Forschung aktuell 2011

84 Pages·2011·10.72 MB·German

Fo r s c h u n g a k t u e l l
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ISSN 1613-4958
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(cid:49)(cid:91)(cid:94)(cid:107)(cid:103)(cid:94)(cid:97)(cid:102)(cid:94)(cid:103)(cid:56) (cid:111)(cid:104)(cid:103)(cid:56) (cid:58)(cid:94)(cid:96)(cid:98)(cid:103)(cid:103)(cid:56) (cid:90)(cid:103)(cid:56) (cid:78)(cid:94)(cid:107)(cid:90)(cid:103)(cid:109)(cid:112)(cid:104)(cid:107)(cid:109)(cid:110)(cid:103)(cid:96)(cid:56) (cid:98)(cid:103)(cid:56) (cid:94)(cid:98)(cid:103)(cid:94)(cid:102)(cid:56) (cid:112)(cid:112)(cid:112)(cid:146)(cid:91)(cid:104)(cid:108)(cid:92)(cid:97)(cid:166)(cid:92)(cid:90)(cid:107)(cid:94)(cid:94)(cid:107)(cid:146)(cid:93)(cid:94)(cid:56)
Liebe Leserinnen und Leser,
die Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft
zählt zu den forschungsstärksten Hochschulen für
Angewandte Wissenschaft en (ehemals Fachhochschu-
len) in Baden-Württemberg. Sie ist Spitzenreiterin in
der Einwerbung von Drittmitteln und konnte auch im
vergangenen Jahr ihre Drittmitteleinnahmen wieder
steigern. Die immer umfangreicheren Forschungsak-
tivitäten der Hochschule werden inzwischen an zwei
zentralen Forschungseinrichtungen gebündelt, dem
Institut für Angewandte Forschung (IAF) und dem
2009 gegründeten Institute of Materials and Proces-
ses (IMP). Die Anzahl der akademischen Mitarbeiter in
den Instituten ist auf insgesamt über 150 gestiegen.
30 Promovenden sind im Rahmen ihrer Dissertationen
in Forschungsprojekte eingebunden.
Das IAF betreut unter einem Dach eine Vielzahl von
Forschungsaktivitäten der unterschiedlichen Fachrich-
tungen. So können sich die Projektbeteiligten ganz auf
ihre wissenschaft lichen Aufgaben konzentrieren. Aus
besonders intensiv bearbeiteten Forschungsfeldern
sind dabei die folgenden Schwerpunkte entstanden:
• Angewandte Informatik und Geoinformatik
• Intelligente Messsysteme und Sensortechnologien
• Bau-, Umwelt- und Verfahrenstechnik
Mit dem IMP hat die Hochschule die Möglichkeit ge- Der Erfolg der angewandten Forschung zeigt sich nicht
schaff en, komplexe interdisziplinäre Forschungspro- nur im Projektvolumen, sondern unter anderem auch
jekte im Umfeld der Materialwissenschaft en theore- in Kooperationen und Forschungsverbünden: Ein her-
tisch und experimentell zu bearbeiten. Die Vernetzung ausragendes Beispiel für anwendungsorientierte For-
von Forschungsfeldern, die sich komplementär ergän- schung und internationale Kooperation der Hochschule
zen, sowie die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Karlsruhe ist das Projekt BIOTA (Biodiversity Monitoring
Wissenschaft lern unterschiedlicher Fachgebiete eröff - Transect Analysis in Africa), über das wir hier bereits
nen neue Möglichkeiten und besitzen ein deutliches mehrfach berichtet haben. Dabei handelt es sich um ein
Innovationspotenzial. Nicht ohne Grund wurde daher interdisziplinäres Forschungsprojekt zur Analyse der af-
das IMP als „ausgewählter Ort 2010“ im Wettbewerb rikanischen Artenvielfalt in drei größeren Wäldern in Ke-
„365 Orte im Land der Ideen“ ausgezeichnet. Die For- nia und Uganda, das von 2001 an über neun Jahre vom
schung am IMP konzentriert sich auf die Entwicklung Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
neuer Modellierungs- und Simulationstechniken in gefördert wurde. Eine Forschergruppe der Hochschule
der Werkstoff kunde, die Optimierung von Verfahren in Karlsruhe um Professorin Dr. Gertrud Schaab aus der Fa-
Produktions- und Fertigungstechnik sowie auf Berech- kultät für Geomatik war federführend für ein Teilprojekt.
