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In den letzten Jahren hat sich die Art und Weise, wie Datenzentren betrieben werden, stark verändert. Eine der wichtigsten Entwicklungen in diesem Bereich ist die zunehmende Verwendung von Virtualisierungstechnologien, die es ermöglichen, den Betrieb des Gesamtsystems und der angebotenen Dienste zu optimieren und zu vereinfachen. Ein weiteres wichtiges Thema im Zusammenhang mit Datenzentren ist die Automatisierung von Prozessen, insbesondere im Bereich des Deployments und des Monitorings. Ein interessantes Anwendungsgebiet für diese Technologien ist der Einsatz von Raspberry Pi in Datenzentren. Der Raspberry Pi ist ein kostengünstiger und leistungsfähiger Computer, der in vielen Anwendungen eingesetzt werden kann, einschließlich des Aufbaus von Datenzentren. Die Einsatzmöglichkeiten von Raspberry Pi erstrecken sich von der Verwendung als einfache Web-Server bis hin zu komplexen Anwendungen wie dem Aufbau von Cloud-Computing-Umgebungen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, Werkzeuge zur Verfügung zu haben, die das Monitoring und Deployment von neuen Diensten und Anwendungen in einem Raspberry Pi Datenzentrum automatisieren können. Automatisierte Deployment-Prozesse ermöglichen es, neue Dienste und Anwendungen schnell und einfach in einem Datenzentrum bereitzustellen, ohne dass manuelle Schritte erforderlich sind. Auf diese Weise kann die Zeit, die für die Bereitstellung von neuen Diensten und Anwendungen benötigt wird, erheblich reduziert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein automatisiertes Deployment-System für Raspberry Pi Datenzentren zu entwickeln, das es ermöglicht, neue Dienste und Anwendungen schnell und einfach bereitzustellen. Dabei sollen sowohl die Automatisierung der Deployment-Prozesse als auch die Möglichkeiten des Monitorings berücksichtigt werden. Durch die Verwendung von Raspberry Pi und automatisierten Deployment-Prozessen soll es möglich sein, ein kosteneffizientes und leistungsfähiges Datenzentrum aufzubauen.
Open-Source Software (OSS) has played a central role in shaping the modern digital environment. Over the last five decades, many business models have evolved around value creation with OSS. However, there remains a noticeable hesitation among businesses, especially in German Small and Medium Enterprises (SMEs). This thesis offers a comprehensive overview of essential aspects of business strategy, licensing, and community management related to OSS. Utilizing a taxonomy-based approach, we examine three case studies relevant to German SMEs, aiming to derive actionable insights for businesses considering active involvement in OSS. By integrating public data with insights from participating company decision-makers, this research raises evidence in support of certain business strategies: It highlights the importance of a tailored user segmentation strategy and careful calibration of free and commercial offerings. It suggests the importance of a symbiotic community relationship and a balanced approach towards community governance. The analysis also presents evidence indicating the resilience of the Direct-sale revenue mechanism, and conversely, the possible vulnerabilities of Infrastructure-based models to intermediation. The thesis concludes by discussing current OSS trends and suggesting strategies considering trends such as licensing challenges and emerging software supply chain threats.
Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are organic compounds consisting of carbon chains in which the hydrogen atoms are completely or partially replaced by fluorine atoms. The strong chemical bonds between carbon and fluorine atoms in PFAS lead to very stable substances with particularly useful properties such as chemical inertness, water repellency, lubricity, non-stick properties, fire resistance and heat resistance. However, they are not readily biodegradable and are therefore difficult to break down in the environment (Ye et al. 2015).
PFAS are used in many fields of application in industry and in end products, such as in industrial production, in seals, lubricants, packaging, metal coatings, in medical technology products, electronic devices, solar cells, fuel cells, batteries, in the construction sector and also in consumer products in textiles, cookware and cosmetics (Glüge et al. 2020, ECHA 2023). Due to their effects on the environment and humans and their persistence in the environment, PFAS are currently the subject of much debate and an initiative has been launched at EU level to potentially ban substances (ECHA 2023). Companies from Baden-Württemberg and all over Europe are now looking for substitutes for the use of PFAS in order to have alternatives available in the event of a possible substance ban.
This meta-study therefore provides an overview of possible substances and substance groups that have the potential to replace the technical functions of PFAS. This is analysed in depth using selected examples.
