620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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In recent years, the demand for accurate and efficient 3D body scanning technologies has increased, driven by the growing interest in personalised textile development and health care. This position paper presents the implementation of a novel 3D body scanner that integrates multiple RGB cameras and image stitching techniques to generate detailed point clouds and 3D mesh models. Our system significantly enhances the scanning process, achieving higher resolution and fidelity while reducing the cost, time and effort required for data acquisition and processing. Furthermore, we evaluate the potential use cases and applications of our 3D body scanner, focusing on the textile technology and health sectors. In textile development, the 3D scanner contributes to bespoke clothing production, allowing designers to construct made-to-measure garments, thus minimising waste and enhancing customer satisfaction through fitting clothing. In mental health care, the 3D body scanner can be employed as a tool for body image analysis, providing valuable insights into the psychological and emotional aspects of self-perception. By exploring the synergy between the 3D body scanner and these fields, we aim to foster interdisciplinary collaborations that drive advancements in personalisation, sustainability, and well-being.
Patterns are virtually simulated in 3D CAD programs before production to check the fit. However, achieving lifelike representations of human avatars, especially regarding soft tissue dynamics, remains challenging. This is mainly since conventional avatars in garment CAD programs are simulated with a continuous hard surface and not corresponding to the human physical and mechanical body properties of soft tissue. In the real world, the human body’s natural shape is affected by the contact pressure of tight-fitting textiles. To verify the fit of a simulated garment, the interactions between the individual body shape and the garment must be considered. This paper introduces an innovative approach to digitising the softness of human tissue using 4D scanning technology. The primary objective of this research is to explore the interactions between tissue softness and different compression levels of apparel, exerting pressure on the tissue to capture the changes in the natural shape. Therefore, to generate data and model an avatar with soft body physics, it is essential to capture the deform ability and elasticity of the soft tissue and map it into the modification options for a simulation. To aim this, various methods from different fields were researched and compared to evaluate 4D scanning as the most suitable method for capturing tissue deformability in vivo. In particular, it should be considered that the human body has different deformation capabilities depending on age, the amount of muscle and body fat. In addition, different tissue zones have different mechanical properties, so it is essential to identify and classify them to back up these properties for the simulation. It has been shown that by digitising the obtained data of the different defined applied pressure levels, a prediction of the deformation of the tissue of the exact person becomes possible. As technology advances and data sets grow, this approach has the potential to reshape how we verify fit digitally with soft avatars and leverage their realistic soft tissue properties for various practical purposes.
Analog integrated circuit sizing still relies heavily on human expert knowledge as previous automation approaches have not found wide-spread acceptance in industry. One strand, the optimization-based automation, is often discarded due to inflated constraining setups, infeasible results or excessive run times. To address these deficits, this work proposes a alternative optimization flow featuring a designer’s intuition for feasible design spaces through integration of expert knowledge based on the gm/ID-method. Moreover, the extensive run times of simulation-based optimization flows are overcome by incorporating computationally efficient machine learning methods. Neural network surrogate models predicting eleven performance parameters increase the evaluation speed by 3 400× on average compared to a simulator. Additionally, they enable the use of optimization algorithms dependent on automatic differentiation, that would otherwise be unavailable in this field. First, an up to 4× more efficient way for sampling training data based on the aforementioned space is detailed. After presenting the architecture and training effort regarding the surrogate models, they are employed as part of the objective function for sizing three operational amplifiers with three different optimization algorithms. Additionally, the benefits of using the gm/ID-method become evident when considering technology migration, as previously found solutions may be reused for other technologies.
This article presents a modified method of performing power flow calculations as an alternative to pure energy-based simulations of off-grid hybrid systems. The enhancement consists in transforming the scenario-based power flow method into a discrete time-dependent algorithm with the inclusion of bus and controller dynamics.
Werkzeugmaschinen sind im Bereich des Maschinen- und Anlagenbau die größte Branche, mit denen auch in Unternehmen anderer Bereiche (z. B. Automobilbau, Aerospace) wesentliche Teile der Bruttowertschöpfung stattfinden. (Destatis, 2022) Das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen beeinflusst in entscheidendem Maße die Produktivität der Produktionsanlage und die Qualität der darauf erzeugten Werkstücke. Sowohl fremderregte Schwingungen (z. B. Unwucht, Pulsation, periodisch schwankende Prozesskräfte) als auch selbsterregte Schwingungen (z. B. Rattern) führen zu schlechter Qualität der gefertigten Bauteile. Das dynamische Verhalten vonWerkzeugmaschinen wird durch die Masse, Dämpfung und Steifigkeit der einzelnen Komponenten (z. B. Maschinenbett, Ständer, Schlitten) als auch der im Kraftfluss liegenden Fügestellen (z. B. Führungen, Antriebe) beeinflusst. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen von konstruktiven Modifikationen der Dämpfung in Gestellbauteilen bezüglich des dynamischen Verhaltens an der Zerspanstelle näher beleuchtet.
We present the results of an extensive characterization of the performance and stability of a third-order continuous-time delta-sigma modulator with active coefficient error compensation. Using our previously published coefficient tuning technique, process variation induced R-C time-constant (TC) errors in the forward signal path can be compensated indirectly using continuously tunable DACs in the feedback path. To validate our technique experimentally with a range of real TC variations, we designed a modulator with discretely configurable integration capacitor arrays in a 0.35-μm CMOS process. We configured the capacitors of the fabricated device for a range of total TC variations from -28.4 % to +19.3 % and measured the signal-to-noise ratio (SNR) as a function of the input amplitude before and after compensating the variations electrically using the feedback DACs. The results show that our tuning technique is capable of restoring the desired nominal modulator performance over the entire parameter variation range, including the system’s nominal maximum stable amplitude (MSA).