nungen und Anwendungen in der Fluiddynamik. Zum Projektabschluss, über den wir unter den Schlag-
lichtern berichten, entstand ein thematischer Regio-
Neben diesen beiden zentralen Forschungseinrichtun- nalatlas, der z. B. für das nachhaltige Management der
gen bestehen weitere dezentrale Forschungseinrich- Waldgebiete im östlichen Afrika eingesetzt wird.
tungen wie etwa das Institut für Geomatik (IfG), die
Versuchsanstalt für Wasserbau (VAW) und das Institut Die aktuelle Ausgabe unseres Forschungsberichts
für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik (IKKU), das zwi- möchte Ihnen auch in diesem Jahr Einblicke in die
schenzeitlich zu einem bundesweit einzigartigen Käl- vielfältigen Aktivitäten und Projekte der Hochschule
tezentrum ausgebaut werden konnte. gewähren.
Schwerpunkte in diesem Band sind:
• Bauwesen
• Maschinenbau
• Informatik/Wirtschaft sinformatik
Das Themenspektrum reicht von chemischen Verfah-
ren zum Schutz von Betonbauwerken (Bauwesen),
über Schlangen roboter, die das Bioniklabor nach dem
Vorbild der Natur entwickelt (Maschinenbau), bis hin
zur intelligenten Mensch-Maschine-Schnittstelle in
der Produktionstechnik (Informatik/Wirtschaft sinfor-
matik). Abwasserbehandlung in der Olivenölproduk-
tion, Mikrophonhalter und sprachliche Ausdrucksfor-
men stehen schließlich neben weiteren, nicht weniger
spannenden Themen im Mittelpunkt der diesjährigen
„Schlaglichter“.
Mein Dank gilt auch in diesem Jahr allen Kolleginnen
und Kollegen, die ihre Forschungsergebnisse hier ver-
öff entlichen. Vielen Dank auch all denen, die redak-
tionell und organisatorisch an der Publikation dieses
Forschungsberichts mitgewirkt haben.
Ihnen als Leser wünsche ich bei der Lektüre interes-
sante Einblicke in die Forschungsaktivitäten unserer
Hochschule.
Prof. Dr. Karl-Heinz Meisel
Rektor
Impressum
ISSN 1613-4958
Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft .
Forschung aktuell 2011 Metall und Elektro –
Deine Zukunft im Beruf!
Herausgeber
Rektorat der Hochschule Karlsruhe Technik und Die Metall- und Elektroindustrie ist die Herz- unsere mehr als 1.000 Mitgliedsbetriebe.
kammer der Wirtschaft in Baden-Württem- Sie bilden in rund 20 attraktiven gewerblich-
Wirtschaft
berg:Mit Unternehmen,die zu den interna- technischen und kaufmännischen Berufen
tionalen Top-Adressen gehören,mit Marken aus und bieten Hochschulabsolventen ver-
und Produkten,die zu Legenden geworden schiedenster Fachrichtungenhervorragende
Redaktion und Gestaltung
sind,mit Ingenieuren und Fachkräften,die zu und zukunftssichere Einstiegs-und Karriere-
Prof. Dr. Karl-Heinz Meisel den kreativste und qualifiziertesten der Welt chancen im Beruf.Unsere Unternehmen
Rektor der Hochschule Karlsruhe gehören – diese faszinierende und zugleich freuen sich auf motivierte,leistungsbereite
einzigartige Mischungist es,die ihren Erfolg und kreative junge Menschen,damit die
Technik und Wirtschaft ausmacht. Metall- und Elektroindustrie in Baden-Würt-
temberg die Nummer 1 in der Welt bleibt.
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ben.Dafür stehen wir als Arbeitgeberverband Mehr Informationen unter:
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Südwestmetall •Verband der Metall- und Elektroindustrie Baden-Württemberg e.V.
