Die zunehmende Forderung an automatisierte Produktionsanlagen sich flexibel auf neue Situationen in der Produktion anpassen zu können, fordert innovative Konzepte. Dieser Beitrag stellt ein Retrofit- Konzept vor, welches bereits bei der Erstellung der Anlagen mit integriert werden kann, um somit zukünftig flexibel Teilbereiche austauschen zu können. Hierbei muss in den praxiserprobten Steuerungsablauf nicht direkt eingegriffen werden. Das vorliegende Konzept basiert auf einer Anforderungsanalyse und ist prototypisch umgesetzt.

Small satellites contribute significantly in the rapidly evolving innovation in space engineering, in particular in distributed space systems for global Earth observation and communication services. Significant mass reduction by miniaturization, increased utilization of commercial high-tech components, and in particular standardization are the key drivers for modern miniature space technology. This thesis addresses key fields in research and development on miniature satellite technology regarding efficiency, flexibility, and robustness. Here, these challenges are addressed by the University of Wuerzburg’s advanced pico-satellite bus, realizing a generic modular satellite architecture and standardized interfaces for all subsystems. The modular platform ensures reusability, scalability, and increased testability due to its flexible subsystem interface which allows efficient and compact integration of the entire satellite in a plug-and-play manner. Beside systematic design for testability, a high degree of operational robustness is achieved by the consequent implementation of redundancy of crucial subsystems. This is combined with efficient fault detection, isolation and recovery mechanisms. Thus, the UWE-3 platform, and in particular the on-board data handling system and the electrical power system, offers one of the most efficient pico-satellite architectures launched in recent years and provides a solid basis for future extensions. The in-orbit performance results of the pico-satellite UWE-3 are presented and summarize successful operations since its launch in 2013. Several software extensions and adaptations have been uploaded to UWE-3 increasing its capabilities. Thus, a very flexible platform for in-orbit software experiments and for evaluations of innovative concepts was provided and tested. / Miniaturisierte Satellitensysteme übernehmen zunehmend eine entscheidende Rolle in der fortschreitenden Globalisierung und Demokratisierung der Raumfahrt. Großes Innovationspotential und neue Kommerzialisierungschancen verspricht der effektive Einsatz von Kleinstsatelliten in zukünftigen fraktionierten Missionen für Erdbeobachtungs- und Kommunikationsanwendungen. Basierend auf vielen kleinen kooperierenden Systemen können diese Systeme zukünftig große multifunktionale Satelliten ergänzen oder ersetzen. Die Herausforderung bei der Entwicklung miniaturisierter Satellitensysteme ist die Gratwanderung zwischen der im Rahmen der Miniaturisierung notwendigen Effizienz, der für die Erfüllung der Mission geforderten Zuverlässigkeit und der wünschenswerten Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit zur Realisierung agiler Kleinstsatellitenserien. Diese Arbeit adressiert verschiedene Aspekte für den optimalen Entwurf robuster, flexibler und effizienter Kleinstsatelliten am Beispiel des UWE Pico-Satelliten Bus der Universität Würzburg. Mit dem Ziel der Entwicklung einer soliden Basisplattform für zukünftige Kleinstsatelliten-Formationen wurden entsprechende Designansätze im Rahmen des UWE-3 Projektes in einem integralen Designansatz konsistent umgesetzt. Neben der Entwicklung von effizienten Redundanzkonzepten mit minimalem Overhead für den optimalen Betrieb auf Ressourcen-limitierten Kleinstsatelliten wurde ein modularer Satellitenbus entworfen, der als eine robuste und erweiterbare Basis für zukünftige Missionen dienen soll. Damit realisiert UWE-3 eine der effizientesten Kleinstsatelliten-Architekturen die in den letzten Jahren in den Orbit gebracht wurde. Dargestellte Missionsergebnisse fassen den erfolgreichen Betrieb des Satelliten seit seinem Launch in Jahr 2013 zusammen.

