Universität Stuttgart
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Item Open Access Investigating superconductivity by tunneling spectroscopy using oxide heterostructures(2017) Fillis-Tsirakis, Evangelos; Mannhart, Jochen (Prof. Dr.)Item Open Access Nonlinear optical microspectroscopy with few-cycle laser pulses(2017) Wan, Hui; Wrachtrup, Jörg (Prof. Dr.)Nonlinear optical (NLO) microscopy is a powerful tool in physics, chemistry, and material science it probes intrinsic optical properties of the sample without the need of labeling. In order to investigate the ultrafast processes in nonlinear materials with high spatial resolution, we need to combine both ultrashort pulses and techniques focusing them to the diffraction limit. Previously, few-cycle laser pulses have often been tightly focused using conventional microscope objectives. However, the propagation of an ultrashort pulse in optical materials, particularly in the glass of a high numerical aperture (N.A.) microscope objective, results in spatial and temporal distortions of the pulse electric field, which can severely affect its quality in the focus. By purely passive group delay dispersion (GDD) and third-order dispersion (TOD) management, in this thesis, we experimentally demonstrate in-focus diffraction-limited and bandwidth-limited few-cycle pulses by using high N.A. objectives. Based on these achievements, the performance of a novel few-cycle NLO microscope for both second-harmonic generation (SHG) imaging and microspectroscopy in the frequency- and time-domains was characterized. The inverse linear dependence of SHG intensity on the in-focus pulse duration was demonstrated down to 7.1 fs for the first time. The application of shorter in-focus pulses for the enhancement of SHG image contrast was successfully demonstrated on a single collagen (type-I) fibril as a biological model system for studying protein assemblies under physiological conditions. Beyond imaging, a collagen fibril has been found to act as a purely non-resonant χ(2) soft matter under the present excitation conditions, and its ratio of forward- to epi-detected SHG intensities allowed for the estimation of the fibril thickness, which corresponds well with atomic force microscopy (AFM) measurements. The ultrafast dephasing of the localized surface plasmon resonance (LSPR) in the metallic nanoparticles, that only occurs on a time scale of a few femtoseconds, has gained a lot of attraction in the field of nanoplasmonics. This thesis is the first systematic experimental demonstration of time-resolving ultrashort plasmon dephasing in single gold nanoparticles by using interferometric SHG spectroscopy with in-focus 7.3 fs excitation pulses in combination with linear scattering spectroscopy performed on the same nanoparticle. For nanorods, nanodisks, and nanorectangles, strong plasmon resonance enhanced SHG is observed, where the SHG intensity strongly depends on the spectral overlap between the LSPR band and the excitation laser spectrum. For single nanorods and nanorectangles, the polarization dependence of the SHG intensity was found to follow second-order dipole scattering, and the effect of size and shape on the LSPR properties was directly observed in the time-domain. Good agreement between experimental and simulated values of dephasing times and resonance wavelengths is obtained, which confirms that a common driven damped harmonic oscillator model for the LSPR in the nanoparticle can qualitatively explain both the linear scattering spectra in the frequency-domain and the SHG response in the time-domain. Resonance bands in linear transmission and scattering spectra have also been observed for nanoholes with sizes smaller than the wavelength of the incident light in a metal film, which are assigned to LSPR modes of the electric field distribution around the nanohole with qualitatively similar resonance properties as a nanoparticle. The polarization-resolved nonlinear optical properties of the single nanoholes with different shapes and symmetries were also reported. The objective of this thesis has been systematic SHG studies of the size effect in the LSPR of single nanoholes in metal films and of their ultrafast dephasing dynamics. Although, enhancement of both the forward- and epi-detected SHG emissions from single rectangular nanoholes are observed,however,no ultrafast