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Forschung aktuell 2011 | 3
Inhalt
Bauwesen
Prozessmodellierung in der Generalplanung im Bauwesen 6
Hermann Hütter, Sandra Larcher, Dilek Yarimasik
Kombination von quantenchemischen und experimentellen Methoden zur 10
Untersuchung mineralischer Oberflächen
Andreas Gerdes, Julia Süßmuth
Energetische Beurteilung von Wohngebäuden mithilfe 14
dynamischer Gebäudesimulation
Julian Endres, Marco Braun, Stefan Linsel
Baugemeinschaften im Südwesten Deutschlands – 17
Städtebau, Parzellen und Baugemeinschaften
Susanne Dürr
Maschinenbau
Generierung offenporiger metallischer Schaumstrukturen zur Simulation der 21
Wärmeübertragungseigenschaften
Michael Rölle, Anastasia August, Michael Selzer, Britta Nestler
Untersuchung der Diffusionsabhängigkeit des Schmelzverhaltens 24
nadelförmiger Kristallstrukturen
Marius Kist, Abhik Choudhury, Britta Nestler
Entwicklung von biodegradierbaren Medizinprodukten für die 27
chirurgische Intervention
Rüdiger Haas, Birgit Bohlmann
Liegt Musik im Fräsprozess? 31
Rüdiger Haas, Felix Huying, Matthias Ganz, Philipp Hölle
Ein Beitrag zur Berechnung der Druckverteilung in den Radseitenräumen 35
einer Francisspiralturbine
Felix Köhler, Jörg Ettrich, Eckhard Martens
Der Ottomotor ohne Zündkerze – 40
alternatives Entflammungssystem für Blockheizkraftwerke
Denis Neher, Fino Scholl, Simon Mohr, Frank Zandona, Helmut Scherf, Maurice Kettner
Projekte aus dem Bioniklabor 44
Ramon Estaña
4 | Forschung aktuell 2011
Informatik/Wirtschaft sinformatik
Prediction of Process State Behavior Based on Observable Process Dynamics 47
Norbert Link, Melanie Senn
A Human Machine Interface for Integrating Human W orkers in an Intelligent Factory 52
Norbert Link, Bastian Hartmann
Ein Baukasten zum Aufbau von Column-Stores 56
Andreas Schmidt
Prozessmodellierung meets Semantic Web 60
Daniel Kimmig, Andreas Schmidt, Markus Dickerhof
Entropy Related Measurements for Risk Portfolio Segmentation 64
Karl Dübon, Steve Hathaway, Carsten Sturmann
Schlaglichter
Angewandte Forschung für bzw. in Ostafrika 68
Gertrud Schaab
Flussauen in Deutschland: Erfassung und Bilanzierung 70
Detlef Günther-Diringer
Wertstoffgewinnung aus Abwasser bei der Olivenöl produktion 72
Jan Hoinkis
Bedarfsprognose im Ersatzteilbereich 75
Thomas Morgenstern
Dynamische Analyse eines Mikrofonhalters 76
Tarik Akyol, Chengxin Qiao
Sprachliche Ausdrucksformen 78
Michael Thiele
Forschung aktuell 2011 | 5
Bauwesen
Prozessmodellierung in der Generalplanung im Bauwesen
The main partner of the research project “Planernetzwerk” is the engineer consortium bw-engineers. A group
of small and middle sized engineering and architectural offi ces aim to aquire orders from the foreign market.
Therefore they cooperate in the form of an engineering network so that they can act as a master planner in several
confi gurations. Master planners consist of a greater number of parties from a project who need to be managed by
the project manager of the respective master planner. A detailed process model, which is modeled on the BPM-
Notation and simulated in a soft ware program will be the basis for practical applicable project management tools.
