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With the expansion of cyber-physical systems (CPSs) across critical and regulated industries, systems must be continuously updated to remain resilient. At the same time, they should be extremely secure and safe to operate and use. The DevOps approach caters to business demands of more speed and smartness in production, but it is extremely challenging to implement DevOps due to the complexity of critical CPSs and requirements from regulatory authorities. In this study, expert opinions from 33 European companies expose the gap in the current state of practice on DevOps-oriented continuous development and maintenance. The study contributes to research and practice by identifying a set of needs. Subsequently, the authors propose a novel approach called Secure DevOps and provide several avenues for further research and development in this area. The study shows that, because security is a cross-cutting property in complex CPSs, its proficient management requires system-wide competencies and capabilities across the CPSs development and operation.
Different types of raw cotton were investigated by a commercial ultraviolet-visible/near infrared (UV-Vis/NIR) spectrometer (210–2200 nm) as well as on a home-built setup for NIR hyperspectral imaging (NIR-HSI) in the range 1100–2200 nm. UV-Vis/NIR reflection spectroscopy reveals the dominant role proteins, hydrocarbons and hydroxyl groups play in the structure of cotton. NIR-HSI shows a similar result. Experimentally obtained data in combination with principal component analysis (PCA) provides a general differentiation of different cotton types. For UV-Vis/NIR spectroscopy, the first two principal components (PC) represent 82 % and 78 % of the total data variance for the UV-Vis and NIR regions, respectively. Whereas, for NIR-HSI, due to the large amount of data acquired, two methodologies for data processing were applied in low and high lateral resolution. In the first method, the average of the spectra from one sample was calculated and in the second method the spectra of each pixel were used. Both methods are able to explain ≥90 % of total variance by the first two PCs. The results show that it is possible to distinguish between different cotton types based on a few selected wavelength ranges. The combination of HSI and multivariate data analysis has a strong potential in industrial applications due to its short acquisition time and low-cost development. This study opens a novel possibility for a further development of this technique towards real large-scale processes.
Sol-Gel basierte Flammschutzmittel stellen einen vielversprechenden Ansatz für Textilien dar, gerade im Bereich des Ersatzes von derzeit etablierten halogenhaltigen Flammschutzmitteln. Letztere sind aufgrund ihrer toxikologisch Bedenklichkeit sowie ihrer mitunter bioakkumulierenden Eigenschaften in die Kritik geraten. In diesem Forschungsvorhaben wurde daher untersucht wie aus Phosphor- und stickstoffhaltige Silane halogenfreie Flammschutzmittel verwirklicht werden können. Die Sol-Gel-Schicht fungierte dabei zum einen als nicht brennbarer Binder, zum anderen konnten über das Anbinden von Phosphorgruppen in an kommerziell verfügbare Silane Flammschutz aktive Gruppen direkt mit eingebunden werden. Verschiedene Syntheseansätze wurden dabei verfolgt, wobei durch alle hergestellten N-P-Silane ein Flammschutz nach DIN EN ISO 15025 (Schutzkleidung – Schutz gegen Hitze und Flammen) erhalten wurden. Dabei hängt die Flammschutzwirkung stark von den funktionellen Gruppen und der Oxidationsstufe des Phosphors ab, dabei konnte ein entsprechender Flammschutz bei Auflagen von 5 % erzielt werden. Es konnte gezeigt werden, dass ein Mechanismus auf Basis der Bildung einer Schutzschicht hauptsächlich verantwortlich für den Flammschutz ist. Dieses Ergebnis ist für eine zukünftige, weitere Optimierung entsprechender Ausrüstungen nicht zu unterschätzen. Durch Ausrüstungsversuche im semi-industriellen Maßstab konnte weiterhin gezeigt werden, dass einer großtechnischen Umsetzung der angewandten Ausrüstungen prinzipiell nichts im Wege steht. Je nach funktioneller Gruppe am Phosphor konnte die Wasserlöslichkeit und die Waschstabilität kontrolliert werden. Dabei konnte zum einen gezeigt werden, dass hydrophobes N-P-Silane eine bessere Waschbeständigkeit aufweisen, hydrophile N-P-Silane erhalten diese erst bei Fixierungstemperaturen von 180 °C. Ausgehend von den Ergebnissen konnten sticktstoffgenerierende und cyanursäure-basierte N-P-Silane entwickelt werden, welche sich besonders in einer guten Flammschutzwirkung bei Mischgeweben auszeichnen. Insgesamt konnte innerhalb des Forschungsvorhabens gezeigt werden, dass N-P-Silane hervorragende permanente Flammschutzmittel für Textilien sind und auf welchem Mechanismus dieser Flammschutz begründet ist.