Brennstoffzellentechnologien gelten als effizient, lokal CO2-neutral und können vielfältig eingesetzt werden. Dennoch stellen sie bislang keine kostengünstige Lösung dar und kommen in PKW selten vor. Um Entwicklungs- und Produktionskosten zu reduzieren und gleichzeitig eine höhere Systemsichtbarkeit zu erreichen, widmen sich die Autoren der Erstellung eines Modularisierungskonzepts für ein Brennstoffzellensystem zu dessen Nutzung in verschiedenen Anwendungen. Ziel ist es, ein modulares Brennstoffzellensystemkonzept zu entwickeln, das den Anforderungen aus der Kopplung verschiedener Anwendungsszenarien gerecht wird. Unter Berücksichtigung der Bauraumanforderungen sowie mechanischer und elektrischer Schnittstellen zwischen den Modulen und den Anwendungen wird ein Design für das Integrationskonzept des modularen Brennstoffzellensystems vorgeschlagen. Der Target Weighing Ansatz (TWA) wird herangezogen, um Leichtbaupotenziale auf Systemebene zu erkennen und zu bewerten. Zur Optimierung ausgewählter Komponenten wird die Methode der Topologieoptimierung angewandt, um bei gegebener Massenreduktion die Steifigkeit zu maximieren. Thermische Simulationen zeigen zudem die Wärmeabfuhr der Brennstoffzellen aus dem System unter Last. / Fuel cell technologies are considered efficient, locally CO2-neutral and can be used in a variety of ways. Nevertheless, they have not yet been a cost-effective solution and are rarely used in passenger cars. In order to reduce development and production costs and at the same time to achieve higher system visibility, the authors are dedicated to the creation of a modularization concept for a fuel cell system for its use in various applications. The aim is to develop a modular fuel cell system concept that meets the requirements arising from the coupling of different application scenarios. Considering the installation space requirements as well as me-chanical and electrical interfaces between the modules and the applications, a design for the integration concept of the modular fuel cell system is proposed. The Target Weighing Approach (TWA) is used to identify and evaluate lightweighting potentials on system level. The topology optimization method is applied to optimize selected components to maximize stiffness for a given mass reduction. Thermal simulations also show the heat dissipation of the fuel cells from the system under load.

