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Sensor-/Aktorsystem zur Überwachung und Unterstützung der Thermoregulation von Intensivpatienten
(2023)
Diese Bachelorarbeit ist dem Thema Sensor-/Aktorsystem zur Überwachung und Unterstützung von Intensivpatienten gewidmet, einem Bereich, der durch schnelle Fortschritte in der Technologie und der Biomedizin beeinflusst wird. Hier bildet die Körperkerntemperatur einen entscheidenden Bestandteil und einen bedeutenden physiologischen Parameter, der nicht nur für die Funktion des menschlichen Körpers wesentlich ist, sondern auch wertvolle Informationen über den Gesundheitszustand eines Patienten liefert. Im Rahmen dieser Arbeit werden sowohl die physiologische Bedeutung als auch die technologischen Methoden zur Messung der Körperkerntemperatur behandelt. Das Ziel ist, ein Verständnis für die Notwendigkeit einer präzisen Überwachung dieser Parameter bei Intensivpatienten zu entwickeln, indem die Grundlagen der Körperkerntemperatur und ihre Bedeutung für den Organismus im Fokus stehen. Die Einbeziehung von Sensor- und Aktorsystemen in die Intensivmedizin verspricht eine bessere Pflege und klinische Entscheidungsfindung, was zu optimierten Behandlungsergebnissen führen kann. Das Thema der vorliegenden Arbeit hat eine Relevanz für die moderne Gesundheitsversorgung und intendiert wird, Einblicke in innovative Ansätze zur Verbesserung der Pflege von Intensivpatienten zu bieten. Zudem soll die Gesundheitsversorgung der allgemeinen Gesellschaft weiter vorangebracht werden.
In einer Zeit rasanter technologischer Entwicklungen steht die Automobilindustrie, besonders in Deutschland, vor einem Paradigmenwechsel. Die Digitalisierung beeinflusst alle Bereiche des Lebens, und ihre Integration in die Geschäftsprozesse ist unerlässlich geworden, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Innerhalb dieses Kontextes untersucht die vorliegende Arbeit die Möglichkeiten zur Optimierung von Einkaufsprozessen in der Automobilindustrie durch den Einsatz von Industrie 4.0 Technologien. Anhand einer umfassenden Analyse des aktuellen Stands der Technologieintegration wird eruiert, inwiefern diese Technologien bereits Bestandteil der Einkaufsprozesse sind und welches Potenzial sie noch bieten könnten. Ein zentraler Bestandteil der Arbeit ist die Durchführung einer Nutzwertanalyse. Hierbei werden Technologien basierend auf verschiedenen Kriterien, darunter Wirtschaftlichkeit, technologischer Reifegrad, Qualität, Integrationsfähigkeit und sozialen Aspekten, bewertet. Das Ergebnis liefert nicht nur eine klare Bewertung der Eignung jeder Technologie für den Einkaufsprozess, sondern bietet auch konkrete Empfehlungen für deren Implementierung. Abschließend skizziert die Arbeit einen zukunftsfähigen Entwicklungspfad für die Einkaufsprozesse in der Automobilindustrie, der sowohl aktuelle technologische Entwicklungen als auch voraussichtliche Marktveränderungen berücksichtigt. Insgesamt soll diese Arbeit als Leitfaden für Unternehmen der Automobilindustrie dienen, die bestrebt sind, ihre Einkaufsprozesse in der Ära der Digitalisierung zu optimieren.