dephasing dynamics of LSPRs in rectangular nanoholes could be time-resolved with our in-focus 7.3 fs excitation laser pulses, which indicates that contributions from LSPR enhanced SHG to the detected SHG signal are negligible. More work needs to be done in order to overcome the current experimental limitations. However, in this thesis, the polarization dependence of the forward- and epi-detected SHG intensity from the single rectangular nanohole was found to follow that of a second-order dipole pattern. While the SHG dipole pattern observed for rectangular nanoparticles is oriented parallel to its long-axis, the SHG dipole pattern of its complementary rectangular nanohole is oriented perpendicular to its long-axis. This observation represents the first experimental demonstration of Babinet’s principle in second-order nonlinear scattering of a single rectangular nanohole in a gold film.Item Open Access Ein Beitrag zur Stützung eines Software GNSS Empfängers mit MEMS-Inertialsensoren(2016) Gäb, Michael; Kleusberg, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Die genaue Bestimmung von Position und Geschwindigkeit mit einem globalen Navigationssatellitensystem (engl. Global Navigation Satellite System) (GNSS) in Echtzeit bildet eine essentielle Grundlage für viele Anwendungen in der Navigation. Bei mobilen Navigationsanwendungen finden häufig GNSS-Messungen unter ungünstigen Beobachtungsbedingungen statt, so dass Fehler in den Ergebnissen auftreten können. In diesem Fall ist der GNSS-Empfänger in Bewegung, so dass die Empfangsumgebung sich ständig ändert. So können Objekte, wie z.B. Gebäude, Bäume, Tunnel usw. zu Reflektionen, Dämpfung bzw. Abschattung der GNSS-Signale führen. Eine hohe zusätzliche Dynamik bzgl. der beobachteten Dopplerfrequenzverschiebung erfährt das empfangene GNSS-Signal durch die Bewegung des GNSS-Empfängers. Das beeinflusst die Signalnachführung (Tracking) und verursacht Fehler bei der Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung oder eine Bestimmung ist sogar unmöglich. Eine Verbesserung der Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung wird durch die gleichzeitige Messung mit einem GNSS-Empfänger und einem inertialen Navigationssystem (engl. Inertial Navigation System) (INS) ermöglicht. Kostengünstige INS beinhalten heute Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (engl. Micro Electro Mechanical Systems) (MEMS), die als MEMS-Inertialsensoren bezeichnet werden. Die gemeinsame Nutzung der Messdaten von GNSS und INS wird als GNSS/INS-Integration bezeichnet. Diese Arbeit befasst sich mit der Tiefen GNSS/INS-Integration, so dass mit der Information eines INSs in die Tracking Loop des GNSS-Empfängers eingegriffen wird, um Verbesserungen beim Tracking des Signals und der daraus bestimmten GNSS-Beobachtungen zu erzielen. Dieser Eingriff wird auch als Stützung (engl. aiding) bezeichnet. Die Stützung erfolgt über die Regelgrößen (Dopplerfrequenz und Codephase) in der Tracking Loop für den jeweiligen Kanal des GNSS-Empfängers. Dazu werden die Regelgrößen zunächst prädiziert, bevor diese beim Tracking des empfangenen GNSS-Signals berücksichtigt werden können. Für die Prädiktion müssen die Position und Geschwindigkeit des Satelliten und des Empfängers vorliegen. Außerdem müssen die Uhrenfehlerrate des Satelliten und des Empfängers bekannt sein. Aus diesen Größen kann die Dopplerfrequenz und daraus die Rate der Codephase berechnet werden. Die zeitliche Integration der Codephasenrate ergibt die aktuelle Codephase. Aus den Ephemeriden des GNSS-Satelliten kann die Position, die Geschwindigkeit und die Uhrenfehlerrate für einen zeitnahen beliebigen Zeitpunkt berechnet werden. Die Uhrenfehlerrate des Empfängers wird hierbei mittels einer Extrapolation vorausbestimmt. Mit den MEMS-Inertialsensoren kann die Position und Geschwindigkeit des Empfängers fortgeführt werden. Diese Fortführung erfolgt über eine Lose GNSS/INS-Integration mittels einer Strapdown-Rechnung und einem Kalman-Filter für 15 Fehlerzustände. Als Stützwerte für den Kalman-Filter dienen hier die Position und Geschwindigkeit des SGEs. Die Stützung sollte bei einem Signalabriss oder für die Stabilisierung des Trackings eingeschaltet werden. Die Stützungsmethode wird mit einem Software GNSS-Empfänger (SGE) und einer Inertiale Messeinheit (engl. inertial measurement unit) (IMU) aus MEMS-Inertialsensoren (MEMS-IMU) in der Landfahrzeugnavigation getestet und analysiert. Der SGE ist für die Signale des globalen Positionierungssystem (engl. Global Positioning System) (GPS) mit dem C/A-Code auf der L1-Frequenz entwickelt und bestimmt die Position und Geschwindigkeit mit einer Messrate von 1 kHz. Die MEMS-IMU beeinhaltet 6 Freiheitsgrade mit jeweils einem 3-achsigen MEMS-Beschleunigungs- und MEMSDrehratensensor. Die Messrate des MEMS-Beschleunigungssensors beträgt 1 kHz und die Messrate des MEMS-Drehratensensors beträgt 800 Hz. Mit diesem Messsystem ist es möglich, die Prädiktion der Regelgrößen für jede Millisekunde durchzuführen, so dass diese bei jedem Tracking-Durchlauf mit dem C/A-Code vorliegen. Aufgrund der hohen Messraten können nur wenige Minuten Messdaten erfasst werden und die Auswertung erfolgt in der Nachbearbeitung (engl. post-processing). Die Stützungsmethode wird durch Fahrten mit einem Messfahrzeug getestet. Dazu werden Messfahrten mit verschiedenen Fahrmanöver ausgeführt, um im empfangenen GPS-Signal unterschiedliche Raten in der Dopplerfrequenz zu erzeugen. Eine Fahrt unter Bäumen ermöglicht den Einfluss des zeitlichen Verlaufs im Signal-Rauschverhältnis (engl. signal-to-noise ratio) (S/N) des empfangenen GPS-Signals auf die Stützungsmethode zu untersuchen. Bei dieser Messfahrt treten auch immer wieder kurzzeitige Signalabrisse auf. Die in der vorliegenden Arbeit dokumentierten Messfahrten und Ergebnisse zeigen, dass die Stützung für einen SGE erfolgreich in der Landfahrzeugnavigation durchgeführt werden kann. Die prädizierten Regelgrößen werden für die verschiedenen Messfahrten zuverlässig berechnet und das Tracking kann damit stabilisiert und sogar bei einem Signalabriss vorgesteuert werden. Außerdem können Ausreißer direkt in den Beobachtungen minimiert werden, so dass Verbesserungen in der Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung des SGEs erzielt werden können.Item Open Access Automated composition of adaptive pervasive applications in heterogeneous environments(2012) Schuhmann, Stephan Andreas; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.)Distributed applications for Pervasive Computing represent a research area of high interest. Configuration processes are needed before the application execution to find a composition of components that provides the required functionality. As dynamic pervasive environments and device failures may yield unavailability of arbitrary components and devices at any time, finding and maintaining such a composition represents a nontrivial task. Obviously, many degrees of decentralization and even completely centralized approaches are possible in the calculation of valid configurations, spanning a wide spectrum of possible solutions. As configuration processes produce latencies which are noticed by the application user as undesired waiting times, configurations have to be calculated as fast as possible. While completely distributed configuration is inevitable in infrastructure-less Ad Hoc scenarios, many realistic Pervasive Computing environments are located in heterogeneous environments, where additional computation power of resource-rich devices can be utilized by centralized approaches. However, in case of strongly heterogeneous pervasive environments including several resource-rich and resource-weak devices, both centralized and decentralized approaches may lead to suboptimal results concerning configuration latencies: While the resource-weak devices may be bottlenecks for decentralized configuration, the centralized approach faces the problem of not utilizing parallelism. Most of the conducted projects in Pervasive Computing only focus on one specific type of environment: Either they concentrate on heterogeneous environments, which rely on additional infrastructure devices, leading to inapplicability in infrastructure-less environments. Or they address homogeneous Ad Hoc environments and treat all involved devices as equal, which leads to suboptimal results in case of present resource-rich devices, as their additional computation power is not exploited. Therefore, in this work we propose an advanced comprehensive adaptive approach that particularly focuses on the efficient support of heterogeneous environments, but is also applicable in infrastructure-less homogeneous scenarios. We provide multiple configuration schemes with different degrees