Controlling the surface properties and structure of thin nanosized coatings is of primary importance in diverse engineering and medical applications. Here we report on how the nanostructure, growth mechanism, thickness, roughness, and hydrophilicity of nanocomposites composed of weak natural or strong synthetic polyelectrolytes (PE) can be tailored by graphene oxide (GO) doping. GO reverses the build‐up mechanism affecting the internal structure and the hydrophilicity in a way depending on the type of the PE‐matrix. The extent of GO‐adsorption and its impact on the surface morphology was found to be independent on the type of the underlying PE‐matrix. The nanostructure of the hybrid films is not significantly altered when a single surface‐exposed GO‐layer is deposited, while increasing the number of embedded GO‐layers leads to pronounced surface heterogeneity. These results are expected to have valuable impact on the construction strategies of coatings with tunable surface properties.
Thermoplastic polycarbonate urethane elastomers (TPCU) are potential implant materials for treating degenerative joint diseases thanks to their adjustable rubber-like properties, their toughness, and their durability. We developed a water-containing high-molecular-weight sulfated hyaluronic acid-coating to improve the interaction of TPCU with the synovial fluid. It is suggested that trapped synovial fluid can act as a lubricant that reduces the friction forces and thus provides an enhanced abrasion resistance of TPCU implants. Aims of this work were (i) the development of a coating method for novel soft TPCU with high-molecular sulfated hyaluronic acid to increase the biocompatibility and (ii) the in vitro validation of the functionalized TPCUs in cell culture experiments.
Fabrikplanungsprozesse werden zunehmend durch räumlich und zeitlich verteilte Teams durchgeführt, die agiles Projektmanagement praktizieren. Voraussetzung für den Erfolg ist die Anwendung von Planungssystemen der Digitalen Fabrik sowie moderner Groupware zur Kommunikation, Koordination und Kooperation in den agilen Projektgruppen der jeweiligen Planungsphase. Es wird ein Konzept mit Implementierungshinweisen für einen zukunftsfähigen Fabrikplanungsprozess mit digitalen Systemen vorgestellt.
Die OLED-Technologie wurde vor über zehn Jahren als Revolution in der Verpackungs-industrie gefeiert, die jedoch in der Praxis ausblieb. In einem industriellen Kooperations-projekt zur Zukunftsszenarienentwicklung der pharmazeutischen Verpackungsindustrie stellt sich die OLED-Technologie als Schlüsseltechnologie für das Zukunftsszenario Smart Packaging 2.0 dar.
Die pharmazeutische Verpackungsindustrie ist durch umfangreiche Regularien geprägt und daher in der Innovationsdynamik etwas eingeschränkt. In einem sechsmonatigen Projekt zur Entwicklung von Zukunftsszenarien für die Pharmaverpackung wurde aufgezeigt, dass zwar neue Technologien, wie E-Labels oder Kindersicherungen, die Marktreife erreicht haben oder in Kürze erreichen werden, neue Anforderungen in absehbarer Zukunft aber weiteren Entwicklungsbedarf erfordern. Die pharmazeutische Verpackungsindustrie muss sich zusammen mit ihren Kunden und Technologielieferanten enger und intensiver austauschen, um die nächste Verpackungsgeneration, Smart Packaging 2.0, auf den Weg zu bringen.
Mangels durchgängiger Datenstandards für Planungssysteme der Digitalen Fabrik müssen systemspezifische Datenaustauschlösungen implementiert werden. Zur Unterstützung der Planung ist ein durchgängiger Fabrikplanungsprozess mit integrierter Routenplanung sowohl prozess- als auch systemtechnisch erforderlich. Dafür werden beispielhaft ein Fabrik- und ein Routenplanungssystem auf ihre Kompatibilität untersucht, erforderliche Anforderungen abgeleitet und eine Datenaustausch-möglichkeit für den Anwender aufgezeigt.
The tale of 1000 cores: an evaluation of concurrency control on real(ly) large multi-socket hardware
(2020)
In this paper, we set out the goal to revisit the results of “Starring into the Abyss [...] of Concurrency Control with [1000] Cores” and analyse in-memory DBMSs on today’s large hardware. Despite the original assumption of the authors, today we do not see single-socket CPUs with 1000 cores. Instead multi-socket hardware made its way into production data centres. Hence, we follow up on this prior work with an evaluation of the characteristics of concurrency control schemes on real production multi-socket hardware with 1568 cores. To our surprise, we made several interesting findings which we report on in this paper.
In this paper, we present a new approach for achieving robust performance of data structures making it easier to reuse the same design for different hardware generations but also for different workloads. To achieve robust performance, the main idea is to strictly separate the data structure design from the actual strategies to execute access operations and adjust the actual execution strategies by means of so-called configurations instead of hard-wiring the execution strategy into the data structure. In our evaluation we demonstrate the benefits of this configuration approach for individual data structures as well as complex OLTP workloads.
