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Vortrag auf dem Doktorandenkolloquium des Kooperativen Promotionskollegs der HTWG, 09.07.2015
We consider classes of (Formula presented.)-by-(Formula presented.) sign regular matrices, i.e. of matrices with the property that all their minors of fixed order (Formula presented.) have one specified sign or are allowed also to vanish, (Formula presented.). If the sign is nonpositive for all (Formula presented.), such a matrix is called totally nonpositive. The application of the Cauchon algorithm to nonsingular totally nonpositive matrices is investigated and a new determinantal test for these matrices is derived. Also matrix intervals with respect to the checkerboard ordering are considered. This order is obtained from the usual entry-wise ordering on the set of the (Formula presented.)-by-(Formula presented.) matrices by reversing the inequality sign for each entry in a checkerboard fashion. For some classes of sign regular matrices, it is shown that if the two bound matrices of such a matrix interval are both in the same class then all matrices lying between these two bound matrices are in the same class, too.
Im Rahmen der Lehrveranstaltung "Nachhaltigkeit im industriellen Umfeld" im Masterstudiengang Umwelt- und Verfahrenstechnik der Hochschulen Konstanz und Ravensburg-Weingarten wurde 2015 eine studentische Fachkonferenz durchgeführt.
Die Studierenden entwickelten in Einzelarbeit oder als Zweierteam Konferenzbeiträge zu folgenden Themen:
- Innovationen und Spannendes aus dem Bereich der Energieerzeugung und -wandlung
- Aspekte der Schließung von Stoffkreisläufen und Vermeidung von Schadstoffeinträgen in die Umwelt
- Chancen und Herausforderungen Nachwachsender Rohstoffe bei verschiedenen Einsatzmöglichkeiten sowie Themen der Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft
- verschiedene Blickwinkel auf das Thema Wasser (von der Abwasserreinigung bis zum Wasserkonsum der Konsumenten)
- die Betrachtung spezifischer Industrien und Unternehmen sowie deren Werkzeuge zur Umsetzung von Nachhaltigkeit
Die Ergebnisse der studentischen Fachkonferenz zur „Nachhaltigkeit im industriellen Umfeld“ werden in der vorliegenden Publikation präsentiert.
Model Order Reduction
(2015)
This chapter offers an introduction to Model Order Reduction (MOR). It gives an overview on the methods that are mostly used. It also describes the main concepts behind the methods and the properties that are aimed to be preserved. The sections are in a prefered order for reading, but can be read independentlty. Section 4.1, written by Michael Striebel, E. Jan W. ter Maten, Kasra Mohaghegh and Roland Pulch, overviews the basic material for MOR and its use in circuit simulation. Issues like Stability, Passivity, Structure preservation, Realizability are discussed. Projection based MOR methods include Krylov-space methods (like PRIMA and SPRIM) and POD-methods. Truncation based MOR includes Balanced Truncation, Poor Man’s TBR and Modal Truncation.Section 4.2, written by Joost Rommes and Nelson Martins, focuses on Modal Truncation. Here eigenvalues are the starting point. The eigenvalue problems related to large-scale dynamical systems are usually too large to be solved completely. The algorithms described in this section are efficient and effective methods for the computation of a few specific dominant eigenvalues of these large-scale systems. It is shown how these algorithms can be used for computing reduced-order models with modal approximation and Krylov-based methods.Section 4.3, written by Maryam Saadvandi and Joost Rommes, concerns passivity preserving model order reduction using the spectral zero method. It detailedly discusses two algorithms, one by Antoulas and one by Sorenson. These two approaches are based on a projection method by selecting spectral zeros of the original transfer function to produce a reduced transfer function that has the specified roots as its spectral zeros. The reduced model preserves passivity.Section 4.4, written by Roxana Ionutiu, Joost Rommes and Athanasios C. Antoulas, refines the spectral zero MOR method to dominant spectral zeros. The new model reduction method for circuit simulation preserves passivity by interpolating dominant spectral zeros. These are computed as poles of an associated Hamiltonian system, using an iterative solver: the subspace accelerated dominant pole algorithm (SADPA). Based on a dominance criterion, SADPA finds relevant spectral zeros and the associated invariant subspaces, which are used to construct the passivity preserving projection. RLC netlist equivalents for the reduced models are provided.Section 4.5, written by Roxana Ionutiu and Joost Rommes, deals with synthesis of a reduced model: reformulate it as a netlist for a circuit. A framework for model reduction and synthesis is presented, which greatly enlarges the options for the re-use of reduced order models in circuit simulation by simulators of choice. Especially when model reduction exploits structure preservation, we show that using the model as a current-driven element is possible, and allows for synthesis without controlled sources. Two synthesis techniques are considered: (1) by means of realizing the reduced transfer function into a netlist and (2) by unstamping the reduced system matrices into a circuit representation. The presented framework serves as a basis for reduction of large parasitic R/RC/RCL networks.