Für eine Automatisierung des Walzvorgangs von rundem Walzgut muss die Geschwindigkeit bekannt sein. Wegen der gekrümmten Oberfläche von rundem Walzgut können nicht die gleichen Verfahren wie bei flachem Walzgut verwendet werden, ohne negativen Einfluss auf die Toleranz und Sicherheit zu nehmen. Unter Berücksichtigung der Umgebung des Walzwerks wurden zwei Kantendetektoren entwickelt, die einen Puls erzeugen, dessen Dauer der Zeit entspricht, die der Anfang oder das Ende des Walzguts vom ersten bis zum zweiten Kantendetektor benötigt. Durch den bekannten Abstand zwischen der Sensoren kann auf diese Weise über die Zeit die Geschwindigkeit berechnet werden. In dieser Arbeit wurde eine Auswerteelektronik entwickelt, die diese Zeit Intervalle mit einer Auflösung von 5 ns und einer maximalen Abweichung unter 0,002 % messen kann. Sie verwendet einen Synchrongleichrichter, wodurch verrauschte Signale gemessen werden können und einen 32-Bit Timer, der mit einer 200 MHz Taktquelle betrieben wird. Um die Kantendetektoren anzuregen wurde ein DDS implementiert, der 10V Sinussignale bis zu 20 MHz generieren kann. Alle digitalen Schaltungen wurden in einem FPGA implementiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst ein Überblick über die Grundlagen des maschinellen Lernens und über verschiedene Methoden der digitalen Bildqualitätsbewertung gegeben.
Eine dieser Methoden wird näher betrachtet und es werden mögliche Probleme für das Training von neuronalen Netzwerken, insbesondere von Netzwerken zur Bildqualitätsbewertung herausgearbeitet.
Dieses Problem wird quantifiziert und es werden zwei grundlegende Verfahren zur Lösung entworfen. Dabei wird jeweils ein separates Konzept entwickelt und ausgewertet.
Die beiden Ansätze werden in einem direkten Vergleich unter verschiedenen Gesichtspunkten gegenübergestellt und es wird der vielversprechendere davon ausgewählt.
Der ausgewählte Lösungsansatz wird implementiert und in ein bereits existierendes Netzwerk zur Bildqualitätsbewertung integriert. Die Leistung des modifizierten Netzwerkes wird mit dem Original verglichen.
Inverter auf Basis der Pulsweitenmodulation dominieren in dem heutigen Stand der Technik. Wie bei den meisten elektronischen Einrichtungen entstehen während ihres Betriebs mehr oder weniger ungewollte Störungen, welche zur Beeinträchtigung der Funktion von anderen Geräten oder elektronischen Schaltungen führen. Die dafür angewandten technischen Gegenmaßnahmen scheinen meist aufwandmäßig hoch zu sein insbesondere bei kritischen elektrischen Einrichtungen. Dank der Resonanzinvertertopologie wird dieser Aufwand zum größten Teil erspart. Der Aufbau und die Funktionsweise der beiden Invertertopologien werden einzeln erläutert. Nach einigen Simulationsdurchführungen, welche unter verschiedenen Betriebsfrequenzen nacheinander erfolgen, werden die beiden Inverter gegenübergestellt und Mithilfe der Simulationsergebnisse verglichen. Aus den allgemeinen Vergleichen stellt sich heraus, dass die Resonanzinvertertopologie insbesondere bei niedrigen Frequenzen im EMV-Aspekt sowie unter Betrachtung der Leistungsfähigkeit den SVPWM-Inverter gewinnt. Während der Resonanzinverter in den niedrigen Frequenzen mehr Störaussendungen als der SVPWM-Inverter produziert, ist das Phänomen bei höheren Frequenzen eher invers.
Mit einer Angebotspflicht für Mehrwegverpackungen in der Gastronomie schafft der Gesetzgeber eine rechtliche Grundlage dafür, dass Konsument:innen grundsätzlich eine Wahlfreiheit zwischen Mehrweg und Einweg haben. Diese am 01.01.2023 in Kraft getretene Pflicht gilt für Einwegverpackungen mit Kunststoffanteil. Gleichzeitig gibt es Ausnahmen und Erleichterungen für kleine Betriebe. Sowohl gegenwärtig als auch bei einer Revision der Mehrweg-Angebotspflicht, gilt es auf die Anforderungen der Konsument:innen zu reagieren.
Der vorliegende Abschlussbericht soll hierzu einen Baustein darstellen. Mittels einer Online-Befragung mit einem standardisierten Fragebogen wurde untersucht, welchen Einfluss die Eigenschaften Pfandhöhe, Pfandvaluta, Rückgabemöglichkeiten, zeitlicher Mehraufwand sowie das Material der Mehrwegverpackung auf die Bereitschaft zur Nutzung der Konsument:innen haben.
