Eine davon ist die Logistik und das Supply Chain Management (SCM). Gerade in Deutschland spielt der Logistiksektor eine große Rolle, nach der Beschäftigtenzahl ist er die drittgrößte Branche und erzielt einen Umsatz von rund 258 Milliarden Euro. Im Beitrag werden konkrete Anwendungsfelder identifiziert und gezeigt welche potentiellen Vorteile sich dort, durch den Einsatz von DLT, erzielen lassen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Einschätzung der Technologie hinsichtlich ihrer Sicherheitseigenschaften.
Im Beitrag wird den Fragen nachgegangen, ob Datensicherheit mithilfe von DLT verbessert werden kann und auf welchem Wege.
Both cryptocurrency researchers and early adopters of cryptocurrencies agree that they possess a special kind of materiality, based on the laborious productive process of digital ‘mining’ [1]. This idea first appears in the Bitcoin White Paper [2] that encourages Bitcoin adopters to construct and justify its value in metaphoric comparison to gold mining. In
this paper, I explore three material aspects of blockchain: physical infrastructure, human language and computer code. I apply the concept of 'continuous materiality' [3] to show how these three aspects interact in practical implementations of blockchain such as Bitcoin and Ethereum. I start from the concept of ‘digital metallism’ that stands for ‘fundamental value’ of cryptocurrencies, and end with the move of Ethereum to ‘proof-of-stake’, partially as a countermeasure against ‘evil miners’. I conclude that ignoring material aspects of blockchain technology can only further problematize complicated relations between their technical, semiotic and social materiality.
With the increasing usage of blockchain technology, legal challenges such as GDPR compliance arise. Especially the right of erasure is considered challenging as blockchains are tamperproof by design. Several approaches investigated
possibilities to weaken the tamperproof aspect of blockchains in favor of GDPR compliance. This paper presents several approaches, then focuses on chameleon hash functions by evaluating the possibility to use these specific functions in a private blockchain. The goal of the built system is to take a step towards the digitization of the bill of lading used in international trade. This paper describes the developed software as well as the core considerations around the system such as network design or block structure.
Dieses Paper ist eine überarbeitete Kurzfassung der Bachelorarbeit, welche 2019 von der Autorin unter dem gleichen Titel geschrieben wurde. Sie setzt sich mit der Herausforderung, kleine Zahlungen effizient mithilfe der Blockchain umzusetzen, auseinander. Ziel ist dabei, verschiedene Ansätze vorzustellen und ihr Potenzial zu prüfen. Prinzipiell hat der Einsatz von Micropayment-Schemas das Ziel, (häufige) Zahlungen von Kleinbeträgen in der Abwicklung möglichst effizient zu gestalten. Das Ungleichgewicht, dass die Kosten einer Zahlung den zu zahlenden Betrag übersteigen, gilt es insbesondere auf der Blockchain zu vermeiden. In diesem Paper werden verschiedene Ansätze für Micropayments vorgestellt und nach verschiedenen Punkten untersucht werden. Dabei wird unter anderem Wert auf die Kostenminimierung, Sicherheit und dezentrale Umsetzbarkeit gelegt. Aber auch die Anwendbarkeit und Ressourcenanforderung der verschiedenen Schemata sollen in dieser Arbeit betrachtet werden.
This paper looks at current projects in the field of Blockchain in education, their specific areas of application, possible advantages and weaknesses. Three examples developed by the team of authors are introduced in detail. First: Gallery-Defender a Serious Game, which was adapted to serve as a demonstrator in a stand-alone version to show the possibility to carry out exams directly from within the game and store the grades and meta-data on Blockchain. Second: Art-Quiz, an e-learning tool, which can be integrated into existing LMS systems and map exam results and further data using Blockchain technologies. Both were developed following an iterative design process. And third: The results of a focus group, which simulated the assignment of grades after an oral online exam. The three examples presented here are based on the Blockchain system Ardor/Childchain Ignis, but each demonstrator has a different set of features and approaches.
In addition, the integration of various Blockchain solutions was conceptually designed to make a Multi-Chain model possible.
This paper analyses the status quo of large-scale decision making combined with the possibility of blockchain as an underlying decentralized architecture to govern common pool resources in a collective manner and evaluates them according to their requirements and features (technical and non-technical). Due to an increasing trend in the distribution of knowledge and an increasing amount of information, the combination of these decentralized technologies and approaches, can not only be beneficial for consortial governance using blockchain but can also help communities to govern common goods and resources. Blockchain and its trust-enhancing properties can potenitally be a catalysator for more collaborative behavior among participants and may lead to new insights about collective action and CPRs.