Introduction: Bioresorbable collagenous barrier membranes are used to prevent premature soft tissue ingrowth and to allow bone regeneration. For volume stable indications, only non-absorbable synthetic materials are available. This study investigates a new bioresorbable hydrofluoric acid (HF)-treated magnesium (Mg) mesh in a native collagen membrane for volume stable situations. Materials and Methods: HF-treated and untreated Mg were compared in direct and indirect cytocompatibility assays. In vivo, 18 New Zealand White Rabbits received each four 8 mm calvarial defects and were divided into four groups: (a) HF-treated Mg mesh/collagen membrane, (b) untreated Mg mesh/collagen membrane (c) collagen membrane and (d) sham operation. After 6, 12 and 18 weeks, Mg degradation and bone regeneration was measured using radiological and histological methods. Results: In vitro, HF-treated Mg showed higher cytocompatibility. Histopathologically, HF-Mg prevented gas cavities and was degraded by mononuclear cells via phagocytosis up to 12 weeks. Untreated Mg showed partially significant more gas cavities and a fibrous tissue reaction. Bone regeneration was not significantly different between all groups. Discussion and Conclusions: HF-Mg meshes embedded in native collagen membranes represent a volume stable and biocompatible alternative to the non-absorbable synthetic materials. HF-Mg shows less corrosion and is degraded by phagocytosis. However, the application of membranes did not result in higher bone regeneration.
Der Anteil mittelständischer Unternehmen, die Standorte im Ausland unterhalten, nimmt seit einigen Jahren zu. Oft finden Auslandsaktivitäten dieser Art in Niedriglohnländern statt. Dort ergeben sich u.a durch die infrastrukturellen Gegebenheiten und durch die verfügbaren Personalressourcen diverse Herausforderungen, insbesondere für die Produktivitätsermittlung und -bewertung innerhalb der Produktion. Dieser Beitrag soll für diese Herausforderungen geeignete Technologien und eine mögliche Vorgehensweise für deren Auswahl vor dem Hintergrund der ländertypischen Herausforderungen aufzeigen.
Machine learning (ML) techniques are rapidly evolving, both in academia and practice. However, enterprises show different maturity levels in successfully implementing ML techniques. Thus, we review the state of adoption of ML in enterprises. We find that ML technologies are being increasingly adopted in enterprises, but that small and medium-size enterprises (SME) are struggling with the introduction in comparison to larger enterprises. In order to identify enablers and success factors we conduct a qualitative empirical study with 18 companies in different industries. The results show that especially SME fail to apply ML technologies due to insufficient ML knowhow. However, partners and appropriate tools can compensate this lack of resources. We discuss approaches to bridge the gap for SME.
Additive Manufacturing is increasingly used in the industrial sector as a result of continuous development. In the Production Planning and Control (PPC) system, AM enables an agile response in the area of detailed and process planning, especially for a large number of plants. For this purpose, a concept for a PPC system for AM is presented, which takes into account the requirements for integration into the operational enterprise software system. The technical applicability will be demonstrated by individual implemented sections. The presented solution approach promises a more efficient utilization of the plants and a more elastic use.
Development work within an experimental environment, in which certain properties are investigated and optimized, requires many test runs and is therefore often associated with long execution times, costs and risks. This can affect product, material and technology development in industry and research. New digital driver technologies offer the possibility to automate complex manual work steps in a cost-effective way, to increase the relevance of the results and to accelerate the processes many times over. In this context, this article presents a low-cost, modular and open-source machine vision system for test execution and evaluates it on the basis of a real industrial application. For this purpose a methodology for the automated execution of the load intervals, the process documentation and for the evaluation of the generated data by means of machine learning to classify wear levels. The software and the mechanical structure are designed to be adaptable to different conditions, components and for a variety of tasks in industry and research. The mechanical structure is required for tracking the test object and represents a motion platform with independent positioning by machine vision operators or machine learning. An evaluation of the state of the test object is performed by the transfer learning after the initial documentation run. The manual procedure for classifying the visually recorded data on the state of the test object is described for the training material. This leads to an increased resource efficiency on the material as well as on the personnel side since on the one hand the significance of the tests performed is increased by the continuous documentation and on the other hand the responsible experts can be assigned time efficiently. The presence and know-how of the experts are therefore only required for defined and decisive events during the execution of the experiments. Furthermore, the generated data are suitable for later use as an additional source of data for predictive maintenance of the developed object.