of decentralization for distributed applications, optimized for specific scenarios. Our solution is adaptive in a way that the actual scheme is chosen based on the current system environment and calculates application compositions in a resource-aware efficient manner. This ensures high efficiency even in dynamically changing environments. Beyond this, many typical pervasive environments contain a fixed set of applications and devices that are frequently used. In such scenarios, identical resources are part of subsequent configuration calculations. Thus, the involved devices undergo a quite similar configuration process whenever an application is launched. However, starting the configuration from scratch every time not only consumes a lot of time, but also increases communication overhead and energy consumption of the involved devices. Therefore, our solution integrates the results from previous configurations to reduce the severity of the configuration problem in dynamic scenarios. We prove in prototypical real-world evaluations as well as by simulation and emulation that our comprehensive approach provides efficient automated configuration in the complete spectrum of possible application scenarios. This extensive functionality has not been achieved by related projects yet. Thus, our work supplies a significant contribution towards seamless application configuration in Pervasive Computing.Item Open Access Lebensdauerabschätzung von metallischen Strukturen mittels der Diskrete-Elemente-Methode im gekoppelten thermo-mechanischen Feld(2012) Hahn, Manfred; Kröplin, Bernd (Prof. Dr.-Ing. habil.)Aufgrund der hohen Streubreite der physikalischen Eigenschaften von metallischen Werkstoffen kann man deren Verhalten nicht zuverlässig voraussagen. Dies stellt insbesondere bei der Lebensdauervorhersage von industriell gefertigten Konstruktionen ein Problem dar. Der atomare Aufbau eines metallischen Werkstoffs besteht in der Regel aus einem Hauptelement und einem oder mehreren Nebenkomponenten was dazu führt, dass beim Erstarren einer Metallschmelze auf der Atomskala die Anreihung der Atome nicht strukturiert erfolgt, sondern mit zufällig verteilten Fehlern. Betrachtet man den Werkstoff auf einer göberen Skala so fällt auf, dass metallische Schmelzen an vielen Stellen zu erstarren beginnen und dass die Erstarrungskeime und die Grenzen der Erstarrungsfronten stochastisch verteilt sind. Die metallischen Werkstoffe sind also bei genauerer Betrachtung kein Kontinuum sondern ein Diskontinuum in dem die physikalischen Eigenschaften global betrachtet zu den in den Laborexperimenten beobachteten Werten verschmieren. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Werkstoff als ein Diskontinuum darzustellen, um die stochastisch verteilten physikalischen Eigenschaften auf einer kleinen Skala zu erfassen. Im Weiteren sollen auf einer größeren Skala die physikalischen Eigenschaften zu den global beobachteten Werten verschmieren. Dabei soll die in dieser Arbeit vorgestellte numerische Methode der diskreten Elemente im mechanischen Feld ausgebaut und im Folgenden auf andere physikalische Felder übertragen werden. In metallischen Werkstoffen gehen bei zyklischen Belastungen im Inneren des Werkstoffs mikroplastische Verformungen vonstatten, welche mit zunehmender Zyklenzahl den Werkstoff an diskreten Stellen mit Mikroschäden sättigen. Dabei schreitet die diskrete Sättigung solange voran, bis der diskrete Ort übersättigt bzw.~geschwächt ist und im Folgenden versagt. Die mikroplastischen Verformungen sind, wie auch die anderen physikalischen Parameter, mit einer statistischen Größe behaftet. Die diskrete Akkumulation der statistisch verteilten mikroplastischen Schädigung soll in das numerische Modell der Diskreten-Elemente-Methode (DEM) mit aufgenommen werden, so dass sich auf numerischem Weg Lebensdauersimulationen durchführen lassen. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit den mathematischen Beweisen für die Gültigkeit der DEM als numerische Methode, sowohl für das mechanische als auch für das thermische Feld. Die Beweisführung erfolgt über eine vergleichende Betrachtung mit der Finite-Volumen-Methode (FVM), der Finite-Differenzen-Methode (FDM) und der Finite-Elemente-Methode (FEM). Dabei wird aus der FVM die Idee übernommen, dass physikalische Flüsse übertragen werden. Im Weiteren ergibt die Assemblierung von sechs Stäben, welche die physikalische Feldgröße übertragen, zusammen mit dem lokalen physikalischen Gleichgewicht den Finite-Differenzen-Stern der FDM. Zuletzt wird das globale Gleichgewicht mittels der FEM gewonnen. Im Nachlauf der Finite-Elemente-Rechnung lassen sich die Flussgrößen zurückbestimmen. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie die Kopplung des mechanischen und thermischen Feldes mittels der DEM vorgenommen werden kann. Dazu wird ausgeführt, wie die beiden Felder zusammen wirken und wie stark deren Kopplung ist. Abschließend wird eine Lebensdauersimulation an einer thermo-mechanisch belasteten virtuellen Probe vorgeführt. Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt, dass die DEM eine Methode ist, um partielle Differentialgleichungen zu lösen, sowohl für Einzelfelder, als auch für gekoppelte Felder. Außerdem kann der Werkstoff durch die Methode als ein Diskontinuum betrachtet werden, so dass sich Lebensdauersimulationen mittels eines erweiterten Werkstoffmodells vornehmen lassen.Item Open Access Untersuchungen zu neuartigen Infusionspumpen für die Medizintechnik(2013) Wolter, Frank; Kück, Heinz (Prof. Dr. rer. nat.)Es gibt derzeit keine am Markt erhältlichen Geräte, die sowohl unbegrenztes Dosiervolumen verabreichen können als auch den genannten Ratenbereich mit der geforderten Genauigkeit abdecken. Um den Geräteaufwand zu minimieren, ist es deshalb eine wichtige Anforderung an eine neuartige Infusionspumpe, diese universell einsetzen zu können. Das ist in dieser Arbeit vorgestellte neuartige Pumpprinzip mit ferromagnetischem Pumpelement stellt eine Verfeinerung des Hubkolbenprinzips dar und ist aufgrund seines einfachen und robusten Aufbaus für die Ausführung als Einwegteil in der Medizintechnik geeignet. Der zur Bewegung des Pumpelements nötige Antrieb kann ebenfalls sehr einfach und mit wenigen Bauteilen ausgeführt sein. Er kommt dabei nicht mit dem zu fördernden Fluid in Kontakt.Item Open Access Regulation of the catalytic activity and specificity of DNA nucleotide methyltransferase 1(2014) Bashtrykov, Pavel; Jeltsch, Albert (Prof. Dr.)DNA nucleotide methyltransferase 1 (Dnmt1) is mainly responsible for the maintenance of DNA methylation in mammals and plays a crucial role in the epigenetic control of gene expression. Dnmt1 recognizes and methylates hemimethylated CpG sites formed during DNA replication. In the present work, the mechanistic details of the substrate recognition by the catalytic domain of Dnmt1, the possible role of the CXXC and RFTS domains of Dnmt1 in the regulation of specificity and activity of Dnmt1, and the influence of the Ubiquitin-like PHD and RING finger domain-containing 1 (Uhrf1) protein on the enzymatic properties of Dnmt1 was investigated. Using modified substrates, the functional roles of individual contacts of the Dnmt1 catalytic domain with the CpG site of the DNA substrate were analysed. The data show that the interaction with the 5-methylcytosine:guanine pair is required for the catalytic activity of Dnmt1, whereas the contacts to the non-target strand guanine are not important, since its replacement with adenine increased the activity of Dnmt1. It was proposed that the CXXC domain binding to unmethylated CpG sites increases the specificity of Dnmt1 for hemimethylated DNA. Our data showed that the CXXC domain does not influence the enzyme’s specificity in the full-length Dnmt1. In contrast, mutagenesis in the catalytic domain introducing an M1235S exchange resulted in a significant reduction in specificity. Therefore, the readout for the hemimethylated DNA occurs within its catalytic domain. It was observed in a crystal structure that the RFTS domain of Dnmt1 inhibits the activity of the enzyme by binding to the catalytic domain and blocking the entry of the DNA. By amino acid substitution in the RFTS domain its positioning within the catalytic domain was destabilized and a corresponding increase in the catalytic rate was observed, which supports this concept and suggests a possible mechanism to allosterically regulate the activity of Dnmt1 in cells. Uhrf1 has been shown to target Dnmt1 to replicated DNA, which is essential for DNA methylation. Here it is demonstrated that Uhrf1 as well as its isolated SRA domain increase the activity and specificity of Dnmt1 in an allosteric mechanism. The stimulatory effect was independent of the