Creatio ex nihilo
(2015)
Von Kommunikationsdesignern wird erwartet, dass sie kreativ sind. Es wird von ihnen gefordert, dass sie Ideen haben, die innovativ, neu und originell wirken. Diese Anforderung bekommen Gestalter schon früh in ihrer Ausbildung zu spüren. Die Frage, die sich diese Arbeit stellt, ist: Kann dieses Ziel überhaupt erreicht werden? Oder ist das Verfolgen von Originalität nur eine Illusion? Oder gar ein Mythos? Wie schon Picasso anmerkte: »Kunst ist Diebstahl.« Wenn nichts Neues geschaffen werden kann, müssen wir einen Weg finden, Bestehendes so zu verändern, dass das Ergebnis mehr ist als die Summe der Einzelteile. Der Diebstahl bestehender kreativer Leistung wäre somit Teil unseres Berufsfelds und sollte auch in der Designerausbildung eine wichtige Rolle spielen. Ich stelle mich mit dieser Arbeit dem Mythos der Originalität, dem Glauben an eine »creatio ex nihilo«, und beschäftige mich mit dessen Einfluss auf den Designprozess und den möglichen Auswirkungen auf die Ausbildung junger Gestalter.
Der Begriff der Originalität wird heute sehr unkontrolliert verwendet. Mittels einer quantitativen Inhaltsanalyse, Experteninterviews sowie Telefongesprächen wurde der Begriff deshalb hinterfragt und anders definiert. Die Auswirkungen auf den Designprozess wurden mittels eines Experiments mit Studierenden der Studiengänge
Kommunikationsdesign ermittelt. Dabei mussten die Probanden unter dem Druck einer originellen Idee gestalten. Die Lösungen wurden anschließend in einer Online-Umfrage von mehreren Personen subjektiv bewertet. Alle gesammelten Inhalte finden sich wieder in sechs Kapiteln zum Mythos der Originalität im Kommunikationsdesign (Teil A) und einer Forschungsdokumentation (Teil B).
Ein Holzhaus als Botschaft. Die erste diplomatische Vertretung des Deutschen Reiches in Ankara 1924
(2015)
Auf die Gründung der türkischen Republik und die Verlagerung der Hauptstadt nach Ankara reagierte das Deutsche Reich 1924 zeitnah mit der Errichtung eines Botschaftsgebäudes in Fertigteilbauweise. Dieses präfabrizierte Holzhaus wurde von der für den Holzbau der Moderne bedeutenden Firma Christoph & Unmack AG aus Niesky/Oberlausitz geliefert. Nach Errichtung eines größeren, massiven Botschaftsgebäudes in Ankara wurde das Holzhaus 1934 auf das Gelände des Atatürk Orman Çiftliği transloziert, wo es noch heute existiert. 2010 konnte es einer gründlichen Baudokumentation unterzogen werden. Im Rahmen von drei Einzelbeiträgen werden die Ergebnisse der Untersuchungen an diesem ebenso ungewöhnlichen wie bedeutenden Baudenkmal vorgestellt.
Digitale Transformation
(2015)
Strategie der digitalen Ära
(2015)
The improvement of collision avoidance for vessels in close range encounter situations is an important topic for maritime traffic safety. Typical approaches generate evasive trajectories or optimise the trajectories of all involved vessels. Such a collision avoidance system has to produce evasive manoeuvres that do not confuse other navigators. To achieve this behaviour, a probabilistic obstacle handling based on information from a radar sensor with target tracking, that considers measurement and tracking uncertainties is proposed. A grid based path search algorithm, that takes the information from the probabilistic obstacle handling into account, is then used to generate evasive trajectories. The proposed algorithms have been tested and verified in a simulated environment for inland waters.
