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The book 'Reinforcment Learning: An Introduction' by Sutton and Barto is the standard text book for introductory courses to reinforcement learning. Next to concrete algorithms and extensive examples the book contains several fundamental results related to Markov decision processes (MDPs) and Bellman equations in Chapters 3 and 4. Unfortunately some proofs are missing, some theorems lack precise formulation, and for some results the line of arguments is quite garbled.
In this note we provide all missing proofs, give precise formulations of theorems and untangle the line of arguments. Further, we avoid using random variables and their expected values. Since we (like Sutton/Barto) restrict our attention to finite MDPs all expected values can be made explicit avoiding overloaded notation and murky conclusions.
This article bridges the gap between introductory literature like Sutton/Barto and research literature containing exact formulations and proofs of relevant results, but being less accessible to beginners due to higher generality and complexity.
The book is the second of four volumes on data science and artificial intelligence. This second volume covers data visualization tool and techniques as well as fundamentals of supervised machine learning: linear regression, artificial neural networks, support-vector machines, decision trees, ensemble methods and more.
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer geeigneten Schnittstelle, welche die Kommunikationsmöglichkeiten zwischen der firmeneigenen Software OnyxCeph3TM und verschiedenen, von anderen Firmen entwickelten dentalen Webportalen erweitert. Dazu wird eine prototypische Software konzipiert und umgesetzt, welche den Frontends der verschiedenen Webportale ein Interface zur Nutzung von verschiedenen Funktionen bereitstellt. Zum Testen der Schnittstelle wird eine einfache Dummywebsite aufgesetzt.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die prototypische Entwicklung eines Dashboards, unter Betrachtung definierter UX-Faktoren [Win17] für ein bestehendes Planungstool.
Dafür wird ein Prototyp angefertigt, um den Vorstellungen des Kunden möglichst gerecht zu werden. Es werden bestmögliche Gestaltungsoptionen zur Datendarstellung recherchiert und verwendet. Um die Datendarstellung zu optimieren, erfolgt ein erster Prototyp als Skizze. Anschließend begutachtet das Team den Prototyp. Sie geben Anpassungen und Veränderungen ab.
Diese werden im Prototyp implementiert. Mit Hilfe Adobe XD wird ein zweiter digitaler Prototyp angefertigt. Der angefertigte Prototyp wird in die bestehende Anwendung eingebunden. Danach wird das Dashboard mit der bestehenden Anwendung verglichen. Hierzu werden 13 UX-Faktoren benutzt.
Die Werte aus der Befragung werden ausgewertet und miteinander verglichen. Aus diesem Vergleich werden die notwendigen Schlüsse gezogen.
Ziel der Arbeit war es, das Ätzverhalten des reaktiven Ionenstrahlätzens anhand von Siliziumdioxid, Silizium und dem Photoresist AZ1505 zu untersuchen. Für die Ätzraten der drei Materialien sowie für die Selektivitäten Siliziumdioxid/AZ1505 und Silizium/AZ1505 sollten Modelle erstellt und mit dem bekannten Prozesswissen validiert werden. Um dies zu erreichen, wurde die Methode des Design of Experiment genutzt, welche versucht, mit einer optimalen Anzahl an Versuchen auszukommen. Zu Beginn wurden Waferschnipsel der drei Materialien erzeugt. Die Siliziumdioxid- und Silizium-Proben besaßen ein binäres Resistgitter mit einer Periode von 3 μm, während die Photoresist-Proben unstrukturiert blieben. Die Proben wurden auf Facettenhalter geklebt und geätzt. Nach den Ätzungen wurden die Ätzabträge mit dem AFM (strukturierte Proben) und der Dünnschichtreflektometrie (flächiger Photoresist) ermittelt. Aus Vorversuchen wurde der grundlegende Versuchsaufbau bestimmt.
Im Screening wurden die drei Faktoren Beamspannung, Ätzgasmischung (bestehend aus CHF3 und O2) und Ioneneinfallswinkel untersucht. Die Faktoren wurden bei ihren zwei extremen Einstellungen getestet, wobei die wichtigsten Faktoren herausgefiltert wurden. In dem anschließenden Response Surface Methodology-Design wurden die wichtigsten Faktoren auf mehreren Stufen untersucht und anhand der Daten die Modelle erstellt. Für jede Zielgröße wurde ein Modell fünfter und vierter Ordnung sowie ein kubisches Modell erzeugt. Es folgten Kontrollversuche zur Überprüfung der Vorhersagequalitäten. Danach wurden die einzelnen Modelle untereinander verglichen und mit dem bekannten Prozesswissen überprüft.