Einleitung Die Prozessplanung der Planungsleistungen wird her-
Projektorganisation, Vergabestrategie und Prozess- ausgegriff en und systematisch betrachtet. Unterneh-
planung sind drei wichtige Erfolgsfaktoren in der Ab- mensgrenzen überschreitende, möglichst vollständige
wicklung von Bauprojekten. Auf der Grundlage stan- Prozesslandschaft en sollen modelliert werden. Hierfür
dardisierter Projektphasen und der dazugehörigen sind in der Literatur für den betriebswirtschaft lichen
Leistungsbilder, die in der geltenden Honorarordnung Bereich Modellierungssprachen (Notationen) entwi-
für Architekten und Ingenieure (HOAI) festgelegt sind, ckelt worden wie z. B. das Wertschöpfungskettendia-
ist die projektspezifi sche Vorgehensweise zu Beginn gramm (WKD), die Ereignis gesteuerte Prozesskette
eines jeden Projekts jeweils neu zu konzipieren und (EPK) bzw. die Business Process Modelling Notation
einzuführen. Unterschieden werden zunächst die (BPMN). Diese Systematiken werden auf die Prozesse
Hauptphasen Planung und Ausführung, die sich wie- der Bauplanung übertragen und in die Geschäft spro-
derum in verschiedene Leistungsphasen und Grobab- zessmodellierungssoft ware ARIS eingearbeitet. Da raus
läufe diff erenzieren. Im Zuge des Aufb aus der Projekt- abzuleitende, in der Praxis anwendbare Werkzeuge
organisation muss der Bauherr festlegen, ob er alle sollen die Grundlage für ein wirksames und erfolgrei-
Planer, Gutachter und Firmen einzeln beauft ragt oder ches Prozessmanagement legen, das beispielsweise
ob er die Planungs- und/oder Ausführungsleistungen durch den PDCA-Zyklus nach Deming (s. Abb. 1) auf-
aus einer Hand bezieht, d. h. ob er einen Generalpla- gespannt wird.
ner und/oder einen Generalunternehmer beauft ragt.
Werden Generalplanerleistungen beauft ragt, bündelt
der Bauherr damit die Planungsleistungen seines Bau-
projektes bei einem Auft ragnehmer, der damit auch
die vollständigen Projektmanagementleistungen für
die Planung übernimmt und ihm einen Projektleiter
als verantwortlichen Ansprechpartner für die gesamte
Planung stellt.
Zielgruppe des Forschungsprojekts „Planernetzwerk“,
das vom Bundesministerium für Bildung und For-
schung gefördert wird, sind kleine bis mittelgroße In- Abb. 1: PDCA-Zyklus nach Deming
genieur- und Architekturbüros, die sich im Konsortium
bw-engineers1 zusammengeschlossen haben, um auf Prozessstruktur
dem Auslandsmarkt zu akquirieren und gemeinsam Die Geschäft sprozesse eines Unternehmens werden
Generalplanungen anzubieten, die von den einzelnen in der betriebswirtschaft lichen Literatur, abhängig
Büros alleine nicht geleistet werden können. Ein pro- vom Einfluss auf den Kundennutzen und den Unter-
fessionelles Projektmanagement für die Generalpla- nehmenserfolg, in drei grundsätzliche Bereiche ge-
nerleistungen ist, neben der Qualität der Planungs- gliedert: Führungsprozesse, die der Strategie- und
leistungen selbst, der zentrale Erfolgsfaktor für die Zielplanung dienen, Kern- oder Hauptprozesse, die
projektbezogen zu bildenden Planungsteams und den von der Akquisition des Kunden bis zur Übergabe des
jeweils verantwortlichen Projektleiter. fertigen Produkts an den Kunden den Weg der Wert-
schöpfung und des Kundennutzens beschreiben, so-
wie Unterstützungsprozesse, die beispielsweise die
1 Das Konsortium bw-engineers besteht aus 23 Ingenieur- und Personalbereitstellung und die Informationsversor-
Architekturbüros aus Baden-Württemberg. gung umfassen.