Motion safety for vessels
(2015)
The improvement of collision avoidance for vessels in close range encounter situations is an important topic for maritime traffic safety. Typical approaches generate evasive trajectories or optimise the trajectories of all involved vessels. The idea of this work is to validate these trajectories related to guaranteed motion safety, which means that it is not sufficient for a trajectory to be collision-free, but it must additionally ensure that an evasive manoeuvre is performable at any time. An approach using the distance and the evolution of the distance to the other vessels is proposed. The concept of Inevitable Collision States (ICS) is adopted to identify the states for which no evasive manoeuvre exist. Furthermore, it is implemented into a collision avoidance system for recreational crafts to demonstrate the performance.
Knowing the position of the spool in a solenoid valve, without using costly position sensors, is of considerable interest in a lot of industrial applications. In this paper, the problem of position estimation based on state observers for fast-switching solenoids, with sole use of simple voltage and current measurements, is investigated. Due to the short spool traveling time in fast-switching valves, convergence of the observer errors has to be achieved very fast. Moreover, the observer has to be robust against modeling uncertainties and parameter variations. Therefore, different state observer approaches are investigated, and compared to each other regarding possible uncertainties. The investigation covers a High-Gain-Observer approach, a combined High-Gain Sliding-Mode-Observer approach, both based on extended linearization, and a nonlinear Sliding-Mode-Observer based on equivalent output injection. The results are discussed by means of numerical simulations for all approaches, and finally physical experiments on a valve-mock-up are thoroughly discussed for the nonlinear Sliding-Mode-Observer.
A semilinear distributed parameter approach for solenoid valve control including saturation effects
(2015)
In this paper a semilinear parabolic PDE for the control of solenoid valves is presented. The distributed parameter model of the cylinder becomes nonlinear by the inclusion of saturation effects due to the material's B/H-curve. A flatness based solution of the semilinear PDE is shown as well as a convergence proof of its series solution. By numerical simulation results the adaptability of the approach is demonstrated, and differences between the linear and the nonlinear case are discussed. The major contribution of this paper is the inclusion of saturation effects into the magnetic field governing linear diffusion equation, and the development of a flatness based solution for the resulting semilinear PDE as an extension of previous works [1] and [2].
Mehr als 40 Prozent der Unternehmen nutzen keine operativen Prozessdaten, um die Durchlaufzeiten oder Kosten ihrer Prozesse effektiv zu überwachen. Dennoch geben mehr als 60 Prozent der Unternehmen an, mit Prozessmanagement ihre Effizienz steigern zu wollen. Dies zeigt die Studie «Business Process Management 2015» der ZHAW School of Management and Law (SML). Die Ergebnisse wurden heute am BPM Symposium in Winterthur vorgestellt und mit einem breiten Fachpublikum aus Praxis und Wissenschaft diskutiert.
Grundlage für die digitale Transformation: Die Studie untersucht, wie und in welchem Ausmass Unternehmen das Standardrepertoire des Geschäftsprozessmanagements in Richtung Prozessintelligenz erweitern. Prozessintelligenz schliesst die Lücke zum operativen Geschäft und liefert eine neue Perspektive auf das Management der Geschäftsprozesse. Dabei konzentriert sie sich auf die Informationen, die in den operativen Prozessen entstehen und gebraucht werden und ist somit eine wesentliche Grundlage für die aktuell viel diskutierte digitale Transformation von Unternehmen. Um Prozesse besser verstehen, steuern und optimieren zu können, werden Methoden und Werkzeuge des Geschäftsprozessmanagements (BPM) und der Business Intelligence (BI) kombiniert.