Schlussendlich wurde für jede Zielgröße das Modell gewählt, welches die besten statistischen Eigenschaften, die höchsten Vorhersagequalitäten und den sinnvollsten Verlauf besaß. Im Endeffekt konnte für jede Zielgröße ein Modell erstellt werden.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau und der Charakterisierung einer fasergekoppelten Laser-Weißlichtquelle für die Endoskopie. Ziel war es, eine effektive Beleuchtung des Gewebes zu ermöglichen, um eine genaue Diagnose und eine effektive Therapie durchführen zu können. Um das Ziel zu erreichen, wurde die LaserLight SMD als Lichtquelle gewählt, da sie eine hohe Lichtleitung sowie eine hohe Leuchtdichte aufweist.
Im Rahmen der Arbeit wurde zunächst versucht, die Lichtstrahlen zu kollimieren, um das Strahlparameterprodukt (SSP) und die Beugungsmaßzahl M2 zu bestimmen, die für eine optimale Faserkopplung notwendig sind. Allerdings erwies sich dieses Vorgehen als nicht ausreichend. Daher wurde ein zusätzlicher Versuch durchgeführt, bei dem die Laserstrahlen fokussiert wurden. Durch Fokussierung konnte die Beugungsmaßzahl für die geplante Anwendung verbessert werden, was zu einer höheren Bildqualität oder Tiefenschärfe führen kann. Die Messungen zeigen, dass der Laserstrahl optimal fokussiert wurde und eine konsistente Qualität aufweist. Die berechnete Beugungsmaßzahl des Laserlichts ist hoch, was in Endoskopie-Anwendungen jedoch von Vorteil sein kann, da eine gleichmäßige flächige Ausleuchtung gewährleistet werden kann.
Anschließend wurden die Lichtstrahlen in eine Faser eingekoppelt, was zu einer effektiven und optimalen eingekoppelten Lichtstrahlung führte. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Transmission der Faser bei einigen Wellenlängen niedriger war als theoretisch erwartet. Es ist daher empfohlen, weitere Untersuchungen durchzuführen, um die Verluste in der Faser genauer zu bestimmen und zu optimieren.
Des weiteren wurde die spektrale Verteilung der Lichtquelle vor und nach der Faserkopplung untersucht, wobei festgestellt wurde, dass die spektrale Leistungsdichte nach der Faserkopplung im Vergleich zur Messung vor der Kopplung deutlich reduziert ist. Dies kann auf Verluste im Fasersystem zurückzuführen sein, die mehrere Peaks in der spektralen Verteilung nach der Faserkopplung verursacht haben.
Insgesamt hat diese Arbeit gezeigt, dass eine fasergekoppelte Laser-Weißlichtquelle für die Endoskopie mit der LaserLight SMD als Lichtquelle eine vielversprechende Option darstellt. Durch die optimale Faserkopplung und Fokussierung des Laserstrahls konnten eine höhere Bildqualität oder Tiefenschärfe und eine effektive Beleuchtung des Gewebes erreicht werden. Es ist jedoch notwendig, weitere Untersuchungen durchzuführen, um die Verluste in der Faser zu minimieren und die spektrale Verteilung zu optimieren.
Im Jahr 2022 hat die Warema Renkhoff SE entschieden den Energieträger Wasserstoff (H2) als eine Erdgasalternative für die Beheizung der Pulverlacköfen im Rahmen von zwei Abschluss- arbeiten untersuchen zu lassen. Eine andere Arbeit befasste sich mit den unterschiedlichen Möglichkeiten der Versorgung mit H2. In der hier vorliegenden Arbeit wurden die unterschied- lichen Aspekte für den Einsatz des neuen Energieträgers in der Fertigung betrachtet.
Recherchen zu einem möglichen H2-System zeigten, dass alle Komponenten bereits heute verfügbar sind. Manche, wie z.B. ein 100%-H2 Brenner, befinden sich aber noch im Proto- typenstadium. Zurzeit existieren noch keine Regelwerke für die Installation und Betrieb von H2-Sytemen, die den Stand der Technik abbilden. Die Erarbeitung solcher Regelwerke wurde in 2023 begonnen und wird einige Zeit in Anspruch nehmen.
Um unterschiedliche Konfigurationen von H2-Systemen untereinander und mit dem existie- renden Erdgassystem vergleichen zu können, wurde in dieser Arbeit ein Tool entwickelt. Dieses Bewertungs- und Entscheidungstool erlaubt es das System zu konfigurieren und nach Kosten, Risiken und CO2-Emissionen zu bewerten. Die Bewertung erfolgt nach dem Prinzip einer um- gekehrten Nutzwertanalyse. Im Tool wurde beispielhaft die Pulverbeschichtungsanlage 1 am Standort Marktheidenfeld abgebildet.