Mathematics behind the Zcash
(2020)
Among all the new developed cryptocurrencies, Zcash comes out to be the strongest cryptocurrency providing both transparency and anonymity to the transactions and its users by deploying the strong mathematics of zk-SNARKs. We discussed the zero knowledge proofs as a building block for providing the functionality to zk-SNARKs. It offers schnorr protocol which is further used in Zcash transactions where the validation of sent transaction is proved by cryptographic proof. Further, we deploy zk-SNARKs following common reference string that allows sender to prove that she knows a secret such that the proof is succinct, can be verified and does not leak the secret. Non-malleability, small proofs and effective verification make zk-SNARKs a classic tool in Zcash. We deal with NP problems therefore we have considered the elliptic curve cryptography to provide the security. Lastly, we explain Zcash transaction, the corresponding transaction completely hides the sender, receiver and amount of transaction using zero knowledge proof.
To enable smart devices of the internet of things to be connected to a blockchain, a blockchain client needs to run on this hardware. With the Trustless Incentivized Remote Node Network, in short Incubed, it will be possible to establish a decentralized and secure network of remote nodes, which enables trustworthy and fast access to a blockchain for a large number of low-performance IoT devices. Currently, Incubed supports the verification of Ethereum data. To serve a wider audience and more applications this paper proposes the verification of Bitcoin data as well, which can be achieved due to the modularity of Incubed. This paper describes the proof data that is necessary for a client to prove the correctness of a node’s response and the process to verify the response by using this proof data as well. A proof-object which contains the proof data will be part of every response in addition to the actual result. We design, implement and evaluate Bitcoin verification for Incubed. Creation of the proof data for supported methods (on the server-side) and the verification process using this proof data (on the client-side) has been demonstrated. This enables the verification of Bitcoin in Incubed.
Dieses Paper beschreibt die Implementierung eines Live-Systems für die Erstellung von Cold Storage Wallets.
Ziel soll es sein, einen sicheren und einfachen Erstellungsprozess von Paper-Wallets unter hohen Sicherheitsansprüchen zu ermöglichen.
Der Quellcode ist abrufbar unter https://github.com/envake/vinktar-live
The financial world of blockchains is mostly covered by Bitcoin, taking up about 210 billion dollars in market cap. Despite the huge security and independence which the technology offers to the users, it's not quite easy to adapt with upcoming applications due to the regulated infrastructure behind. For small-scale transactions, everyday use applications or the access to a variety of crypto technologies and projects, Bitcoin is relatively limited in future development. The compatibility for most of those applications is covering currencies from more development-driven blockchains like Ethereum. Those want to reach out for the user base that's already in hold of Bitcoins and offer them a seamless transition to new applications without the risk of losing their funds. Within the article, atomic swaps and tokenization are covered up and current approaches compared. Both mechanisms are used to fulfill this symbiosis between Bitcoin and Ethereum.
To get a more practical view, an example on how to implement such a tokenization within an app is shown. This will give deeper insights and offers inspiration for digital identity-based app development.
Procurement processes are deemed to lack supporting digital technologies that raise efficiency and automation.
Blockchain solutions are piloted in procurement in order to offer a decentralized IT infrastructure covering these needs. This paper aims at identifying current blockchain approaches in the field of procurement and presenting affected business processes. In order to get an overview of the current state of the art, a systematic literature mapping is conducted.
Moreover, the out-comes are gathered and categorized in a classification scheme. Based on the analysis, systematic maps are presented to showcase relevant findings. Within the findings, several blockchain use cases in the field of procurement are identified and information about addressed challenges, utilized blockchain frameworks and affected business processes are extracted.
Decentralizing Smart Energy Markets - tamper-proof-documentation of flexibility market processes
(2020)
The evolving granularity and structural decentralization of the energy system leads to a need for new tools for the efficient operation of electricity grids. Local Flexibility Markets (or "Smart Markets") provide platform concepts for market based congestion management. In this context there is a distinct need for a secure, reliable and tamper-resistant market design which requires transparent and independent monitoring of platform operation. Within the following paper different concepts for blockchain-based documentation of relevant processes on the proposed market platform are described. On this basis potential technical realizations are discussed. Finally, the implementation of one setup using Merkle tree operations is presented by using open source libraries.
Diese Arbeit befasst sich mit dem Prozess des Minings von Bitcoin. Dabei soll erklärt werden, wie elektrische Energie genutzt wird, um neue Blöcke zur Blockchain hinzuzufügen und welche Renditen dabei zu erwarten sind. Gleichzeitig soll geklärt werden, ob das Mining von Bitcoin ein Geschäftsmodell ist, mit welchem Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energie auch ohne Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wirtschaftlich betrieben werden können.
Es wird beschrieben, wie sich diverse Einflussgrößen auf die Wirtschaftlichkeit des Minings auswirken. Eine Auswahl an Mining-Hardware wird hinsichtlich ihrer zu erwartenden Erträge geprüft. Außerdem werden die Risiken dieses Geschäftsmodells näher betrachtet.