Using software tools based on artificial intelligence (AI), possible substitutes were identified and analysed in a structured manner. After analysing 35,246 scientific documents worldwide, 420 materials and their summary in 32 classes were identified for five participating well-known companies from Baden-Württemberg. After analysing the requirements of the participating companies in more detail, only a very limited number of potential substitutes could be identified that could partially replace PFAS as things stand today.
Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) sind organische Verbindungen aus Kohlenstoffketten, bei denen die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind. Die starken chemischen Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Fluor-Atomen in PFAS führen zu sehr stabilen Substanzen mit besonders nützlichen Eigenschaften wie chemischer Inertheit, Wasserabweisung, Schmierwirkung, Antihaftwirkung, Feuerbeständigkeit und Hitzebeständigkeit. Sie sind jedoch nur schwer biologisch abbaubar sind und lassen sich daher in der Umwelt nur schwer zersetzen (Ye et al. 2015).
PFAS werden in vielen Anwendungsfeldern in der Industrie und in Endprodukten eingesetzt, wie z. B. in der industriellen Produktion, in Dichtungen, Schmierstoffen, Verpackungen, Metallbeschichtung, in Medizintechnik-Produkten, elektronischen Geräten, Solarzellen, Brennstoffzellen, Batterien, im Baubereich und auch in Consumer-Produkten in Textilien, Kochgeschirr und Kosmetik (Glüge et al. 2020, ECHA 2023). Aufgrund ihrer Wirkungen auf Umwelt und Menschen und ihrer Persistenz in der Umwelt werden PFAS aktuell stark diskutiert und auf EU-Ebene wurde eine Initiative hin zu möglichen Stoffverboten angestoßen (ECHA 2023). Unternehmen aus Baden-Württemberg und ganz Europa suchen inzwischen Substitute für die Anwendung von PFAS, um bei einem möglichen Stoffverbot Alternativen zur Verfügung zu haben.
In dieser Metastudie wird daher eine Übersicht über mögliche Stoffe und Stoffgruppen gegeben, die das Potenzial besitzen, die technischen Funktionen von PFAS zu ersetzen. Dies wird an ausgewählten Beispielen vertieft untersucht.
Unter Nutzung von Softwaretools auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI) wurden mögliche Substitute identifiziert und strukturiert ausgewertet. Nach der Analyse von 35.246 wissenschaftlichen Dokumenten weltweit wurden 420 Materialien und deren Zusammenfassung in 32 Klassen für fünf beteiligte namhaften Unternehmen aus Baden-Württemberg identifiziert. Nach genauerer Analyse der Anforderungen der beteiligten Unternehmen konnte nur eine sehr begrenzte Anzahl potenzieller Ersatzstoffe ermittelt werden, die PFAS nach heutigem Stand partiell substituieren könnten.
Cyber-physical production systems (CPPS) are formed by a flexible and heterogeneous system architecture. Therefore, a comprehensive automation software design requires methods for creating and managing automation software variants. In scope of CPPS, existing approaches do not consider the design of variants combined with software structuring principles. In addition, information from Asset Administration Shells (AAS) is not used sufficiently. Therefore, we propose a novel approach for a comprehensive design of automation software variants based on a domain-specific language (DSL). Thereby, software structuring is provided by the use of several layers with different levels of abstraction. Automation software variants are defined on the mentioned abstraction layers using specific language elements. In order to determine appropriate variants of control programs for particular automation systems, information from AAS is used. Finally, the advantages of the proposed approach are demonstrated in the field of process engineering.
FPGA hardware design for plenoptic 3D image processing algorithm targeting a mobile application
(2021)
Over the past years, widespread use of applications based on 3D image processing has increased rapidly. It is being employed in various fields, such as research, medicine and automation. Plenoptic camera system is used to capture light-field that can be exploited to estimate the 3D depth of the scene. The respective algorithms consist of a large number of computation-intensive instructions. It eventually leads to the problem of large execution time of the algorithm. Moreover, they require substantial amount of memory cells for the storage of intermediate and final results. Desktop GPU based solutions are power intensive and therefore cannot be used in the mobile applications with low energy requirements. The idea presented in this paper is to use the FPGA based hardware design to improve the performance of a 3D depth estimation algorithm by utilizing the advantage of concurrent execution. The algorithm is implemented, evaluated and the results show that FPGA design reduces the respective execution time significantly.