Die additive Fertigung hat sich in den vergangenen Jahren wesentlich weiterentwickelt. Dabei wurde die Prozesstechnologie, Anlagen und die Werkstoffe optimiert. Für die industrielle Anwendung auch bei größeren Stückzahlen in der flexiblen Fertigung fehlen noch automatisierte Lösungen für die gesamte Prozesskette. In diesem Beitrag werden Werkzeuge und Technologie für die Reinigung interner Strukturelemente dargestellt.
This paper presents a machine learning powered, procedural sizing methodology based on pre-computed look-up tables containing operating point characteristics of primitive devices. Several Neural Networks are trained for 90nm and 45nm technologies, mapping different electrical parameters to the corresponding dimensions of a primitive device. This transforms the geometric sizing problem into the domain of circuit design experts, where the desired electrical characteristics are now inputs to the model. Analog building blocks or entire circuits are expressed as a sequence of model evaluations, capturing the sizing strategy and intention of the designer in a procedure, which is reusable across different technology nodes. The methodology is employed for the sizing of two operational amplifiers, and evaluated for two technology nodes, showing the versatility and efficiency of this approach.
In this work, a brushless, harmonic-excited wound-rotor synchronous machine is investigated which utilizes special stator and rotor windings. The windings magnetically decouple the fundamental torque-producing field from the harmonic field required for the inductive power transfer to the field coil. In contrast to conventional harmonic-excited synchronous machines, the whole winding is utilized for both torque production and harmonic excitation such that no additional copper for auxiliary windings is needed. Different rotor topologies using rotating power electronic components are investigated and their efficiencies have been compared based on Finite-Element calculation and circuit analysis.
Dieser Bericht fasst die wesentlichen Arbeiten und Ergebnisse zusammen, die in dem Verbundvorhaben „GalvanoFlex_BW“ im Kalenderjahr 2018 durchgeführt und erzielt wurden. Dazu lässt sich zunächst sagen, dass die Messwertaufnahme und –auswertung abgeschlossen ist. Es wurden verschiedene Messkampagnen bei der Fa. NovoPlan durchgeführt. Bei C&C Bark konnte man teilweise auf bestehende Daten zurückgreifen, die punktuell durch weitere Messungen ergänzt wurden. Bei der Fa. Hartchrom konnten aufgrund von Personalmangel keine Messungen durchgeführt werden. Die aufgenommenen Daten wurden in eine Effizienzbewertung überführt, aus der im Folgenden allgemeine Aussagen abgeleitet werden sollen. Dazu ist ein Simulationsprogramm aufgesetzt worden, das in der Lage ist, Prozessketten energetisch abzubilden und zu optimieren. Zudem sollen aus den Messdaten verbesserte Profile für den Wärmebedarf in den Unternehmen entwickelt werden, die daraufhin der KWK-Optimierung zur Verfügung gestellt werden. Im Zuge der Entwicklung und Bewertung stromoptimierter KWK- Strategien ist ein bestehendes Simulationsmodell entsprechend weiterentwickelt worden. Konkret wurde das Modell um eine verbesserte Lastprognose für Strom und Wärme für Industriebetriebe ergänzt, und das Optimierungsverfahren wurde um eine zweite Dimension erweitert. Während bislang allein die Optimierung der Eigenstromdeckung mit einer Begrenzung der BHKW-Starts als Nebenbedingung möglich war, ist jetzt die Kappung der elektrischen Lastspitze zusätzlich in der Zielfunktion integriert. Gerade bei Industrieunternehmen lässt sich auf diese Weise eine weitere, zum Teil nicht unerhebliche Energiekosteneinsparung erreichen, was durch die ersten Berechnungen anhand der drei im Reallabor vertretenden Betriebe bestätigt wird. Die Ergebnisse werden unter AP 8 (Umsetzung) diskutiert. Der Dialog mit weiteren Unternehmen und Institutionen außerhalb des Vorhabens konnte über die Branchenplattfom weitergeführt werden. In 2018 wurden zwei Veranstaltungen dieser Art durchgeführt, und im Frühjahr 2019 wird ein weiterer Workshop zu diesem Thema durchgeführt. Die sozialwissenschaftliche Begleitforschung wurde mit der zweiten Phase der Firmenbefragungen ebenfalls planmäßig weitergeführt. Mit Blick auf die Umsetzung eines BHKW-Konzeptes haben sich dabei zwei wichtige Punkte wie folgt gezeigt: Zum einen muss die umsetzende Firma eine gewisse „Energieeffizienz-Reife“ besitzen, die sich u.a. in der Erfahrung bei der Durchführung von Energieeffizienzmaßnahmen zeigt, da die Installation eines BHKWs eine äußerst komplexe Maßnahme darstellt. Zum anderen müssen andere unternehmensspezifische Kontextfaktoren hinzukommen, wie z.B. aus anderen Gründen durchzuführende bauliche Maßnahmen, so dass gewisse zeitliche Entscheidungsfenster entstehen, in denen die Umsetzung von KWK-Maßnahmen sinnvoll sind.