SRA domain’s ability to bind hemimethylated DNA. The RFTS domain of Dnmt1 is required for the stimulation, since its deletion or blocking of its interaction with the SRA domain, significantly reduced the ability of Uhrf1 to increase the activity and specificity of Dnmt1. Uhrf1, therefore, plays multiple roles that support DNA methylation including targeting of Dnmt1, its stimulation and an increase of its specificity.Item Open Access Konzept eines wandlungsfähigen und modularen Produktionssystems für Franchising-Modelle(2013) Rauch, Erwin; Spath, Dieter (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)Die Zielsetzung dieser Arbeit ist es ein Konzept zur systematischen Gestaltung eines franchisefähigen Produktionssystems mit geographisch verteilten Produktionseinheiten zu entwickeln, welches sowohl wandlungsfähig, skalierbar, als auch replizierbar ist. Das Konzept soll zudem sicherstellen, dass das gestaltete Produktionssystem erprobt, anschließend umgesetzt und im Sinne der Wandlungsfähigkeit laufend adaptiert wird. Es gibt bereits viele Ansätze in der Forschung, welche behandeln, wie wandlungsfähige Systeme bzw. Produktionssysteme an die sich verändernden Wandlungstreiber angepasst werden können. Diese Ansätze haben jedoch meist einen sehr universellen und allgemeingültigen Charakter ohne auf spezifische Eigenschaften oder Anforderungen bestimmter Produktionsbranchen oder Organisationsformen näher einzugehen. Diese Arbeit widmet sich einer spezifischen Organisationsform, nämlich jener des Franchising mit geographisch verteilten Produktionsstätten und versucht mit dem erarbeiteten Konzept, ein für dieses Geschäftsmodell maßgeschneidertes Produktionssystem zu entwickeln. Das Thema der erarbeiteten Dissertation ist von besonderer Relevanz, da es dem Trend hin zu flexiblen und kundenorientierten sowie dezentralen Produktionen und deren Vernetzung folgt. Gleichzeitig verfolgt die Arbeit das Ziel zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit von Produktionseinheiten durch Modularität und Skalierbarkeit des Produktionssystems. Franchising als Organisationsform gewinnt in den letzten Jahren und Jahrzehnten immer mehr an Bedeutung und wächst deutlich stärker als die Gesamtwirtschaft. In den vergangenen Jahrzehnten wurde im Themenbereich Franchising fast ausschließlich Forschung auf betriebswirtschaftlicher und juristischer Seite betrieben – es fehlte gänzlich an einem Leitfaden zur Planung, Gestaltung und Umsetzung von Produktionssystemen innerhalb von Franchise-Netzwerken. Durch diese Arbeit soll diese Lücke in der Forschung geschlossen werden. Die Inhalte der Arbeit sind daher: • Stand der Technik und Lösungsansätze aus der Forschung: Aktuelle Trends, Identifikation und Vergleich bestehender bzw. bereits erprobter Ansätze aus der Forschung. • Anforderungen an die Produktionssystemgestaltung: Systematische Ermittlung und Ableitung der Entwurfsparameter zur Gestaltung von Produktionssystemen für Franchising-Modelle mittels Systemtheorie (Axiomatic Design). • Konzeptentwicklung: Entwicklung eines ganzheitlichen Konzepts zur Gestaltung, Planung und Einführung eines wandlungsfähigen und modular erweiterbaren Franchise-Produktionssystems. • Erprobung und Validierung: Gewährleistung der praktischen Anwendbarkeit durch Validierung mittels einer Fallstudie und Validierung des Konzepts. Kurzbeschreibung des erarbeiteten Konzepts: Das Konzept basiert auf einem 3-Ebenen-Modell zur Gestaltung, Planung und Umsetzung von Produktionssystemen im Franchising: • Gestaltungsebene: Normative Ebene mit fünf Gestaltungsfeldern und 50 Gestaltungsbausteinen zur Modellierung des Produktionssystems: o Gestaltungsfeld 1 – Sortiment o Gestaltungsfeld 2 – Franchise-Modell o Gestaltungsfeld 3 – Produktionseinheit o Gestaltungsfeld 4 – Versorgung o Gestaltungsfeld 5 – Prozesse • Planungsebene: Planung der Pilotproduktion, Konsolidierung Pilotproduktion und Planung des Roll-Out der Franchise-Produktionseinheiten • Ausführungsebene: Operative Umsetzung und Betriebsführung Weitere Kerninhalte des erarbeiteten Konzepts sind die Ableitung einer umfassenden Sammlung an Gestaltungsparametern für Produktionssysteme, die Schaffung einer regelmäßigen Rückkopplung zur systematischen Anpassung des Produktionssystems und damit zur Gewährleistung der Wandlungsfähigkeit des Produktionssystems, die Berücksichtigung der Skalierbarkeit und