Diese Forschungsarbeit verfolgt das Ziel, einen systematischen Ansatz zur Nachhaltigkeitsberatung von Gründer:innen an Hochschulen zu entwickeln. Startups leisten einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Ziele für eine Nachhaltigen Entwicklung. Bislang gibt es jedoch keine systematische Integration von Nachhaltigkeit in die Gründungsunterstützung von Hochschulen. Dadurch kann das Nachhaltigkeitspotential der Gründungsvorhaben ungenutzt bleiben. Für die Entwicklung eines systematischen Ansatzes wurde die folgende Forschungsfrage gestellt: Was sind die Anforderungen an eine Nachhaltigkeitsberatung an Hochschulen aus der Perspektive der Gründer:innen? Diese wurde mit Hilfe einer Befragung von Gründer:innen, die in Baden-Württemberg von Hochschul-Gründungsberatungen betreut werden, bearbeitet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Gründer:innen eine individuelle Beratung fordern, die diverse Angebote ermöglicht und transparent die möglichen Schritte aufzeigt. Die Gründer:innen möchten ein Verständnis für Nachhaltigkeit erlangen und den Mehrwert der Integration von Nachhaltigkeit kennenlernen. Die Beratung sollte die Vermittlung von Expert:innen ermöglichen und Best Practice Beispiele zeigen. Auf Grundlage der Ergebnisse ist es empfehlenswert, mit Hilfe vielfältiger Angebote, eine individuelle und zielgruppenspezifische Nachhaltigkeitsberatung für Gründer:innen zu ermöglichen. Potentielle Lösungsansätze sind bspw. die Organisation von Crowd-Funding, die Etablierung eines Peer-Learning-Ansatzes und die Ökobilanzierung in Studierendenprojekten. Damit die Gründungsberatung langfristig den Anforderungen der Gründer:innen gerecht werden kann, könnte die Integration von Nachhaltigkeit in die strategische Zielsetzung aller Bereiche der Gründungsberatung sinnvoll sein. Mit Hilfe des entwickelten systematischen Ansatzes zur Integration von Nachhaltigkeit in die Gründungsunterstützung kann das Nachhaltigkeitspotential der Gründungsvorhaben gesteigert werden.
Um Energiesysteme hinsichtlich minimaler Umweltwirkungen zu planen und zu optimieren, werden unter anderem technologiespezifische Daten von Anlagen zur Erzeugung elektrischer Energie benötigt. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, eine solche Datengrundlage für Kleinwindenergieanlagen zu schaffen, um diese in ein ökobilanzbasiertes Energiesystemmodell zu integrieren. Teil dieser Datengrundlage sind Sachbilanzdaten einer Kleinwindenergieanlage, die mithilfe einer ökobilanziellen Untersuchung erzeugt werden. Mit einem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Skalierungsmodell lassen sich diese Sachbilanzdaten auf Kleinwindenergieanlagen unterschiedlicher Größe skalieren. Um auch Kosten als Kriterium im Energiesystemmodell zu berücksichtigen, werden die Investitions- und Betriebskosten der Anlage abgeschätzt.
Mithilfe einer Ertragsprognose für einen gewählten Standort in Süddeutschland und der Wirkungsabschätzung werden über den Lebenszyklus einer Kleinwindenergieanlage entstehende Umweltwirkungen je erzeugter Energieeinheit analysiert und ausgewertet. Insbesondere in Bezug auf das Treibhauspotential und die Verknappung fossiler Energieträger zeigt die Energieerzeugung durch die Kleinwindenergieanlage Vorteile verglichen mit dem deutschen Strommix. Das Verknappungspotential von Mineralien und Metallen ist dagegen bei der Kleinwindenergieanlage um ein Vielfaches größer. Die Berechnung von Amortisationszeiten und Stromgestehungskosten erfolgt auf Basis der Investitions- und Betriebskosten und ermöglicht eine Einordnung der Wirtschaftlichkeit. Hierbei zeigt sich, dass die Stromgestehungskosten der betrachteten Kleinwindenergieanlage deutlich höher liegen als bei anderen etablierten erneuerbaren Energieerzeugern.