Im Rahmen der Befragung entschieden sich die Teilnehmer:innen in 85% der Fälle für eine Mehrwegverpackung. Für die befragten Personen war dabei die Recyclingfähigkeit sowie eine Vielzahl an Rückgabemöglichkeiten besonders wichtig. Die Pfandhöhe und der zeitliche Mehraufwand sind dem nachgeordnet. Beide Eigenschaften weisen eine ähnliche Bedeutung für die Befragten auf. Relativ unbedeutend ist hingegen der Zeitpunkt, an dem das Pfand fällig wird. Hier wird eine sofortige Zahlung präferiert. Die Bereitschaft zur Nutzung hängt zudem davon ab, ob die Speisen und Getränke zuhause oder unterwegs verzehrt werden und ob sie abgeholt oder geliefert werden.
Einen zweiten Baustein der Untersuchung bilden die Expert:innen-Interviews. Hierbei wurden Verbraucherschützer:innen, Vertreter:innen der Gastronomie sowie Anbietende von Mehrwegverpackungssystemen zu ihrer Einschätzung hinsichtlich der Mehrweg-Angebotspflicht befragt.
Die Analyse der Expert:innen-Interviews zeigt einen wesentlich pessimistischeren Blick auf die Bereitschaft der Verbraucher:innen Mehrwegverpackungen zu nutzen. Die Verfügbarkeit eines übergeordneten Mehrwegsystems mit einer Vielzahl von Rückgabestellen wird als erstrebenswert und notwendig für eine massentaugliche Mehrweganwendung gesehen. Gleichzeitig werden Verbraucher:innen heute noch nicht im zufrieden-stellendem Maß auf die Entscheidungsmöglichkeit für Mehrweg aufmerksam gemacht. Die recht großzügigen Ausnahmen von der Mehrweg-Angebotspflicht sollten aus Sicht der Expert:innen möglichst abgeschafft werden. Dies dient zum einen dem Entgegenwirken einer Wettbewerbsverzerrung zugunsten von Einweg, zum anderen betreffen die Ausnahmen sehr viele Betriebe, sodass die Wirkung des VerpackG erheblich gesenkt wird.
In dieser Arbeit wird das Problem der "Kontrolle mehrerer Quadrokopter zur Durchführung einer kooperativen Aktion"diskutiert. Das Hauptproblem dieses Themas ergibt sich aus der Komplexität der Positionsbestimmung und Identifizierung von Quadrokopter, insbesondere in komplexen Umgebungen bei der Durchführung kooperativer Aktionen.
Ziel ist durch Python die Entwicklung eines Verfolgungs- und Steuerungssystems, bei dem einer der Haupt-Quadrokopter (grüne Farbe) von einer Handy-App gesteuert wird und jede beliebige Position anfliegen kann, während die anderen Quadrokopter (rot markiert) ihm automatisch folgen und eine bestimmte Formation einhalten, so
dass eine Zusammenarbeit möglich ist. Diese automatische Verfolgung basiert auf der Positionserfassung des Quadrokopters durch zwei feste Kameras im Raum und der Ausführung der zugehörigen Algorithmen.
Die in diesem Beitrag vorgeschlagene Methode basiert auf der Farbsegmentierung zur Erkennung von Quadrokoptern und zur Bestimmung ihrer Weltkoordinaten mit Hilfe eines konvergenten binokularen Kamerasystems. Durch Anwendung der Stereo-Vision- Matching-Methode, die auf dem Global-Optimum-Algorithmus basiert, wird der Abgleich
der Bilder abgeschlossen und die Weltkoordinaten aller Quadrokoptern werden bestimmt. Schließlich folgt der rote Quadrokopter der Bewegung des Hauptquadrokoptern und arbeitet mit ihm zusammen, um die vorgegebene Aufgabe zu erfüllen. Am Ende dieses Artikels wird deutlich, wie das System entworfen, entwickelt und getestet wurde.