Replizierbarkeit des Produktionssystems anhand eines modularen Ausbaustufenkonzepts sowie eine Szenarioplanung und Roll-Out-Planung der dezentralen Produktionseinheiten im Franchising-Netzwerk.Item Open Access Methodik zur fähigkeitsbasierten Planung modularer Montagesysteme(2011) Kluge, Stefan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)Turbulente, globale Märkte erfordern von Produktionsunternehmen zur Sicherung wirtschaft-licher Erfolge wandlungsfähige Produktionsstrukturen. Modulare Montagesysteme stellen hierzu eine Lösungsmöglichkeit dar. Spezifische Eigenschaften modularer Systeme werden in bisherigen Montageplanungssystematiken jedoch nicht ausreichend betrachtet. Eine verbesserte Planungsmethodik hat Aspekte wie die Betrachtung von zukünftigen Marktentwicklungen, die standardisierte Beschreibung von Ressourcen und Prozessen sowie die Verlagerung von Planungsaufgaben auf den Anlagenhersteller zu berücksichtigen. Auf dieser Grundlage wurde eine Methodik zur fähigkeitsbasierten Planung modularer Mon-tagesysteme für Anlagenhersteller entwickelt. Dabei wurde in der ersten Teillösung zur Be-rücksichtigung zukünftiger Entwicklungen die Szenariotechnik an die Erfordernisse der Grobplanung der Montageplanung angepasst. Die zweite Teillösung ist eine generische Beschreibungsmethode, welche auf einem Fähigkeitsmodell basiert. Die generische Beschreibungsmethode dient im Wesentlichen der dritten Teillösung, der Alternativengenerierung. Die letzte, in einem Tabellenkalkulationsprogramm umgesetzte Teillösung in Form einer systematischen, szenariobasierten, mehrdimensionalen Bewertung nutzt durch ihre spezifische Struktur die im jeweiligen Planungsfall entwickelten Szenarien für Analyse, Bewertung und Auswahl der Lösungsmöglichkeiten. Neben der Struktur stellt vor allem die umfangreiche Kostenbetrachtung über den Lebenszyklus des sich durch verschiedene Ausbaustufen verändern den Montagesystems einen Schwerpunkt der Bewertungssystematik dar. Zum Nachweis der Anwendbarkeit und Funktionsfähigkeit wurde die neu entwickelte Metho-dik als rechnergestützter Prototyp realisiert. Die Anwendung erfolgte in der Lernfabrik aIE auf Basis des im TFB 59 entwickelten, virtuellen Unternehmens EMARTi AG.Item Open Access Partnerübergreifende Geschäftsprozesse und ihre Realisierung in BPEL(2016) Kopp, Oliver; Leymann, Frank (Prof. Dr. Dr. h. c.)Diese Arbeit beschäftigt sich mit Geschäftsprozessen, die die Grenzen von Organisationen überspannen. Solche Geschäftsprozesse werden Choreographien genannt. In der Arbeit wird die CREAM-Methode vorgestellt, die zeigt, wie Choreographien modelliert werden können. Im Gegensatz zu Choreographien bezeichnen Orchestrierungen ausführbare Geschäftsprozesse einer einzelnen Organisation, die Dienste nutzen, um ein Geschäftsziel zu erreichen. Eine Variante der CREAM-Methode erlaubt, von einer Orchestrierung durch Aufteilung der Orchestrierung eine Choreographie zu erhalten. Um hierbei die impliziten orchestrierungsinternen Datenabhängigkeiten in Nachrichtenaustausche zu transformieren, wird der explizite Datenfluss der Orchestrierung benötigt. Die Web Services Business Process Execution Language (BPEL) ist eine verbreitete Sprache zur Modellierung von Geschäftsprozessen. In ihr wird der Datenfluss implizit modelliert und somit wird ein Verfahren benötigt, das den expliziten Datenfluss bestimmt. In dieser Arbeit wird ein solches Verfahren vorgestellt. Um eine Choreographie zu modellieren, wird eine Choreographiesprache benötigt. Zur Identifikation einer geeigneten Sprache werden in dieser Arbeit Kriterien zur Evaluation von Choreographiesprachen vorgestellt und damit Choreographiesprachen im Web-Service-Umfeld bewertet. Da keine der betrachteten Sprachen alle Kriterien erfüllt, wird die Sprache BPEL4Chor vorgestellt, die alle Kriterien erfüllt. Um die wohldefinierte Ausführungssemantik von BPEL wiederzuverwenden, verwendet BPEL4Chor die Sprache BPEL als Beschreibungssprache des Verhaltens jedes Teilnehmers in der Choreographie. BPEL4Chor verwendet analog zu BPEL XML als Serialisierungsformat und spezifiziert keine eigene graphische Repräsentation. Die Business Process Modeling Notation (BPMN) ist der de-facto Standard, um Geschäftsprozesse graphisch darzustellen. Deshalb wird in dieser Arbeit BPMN so erweitert, dass alle in BPEL4Chor verfügbaren Konstrukte mittels BPMN modelliert werden können.