Die Ausrüstung von Textilien mit Sol-Gel-Beschichtungen wird seit einigen Jahren intensiv verfolgt. Eine Vielzahl von bekannten, aber auch neuen Ausrüstungseffekten können über diesen Ansatz realisiert werden. Besonders interessant ist die Sol-Gel-Technik wegen der Möglichkeiten, multifunktionelle Ausrüstungen zu synthetisieren. Problematisch ist eine in vielen Fällen geringe Beständigkeit solcher Ausrüstungen, insbesondere gegenüber Waschprozessen. Ziel des Projektes war es davon ausgehend, Vorbehandlungsstrategien für textile Fasermaterialien, basierend auf synthetischen Polymeren oder aus Naturfasern, zu entwickeln, die die Haltbarkeit von Sol-Gel-basierten Ausrüstungen verbessern. Im Rahmen der Arbeiten wurden, angepasst an die jeweiligen Faserpolymere - Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polypropylen und Baumwolle - funktionelle Gruppen über geeignete Anker auf den Polymeren etabliert, die in der Lage sind, kovalente Bindungen zu Sol-Gel-basierten Beschichtungssystemen auszubilden. Als Anker wurden primär Trialkoxysilane verwendet, die zusätzlich z.B. Epoxy-, Isocyanato-, Azido- oder Amino-funktionelle Reste besitzen. Mit diesen Resten können die Anker kovalent an die Polymere angebunden werden. Die meisten Sol-Gel-basierten Systeme enthalten zumindest zu einem gewissen Anteil SiOx und/oder MexOy-Cluster. Die zur Funktionalisierung der Oberflächen eingesetzten Alkoxysilane können generell an solche Systeme/Cluster per Kondensation gebunden werden und dienen daher für die effektive Anbindung verschiedenster funktioneller Sol-Gel-Schichten. Entsprechend vorfunktionalisierte Substrate wurden in der Folge mit exemplarisch ausgewählten Sol-Gel-Ausrüstungen beschichtet. Dabei wurden für den Großteil der Untersuchungen hydrophobierende Sole appliziert. Vorteilhaft ist, dass sich der mit hydrophobierenden Solen erzielte Ausrüstungseffekt genau wie dessen Beständigkeit mit vergleichsweise überschaubarem Aufwand über die Untersuchung der Benetzbarkeit (DuPont-Noten, Kontaktwinkel, Tropfeneinsinkzeiten) charakterisieren lässt. Die Wirksamkeit der Vorbehandlungen wurde dann vor allem anhand von Untersuchungen zur Waschbeständigkeit der Ausrüstungen überprüft. Im Rahmen der Arbeiten konnte gezeigt werden, dass sich über die Etablierung geeigneter Anker die Beständigkeit von Sol-Gel-Ausrüstungen bzw. der daraus hervorgehenden Effekte verbessern lässt. Es zeigt sich gleichzeitig, dass die erzielten Verbesserungen sehr stark vom jeweiligen Sol abhängen. D.h., dass sich erzielte Verbesserungen nicht zwangsläufig auf andere Sol übertragen lassen. Analytische Charakterisierungen weisen darauf hin, dass in vielen Fällen die Beständigkeit der Beschichtungsnetzwerke selbst einen weit größeren Einfluss besitzt als die Anbindung an das Substrat. So zeigt sich bei verschiedenen Untersuchungen, dass die Auflage der Sol-Gel-Beschichtung vor allem nach einer ersten Wäsche, aber auch darüber hinaus, signifikant sinkt, oftmals aber ohne dass der durch Ausrüstung erzielte Effekt verloren geht. Dies deutet auf ein (Auf-)Lösen der Beschichtungsmatrizes hin, wovor die Anker nicht schützen können, da deren Wirkung auf die Grenzfläche zum Substrat beschränkt ist. Neben den hydrophobierenden Ausrüstungen wurden exemplarisch auch antibakterielle Ausrüstungen nach den entsprechenden Vorbehandlungen appliziert. Auch hier konnten Verbesserungen in der Beständigkeit des Effektes erzielt werden. Abschließend wurde untersucht inwieweit sich die Vorbehandlungen im Vergleich zur einfachen Ausrüstung negativ auf die textilen Produkte auswirken. Hierzu wurden relevante textile Parameter wie z.B. Höchstzugkräfte, Weißgrade, Steifigkeit oder Luftdurchlässigkeiten bestimmt. Diese Parameter wurden in der überwiegenden Zahl der Vorbehandlungen nicht oder nur geringfügig beeinflusst.
The design process for a single phase, smart, universal charger for light electric vehicles, is presented. With a step up, power factor correction circuit, followed by a phase shifted, full bridge converter, with synchronous rectification on the secondary side. Due to the resistor-capacitor-diode snubber on the secondary side, the current peak at the start of power transfer, leads to false triggering during light load control with peak current mode control. The solution developed for light loads, is to change from peak current control to voltage control. This is achieved by limiting the maximum phase shift, instead of changing the reference value. For the power factor correction stage, measured and calculated efficiencies are compared as a function of the output power. The voltage and current waveforms are shown for the power factor correction circuit, and for the phase shifted bridge, the measured current waveform is compared with simulation.