Wertvolle Erfahrungen aus der Praxis: Für die Studie wurden in einer Online-Befragung über 80 Unternehmen zum Status quo ihrer «Prozessintelligenz» befragt. Ein Praxisworkshop diente als Rahmen, um Erfolgsmuster aus fünf Fallstudien bei Roche, AXA Winterthur, der St. Galler Kantonalbank sowie den Städten Lausanne und Konstanz zu identifizieren. Der Softwarehersteller Axon Ivy und SBB Immobilien haben im Rahmen einer Studienpartnerschaft mit dem Institut für Wirtschaftsinformatik der SML und dem Institut für Prozesssteuerung der HTWG Konstanz wertvolle Praxiserfahrungen beigesteuert. Das Resultat ist eine Momentaufnahme der strategischen, analytischen und praktischen Fähigkeiten, Methoden und Werkzeuge, mit denen Organisationen ihre Geschäftsprozesse gestalten, ausführen, überwachen und fortlaufend weiterentwickeln.
Classification of point clouds by different types of geometric primitives is an essential part in the reconstruction process of CAD geometry. We use support vector machines (SVM) to label patches in point clouds with the class labels tori, ellipsoids, spheres, cones, cylinders or planes. For the classification features based on different geometric properties like point normals, angles, and principal curvatures are used. These geometric features are estimated in the local neighborhood of a point of the point cloud. Computing these geometric features for a random subset of the point cloud yields a feature distribution. Different features are combined for achieving best classification results. To minimize the time consuming training phase of SVMs, the geometric features are first evaluated using linear discriminant analysis (LDA).
LDA and SVM are machine learning approaches that require an initial training phase to allow for a subsequent automatic classification of a new data set. For the training phase point clouds are generated using a simulation of a laser scanning device. Additional noise based on an laser scanner error model is added to the point clouds. The resulting LDA and SVM classifiers are then used to classify geometric primitives in simulated and real laser scanned point clouds.
Compared to other approaches, where all known features are used for classification, we explicitly compare novel against known geometric features to prove their effectiveness.
This Chapter introduces parameterized, or parametric, Model Order Reduction (pMOR). The Sections are offered in a prefered order for reading, but can be read independently. Section 5.1, written by Jorge Fernández Villena, L. Miguel Silveira, Wil H.A. Schilders, Gabriela Ciuprina, Daniel Ioan and Sebastian Kula, overviews the basic principles for pMOR. Due to higher integration and increasing frequency-based effects, large, full Electromagnetic Models (EM) are needed for accurate prediction of the real behavior of integrated passives and interconnects. Furthermore, these structures are subject to parametric effects due to small variations of the geometric and physical properties of the inherent materials and manufacturing process. Accuracy requirements lead to huge models, which are expensive to simulate and this cost is increased when parameters and their effects are taken into account. This Section introduces the framework of pMOR, which aims at generating reduced models for systems depending on a set of parameters.
We present a 3d-laser-scan simulation in virtual
reality for creating synthetic scans of CAD models. Consisting of
the virtual reality head-mounted display Oculus Rift and the
motion controller Razer Hydra our system can be used like
common hand-held 3d laser scanners. It supports scanning of
triangular meshes as well as b-spline tensor product surfaces
based on high performance ray-casting algorithms. While point
clouds of known scanning simulations are missing the man-made
structure, our approach overcomes this problem by imitating
real scanning scenarios. Calculation speed, interactivity and the
resulting realistic point clouds are the benefits of this system.
Reconstruction of hand-held laser scanner data is used in industry primarily for reverse engineering. Traditionally, scanning and reconstruction are separate steps. The operator of the laser scanner has no feedback from the reconstruction results. On-line reconstruction of the CAD geometry allows for such an immediate feedback.
We propose a method for on-line segmentation and reconstruction of CAD geometry from a stream of point data based on means that are updated on-line. These means are combined to define complex local geometric properties, e.g., to radii and center points of spherical regions. Using means of local scores, planar, cylindrical, and spherical segments are detected and extended robustly with region growing. For the on-line computation of the means we use so-called accumulated means. They allow for on-line insertion and removal of values and merging of means. Our results show that this approach can be performed on-line and is robust to noise. We demonstrate that our method reconstructs spherical, cylindrical, and planar segments on real scan data containing typical errors caused by hand-held laser scanners.