Wasserstoff gilt aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften als besonders schwierig in der Handhabung und gefährlicher als z.B. Erdgas. Die Risikobewertung bildet auch deshalb den Hauptteil des Tools. Die Risikobewertung wurde so gestaltet, dass sie wissenschaftlich fundiert und dennoch einfach anzuwenden ist.
Im fertigen Tool wurden einige Konfigurationen miteinader verglichen. Es zeigt sich, dass das derzeitige Erdgassystem sowohl bei den Kosten als auch bei den Risiken von keinem H2- System erreicht werden kann. Ohne zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen bzw. -maßnahmen beim H2-System ist das Risiko bei manchen Risikoszenarien zu hoch. Ein großes Risiko beim H2-System geht aber auch von der fehlenden Erfahrung und Komponenten, welche sich noch in Entwicklung befinden, aus.
Zum Abschluss wurde die Rentabilität eines H2-Systems betrachtet. Dazu wurden die im Tool ermittelten Investitionskosten für ein H2-System verwendet. Für unterschiedliche Erdgas- preise und Amortisationszeiträume wurde der H2 Preis berechnet, ab dem sich die Investition amortisiert. Zum Beispiel müsste der H2 Preis unter 5 €/kg liegen (heute ca. 10 €/kg), damit sich das System beim heutigen Erdgaspreis von 0,15 €/kWh nach 5 Jahren amortisieren kann.
Aus dieser Arbeit können direkte Handlungsempfehlungen für Warema abgeleitet werden. So scheint es aus mehreren Gründen sinnvoll mit der Installation eines H2-Systems noch 2–3 Jahre zu warten. In dieser Zeit werden z.B. die Normen für H2-Installationen fertiggestellt. Wenn ein H2-System installiert wird, sollte man zuerst nur einen Brenner auf H2 umstellen. So fallen die Anfangsinvestitionen deutlich niedriger aus und die Reduktion der CO2-Emissionen ist dennoch beträchtlich (bis zu 50%!). Gleichzeitig kann Erfahrung mit H2 im Unternehmen gesammelt werden.
In dieser Arbeit wird dargestellt, wie durch eine Beeinflussung der Separation von Druckdaten durch ICC-Profile der Verbrauch an Farbmittel (Tinte) im industriellen Inkjetdruck reduziert werden kann.
Mittels geeigneter Software wurden ICC-Profile mit unterschiedlichen Separationseigenschaften erstellt, deren Potenzial zur Farbmittelreduzierung durch dafür erstellte Testformen ermittelt und in Zusammenhang zur farbmetrischen Qualität gesetzt. Dabei konnte in der betrachteten Produktionsumgebung eine Reduzierung der benötigten Farbmenge im zweistelligen Prozentbereich gegenüber der Herstellereinstellung erreicht werden ohne dabei die definierten Qualitätskriterien zu verletzen.
Die Ergebnisse wurden durch Druckversuche mit realen Kundenaufträgen verifiziert und auf einem baugleichen Drucksystem erfolgreich reproduziert.
Auswirkungen auf die Umwelt wurden aufgezeigt, konnten im Rahmen dieser Arbeit aber nicht quantifiziert werden. Hierzu sind nach Ansicht des Autors weitere Untersuchungen notwendig.
Die Arbeit wendet eine umfassende Methodik an, die eine Literaturrecherche, die Analyse bestehender Anwendungen, die Implementierung und die Evaluierung eines zielgruppenspezifischen Prototyps einer mobilen App für die Stellensuche umfasst.
Ziel der Bachelorarbeit ist es, Funktionen einer mobilen App zur Stellensuche zu identifizieren, die sich positiv auf die Effektivität der mobilen App bei der Stellenvermittlung auswirken. Basierend auf vorangegangenen Forschungsarbeiten und einer Analyse bestehender Apps sollen die identifizierten Funktionen, die zum bestehenden System passen, in die mobile App implementiert werden. Um die Effektivität der App zu evaluieren, wird eine Befragung von internen Testnutzern durchgeführt.
Abschließend werden Empfehlungen für die Entwicklung und Verbesserung mobiler Apps zur Berufsstellensuche gegeben, um eine effiziente Stellenvermittlung zu gewährleisten.
In this project we develop an intelligent water meter based on software solutions offered by the IOTA Foundation. The water meter allows the customer to map water usage in real-time and pay water on demand, as well as the water provider to map water usage on a greater scale, regulate water supply during low- demand phases and offers regulatory functions to prepare for drought or humid climate, and to incentivise sustainable water usage in high-demand fields like agriculture. This functionality is phrased into a research issue:
Invention of a working prototype to demonstrate the IOTA Streams and Wallet protocols for a meter with additional focus on economic efficiency and the technical preparation of scalability.