6 | Forschung aktuell 2011
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Bauwesen
Bedingt durch den großen Umfang der von bw-engi- nes führt zu einer Gliederung der Aufgaben eines Pools
neers angebotenen Leistungen ist zunächst eine mög- nach den jeweiligen Auft ragnehmern und klärt damit
lichst allgemeingültige Prozessstruktur zu schaff en, die Zuständigkeiten. Sind mehrere Unternehmen an
die bestimmte Anforderungen erfüllt und verschiedene der Bearbeitung eines Prozesses beteiligt, werden die-
Sichten auf die gesammelten und aufb ereiteten Daten se in jeweils separaten Pools (ggf. mit eigenen Lanes)
bereithält, wobei der Schwerpunkt im Rahmen des For- modelliert (s. Abb. 3). Der Vorteil dieser Modellierung
schungsprojekts auf den Kernprozessen liegt. Wesentli- liegt in der konsequenten Darstellung der Schnittstellen
che Anforderungen sind die strukturierte Darstellung der zwischen den Projektbeteiligten (Konsortialpartnern
Fach-, Geschäft s-, Leistungsbereiche und der Objektar- von bw-engineers) und einer klaren Festlegung der Zu-
ten aller Konsortialpartner, gefolgt von der Einordnung ständigkeiten für die einzelnen Aufgaben innerhalb des
einzelner Leistungspakete in die Leistungsphasen eines Konsortiums. Die notwendige Kommunikation zwischen
Projekts mit dem Ziel, in der untersten Gliederungsebe- den Projektbeteiligten wird so transparent und kann
ne die Steuerungsprozesse für die Projektabwicklung vom Projektmanager zum Vorteil des Projektablaufs
modellieren zu können. Die relevanten Schnittstellen zu überwacht werden. Der Detaillierungsgrad bei der Pro-
allen Projektbeteiligten sowie die Gliederung der eige- zesserhebung ist im Forschungsprojekt so zu wählen,
nen Leistungen der beteiligten Büros sind abzubilden. dass die Prozessplanung und -steuerung von Projekten
Weitere Detaillierungsebenen, die nicht mehr Gegen- möglich wird. Den beteiligten Ingenieurbüros können
stand des Forschungsprojekts sind, enthalten darüber an den richtigen Stellen im jeweiligen Prozess eigene
hinaus die Arbeitsprozesse der Unternehmen, die im Gestaltungsmöglichkeiten im Ablauf gewährt werden.
Rahmen des Aufb aus eines unternehmensbezogenen An den Stellen, die die Zusammenarbeit mit weiteren
Qualitätsmanagementsystems erforderlich sind. Drei Projektbeteiligten erfordern, sind jedoch Fixpunkte
Hauptsichten auf die Daten sind erforderlich: Konsor- aufzuerlegen. Nur so kann der gesamte Prozessablauf
tialsicht, die einen Überblick über alle Leistungen von eines Projekts effi zient geplant und gesteuert werden.
bw-engineers gibt, Partnersicht, die das Leistungsspek-
trum des jeweiligen Konsortialpartners zeigt, und Pro- Zur Darstellung der Prozesse selbst werden verschiede-
jektsicht, die für die Einzelprojekte zusammengestellte ne Symbole verwendet. So wird ein Prozess mit einem
Leistungspakete dokumentiert (s. Abb. 2). Startereignis ausgelöst und schließt mit einem Ender-
eignis. Darüber hinaus können Zwischenereignisse den
Prozessablauf beeinflussen. Der Fluss des Prozesses
wird mit Verbindungspfeilen verdeutlicht, die die Rei-
henfolge der Aktivitäten, Ereignisse und weiterer Ele-
mente beschreiben. Gateways stellen die unterschied-
lichen Durchlaufmöglichkeiten dar, die Verzweigungen
und Zusammenführungen von Flüssen ermöglichen. Ein
alternativer Pfad wird mit einem exklusiven Gateway
eingeleitet und steht für ein logisches „ODER“; ein par-
Abb. 2: Datenstruktur (* n Konsortialpartner; ** m Aufträge)
Prozessmodellierung
Die Modellierung der Steuerungsprozesse erfolgt in der
Business Process Modelling Notation (BPMN), die es
ermöglicht, die Prozesse soft waregestützt abzubilden
und weiterzuverarbeiten. Der gewählte Detaillierungs-
grad muss dabei die Ableitung der im Fokus stehenden
praxisgerechten Projektmanagementwerkzeuge und
eine professionelle Schnittstellenkoordination durch
den Projektmanager des jeweiligen Generalplanungs-
auft rags ermöglichen. Die Grundgliederung der Prozes-
se sieht Pools und Lanes vor. Pools beinhalten einzelne
Aufgaben, die von einem der beteiligten Ingenieurbüros
zu erbringen sind. Eine weitere Strukturierung in La- Abb. 3: Prozessdarstellung (Beispiel)
8 | Forschung aktuell 2011