Wettbewerb und Wagnis
(2015)
Karl Bernhard
(2015)
Wettbewerb und Wagnis
(2015)
Im Beitrag wird erörtert, welche Rolle der schriftlichen Fehlerkorrektur im studienbegleitenden und -vorbereitenden Deutschunterricht zukommt. Dazu wird ein Überblick über den Stand der Forschung gegeben und eine Studie zur Fehlerkorrektur mit fortgeschrittenen Lernenden vorgestellt, in der die Wirkung einer Fehlerkorrektur am Lernertext überprüft wurde. Die Fehlerkorrektur führte bei der Experimentalgruppe zwar zu einer Reduktion der Fehler in der Überarbeitung, im Vergleich zur Kontrollgruppe aber nicht zu einer signifikanten Verbesserung in einem neuen Text. Um zu eruieren, wie die Lernenden mit der Fehlerkorrektur umgingen, wurde in der Studie außerdem eine qualitative Analyse einzelner Arbeiten vorgenommen. Der Beitrag schließt mit der Frage, welche Rolle eine – nicht sonderlich effektive – Fehlerkorrektur in einer auf Wissenschaftssprache bezogenen Vermittlung einnehmen sollte.
Entwicklung eines grafischen Editors zur Metamodellierung sowie Validierung von Modell-Instanzen
(2015)
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein grafischer Editor für die Modellierung von Metamodellen entwickelt. Der Editor wird in einem beliebigen Web-Browser ausgeführt und ist somit plattformunabhängig nutzbar. Er implementiert das an der HTWG Konstanz im Projekt Progress in Graphical Modeling Frameworks entwickelte MoDiGen-Metamodell, und erlaubt die Modellierung von Metamodellen, die zu diesem Meta-Metamodell konform sind.
Als Ausgabeformat nutzt der Editor eine JSON-Struktur, was die Datenhaltung mit Hilfe von JSON-basierten nicht-relationalen Datenbanken ermöglicht und die Implementierung des Editors in JavaScript erleichterte.
Zusätzlich wurde ein Werkzeug entwickelt, mit welchem die Instanzen des modellierten Metamodells, die Modelle, gegen das Metamodell geprüft werden können. Dieses Programm ist sowohl für die Clientseite im Web-Browser zur Prüfung eines Modells, als auch für die Serverseite zur Prüfung der Modelldaten vor der Persistierung relevant, weshalb die Validierung in JavaScript bzw. CoffeeScript entwickelt wurde. Im Web-Browser kann diese Implementierung direkt ausgeführt werden, serverseitig wurde die von der Mozilla Foundation in Java geschriebene JavaScript-Implementierung Rhino verwendet, um das JavaScript-Programm aufzurufen.
Der Theorieteil der Arbeit beschäftigt sich mit den Meta-Metamodellen, die die Grundlage des MoDiGen-Metamodells bilden, sowie ausführlich mit dem MoDiGen-Metamodell selbst. Im Praxisteil wird die Entwicklung und der Aufbau des Editors und des Validators erläutert.
Social Entrepreneurship
(2015)
Schatten-IT
(2015)
This contribution presents a data compression scheme for applications in non-volatile flash memories. The objective of the data compression algorithm is to reduce the amount of user data such that the redundancy of the error correction coding can be increased in order to improve the reliability of the data storage system. The data compression is performed on block level considering data blocks of 1 kilobyte. We present an encoder architecture that has low memory requirements and provides a fast data encoding.
Codes over quotient rings of Lipschitz integers have recently attracted some attention. This work investigates the performance of Lipschitz integer constellations for transmission over the AWGN channel by means of the constellation figure of merit. A construction of sets of Lipschitz integers that leads to a better constellation figure of merit compared to ordinary Lipschitz integer constellations is presented. In particular, it is demonstrated that the concept of set partitioning can be applied to quotient rings of Lipschitz integers where the number of elements is not a prime number. It is shown that it is always possible to partition such quotient rings into additive subgroups in a manner that the minimum Euclidean distance of each subgroup is strictly larger than in the original set. The resulting signal constellations have a better performance for transmission over an additive white Gaussian noise channel compared to Gaussian integer constellations and to ordinary Lipschitz integer constellations. In addition, we present multilevel code constructions for the new signal constellations.