Utilizing the IOTA streams protocol, a next generation secure data connection is established between the water meter and a server-sided software application. On this connection, water consumption is mapped into a data bench, and informative data and commands are issued to the graphical interface of the meter.
The IOTA wallet library is leveraged to provide customer accounts corresponding to their meter. IOTA tokens can be send to the account, which grants access to water in a matter of seconds. Depending on the regulatory scenario, water flow can be stopped as soon as the account is exhausted (i.e. public well), or an overdraw can be established in order to guarantee fulfilment of basic human rights (i.e. private households).
Since pricing data can be calculated server-sided and water consumption is mapped in very narrow intervals of as low as 4 seconds, the price can be used as tool to regulate consumption.
The physical components include an electrical ball valve to shut down water flow automatically, a command line interface to provide informative data,, a Raspberry Pi running the client-sided software application, and a water meter with MBus-Interface, as well as a Controlling Board to connect the Raspberry Pi with both peripheral devices.
The finished prototype shows, that water consumption can be mapped on a highly secure level, in near real-time, from afar, flexible for most applications.
Smart City Builder
(2023)
Das europäische Stromnetz muss sich immer größeren Herausforderungen stellen. Um diese meistern zu können bedarf es an Forschung und Innovation. Damit interessierte Bürger die Grenzen des konventionellen Stromnetzes verstehen und Möglichkeiten eines Smart Grid aufgezeigt bekommen, wird eine Demonstratoranwendung benötigt.
Mithilfe von Unity wurde die erste Version des Smart City Builder erstellt und somit der Grundstein gelegt. Der Demonstrator ist jetzt schon in der Lage virtuelle Stromnetze zu bilden und an diesen Berechnungen durchzuführen. Die Anwendung gestattet beliebige Stromnetze zu konfigurieren.
Durch die stetig gestiegen Energiepreise wird heutzutage, bei der Abwasserreinigung, die Verwendung von Reinsauerstoff für die Belüftung in der zweiten Reinigungsstufe, wieder vermehrt betrachtet. Denn es lassen sich bis zu 40 % Energie im Gegensatz zur konventionellen Belüftung mit Druckluft einsparen. Wenn Reinsauerstoff heutzutage bereitgestellt wird, kommt diese entweder aus der zentralen Luftzerlegungsanlage oder wird dezentral mittels Druckwechseladsorption bereitgestellt. Eine weitere Methode der dezentralen Versorgung, in die viel Hoffnung gelegt wird, ist die Reinsauerstofferzeugung aus der Wasserstoffelektrolyse.
Alle drei Verfahren haben aus energetischer und ökonomischer Sicht, ihre Vor- und Nachteile, welche ausführlich beschrieben werden.
Es wird allerdings nicht ausreichend, bei der Energieeinsparung nur auf die Reinsauerstoffversorgung zu setzen. Nur mit einer ganzheitlichen Optimierung aller Bereiche, die Einflüsse auf Sauerstoffversorgung haben, wird sich die Umstellung auszahlen.
Um dies darzustellen, wurde für die Arbeit ein Entscheidungstool entwickelt, welche diese energetischen und ökonomischen Einflüsse darstellt.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden die Möglichkeiten zur Reduzierung der Eiseneinträge und der damit verbundenen Verockerung des Elligastbaches betrachtet.
Ziel ist es, durch bauliche Maßnahmen die einströmenden Einträge so weit zu verringern, dass ein guter ökologischer und chemischer Zustand des Berichtsgewässers Elligastbach erreicht werden kann. Um die Rückkehr von Lebewesen und Pflanzen in ein Gewässer zu ermöglichen, ist ein guter Gewässerzustand von elementarer Wichtigkeit.
Alle erforderlichen Schritte, die zur Vorbereitung der Wiederherstellung des guten Zustandes notwendig sind, zu denen die baulichen Maßnahmen und Eingriffe in das Gewässer im Wesentlichen zählen, werden in der vorliegenden Arbeit erläutert. Neben der Historie des Standortes und den rechtlichen Grundlagen, werden die Schwerpunkte wie die Probenahme zur Erfassung der anfallenden Menge an Eiseneinträgen, sowie die möglichen Auswirkungen auf das Gewässer beschrieben und daraus resultierend eine Vorstellung verschiedener Varianten bzw. Ausführungen von Maßnahmen zur Ockerreduzierung dargestellt. Die nützliche Verwertung des anfallenden Ockerschlamms ist ein weiterer Punkt in der vorliegenden Arbeit.