Although in many of the tasks in robotics, what is sought mainly includes accuracy, precision, flexibility, adaptivity, etc., yet in wearable robotics, there are some other aspects as well that could distinguish a reliable and promising approach. The three key elements that are addressed are as follows: control, actuation, and sensors. Where the goal for each of the previously mentioned objectives is to find a solution/design compatible with humans. A possible way to understand the human motor behaviours is to generate them on human-like robots. Biologically inspired action generation is promising in control of wearable robots as they provide more natural movements. Furthermore, wearable robotics shows exciting progress, also with its design. Soft exosuits use soft materials to build both sensors and actuators. This work investigates an adaptive representation model for actions in robotics. The concrete action model is composed of four modularities: pattern selection, spatial coordination, temporal coordination, and sensory-motor adaptation. Modularity in motor control might provide us with more insights about action learning and generalisation not only for humanoid robots but also for their biological counterparts. Successfully, we tested the model on a humanoid robot by learning to perform a variety of tasks (push recovery, walking, drawing, grasping, etc.). In the next part, we suggest several soft actuation mechanisms that overcome the problem of holding heavy loads and also the issue of on-line programming of the robot motion. The soft actuators use textile materials hosting thermoplastic polyurethane formed as inflatable tubes. Tubes were folded inside housing channels with one strain-limited side to create a flexor actuator. We proposed a new design to control the strained side of the actuator by adding four textile cords along its longitudinal axis. As a result, the actuator behaviour can be on-line programmed to bend and twist in several directions. In the last part of this thesis, we organised piezoresistive elements in a superimposition structure. The sensory structure is used on a sensory gripper to sense and distinguish between pressure and curvature stimuli. Next, we elaborated the sensing gripper by adding proximity sensing through conductive textile parts added to the gripper and work as capacitive sensors. We finally developed a versatile soft strain sensor that uses silicone tubes with an embedded solution that has an electrical resistance proportional to the strain applied on the tubes. Therefore, an entirely soft sensing glove exhibits hand gestures recognition. The proposed combinations of soft actuators, soft sensors, and biologically inspired action representation might open a new perspective to obtain smart wearable robots. / Obwohl bei vielen Aufgaben in der Robotik vor allem Genauigkeit, Präzision, Flexibilität, Anpassungsfähigkeit usw. gefragt sind, gibt es in der Wearable-Robotik auch einige andere Aspekte, die einen zuverlässigen und vielversprechenden Ansatz kennzeichnen. Die drei Schlüsselelemente, sind die folgenden: Steuerung, Aktuatoren und Sensoren. Dabei ist das Ziel für jedes der genannten Elemente, eine menschengerechte Lösung und ein menschengerechtes Design zu finden. Eine Möglichkeit, die menschliche Motorik zu verstehen, besteht darin, sie auf menschenähnlichen Robotern zu erzeugen. Biologisch inspirierte Bewegungsabläufe sind vielversprechend bei der Steuerung von tragbaren Robotern, da sie natürlichere Bewegungen ermöglichen. Darüber hinaus zeigt die tragbare Robotik spannende Fortschritte bei ihrem Design. Zum Beispiel verwenden softe Exoskelette weiche Materialien, um sowohl Sensoren als auch Aktuatoren zu erschaffen. Diese Arbeit erforscht ein adaptives Repräsentationsmodell für Bewegungen in der Robotik. Das konkrete Bewegungsmodell besteht aus vier Modularitäten: Musterauswahl, räumliche Koordination, zeitliche Koordination und sensorisch-motorische Anpassung. Diese Modularität in der Motorsteuerung könnte uns mehr Erkenntnisse über das Erlernen und Verallgemeinern von Handlungen nicht nur für humanoide Roboter, sondern auch für ihre biologischen Gegenstücke liefern. Erfolgreich testeten wir das Modell an einem humanoiden Roboter, indem dieser gelernt hat eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen (Stoß-Ausgleichsbewegungen, Gehen, Zeichnen, Greifen, etc.). Im Folgenden schlagen wir mehrere weiche Aktuatoren vor, welche das Problem des Haltens schwerer Lasten und auch die Frage der Online- Programmierung der Roboterbewegung lösen. Diese weichen Aktuatoren verwenden textile Materialien mit thermoplastischem Polyurethan, die als aufblasbare Schläuche geformt sind. Die Schläuche wurden in Gehäusekanäle mit einer dehnungsbegrenzten Seite gefaltet, um Flexoren zu schaffen. Wir haben ein neues Design vorgeschlagen, um die angespannte Seite eines Flexors zu kontrollieren, indem wir vier textile Schnüre entlang seiner Längsachse hinzufügen. Dadurch kann das Verhalten des Flexors online programmiert werden, um ihn in mehrere Richtungen zu biegen und zu verdrehen. Im letzten Teil dieser Arbeit haben wir piezoresistive Elemente in einer Überlagerungsstruktur organisiert. Die sensorische Struktur wird auf einem sensorischen Greifer verwendet, um Druck- und Krümmungsreize zu erfassen und zu unterscheiden. Den sensorischen Greifer haben wir weiterentwickelt indem wir kapazitiv arbeitende Näherungssensoren mittels leitfähiger Textilteile hinzufügten. Schließlich entwickelten wir einen vielseitigen weichen Dehnungssensor, der Silikonschläuche mit einer eingebetteten resistiven Lösung verwendet, deren Wiederstand sich proportional zur Belastung der Schläuche verhält. Dies ermöglicht einem völlig weichen Handschuh die Erkennung von Handgesten. Die vorgeschlagenen Kombinationen aus weichen Aktuatoren, weichen Sensoren und biologisch inspirierter Bewegungsrepräsentation kann eine neue Perspektive eröffnen, um intelligente tragbare Roboter zu erschaffen.

Häufig wird für kommerzielle oder wissenschaftliche Zwecke Individualsoftware benötigt. Obwohl Anwendungen häufig denselben Mustern folgen, müssen oft auch triviale Bestandteile immer wieder neu entwickelt werden, zudem erfordert die Entwicklung allgemein entsprechende Fachkenntnisse. Daher besteht die Idee Plattformen zu entwickeln, die keine oder wenig Programmierung erfordern und somit die einfache und schnelle Entwicklung von Anwendungen unterstützen, um Zeit und Kosten zu sparen. Das W3C hat für verteilte Dienste Standards für die Beschreibung von Diensten, Prozessen und auch die Präsentation etabliert. Es ist Ziel dieser Arbeit diese Standards zu kombinieren und ein kompatibles, jedoch vereinfachtes Beschreibungsformat zu entwickeln, einschließlich einem Werkzeugkasten für die Codegenerierung und Bereitstellung einer Laufzeitumgebung. Durch Modularisierung soll die Plattform einfach erweiterbar bleiben.

This thesis addresses designing Product Lines (PLs) of Graphical Editors (GEs). It provides a feasible top-down design approach specialized on such Graphical Editor Product Lines (GEPLs), which can be configured dynamically. Furthermore, the end product's features are implemented modular, which has numerous positive effects on the development and maintenance processes for the family. These effects reach from decreasing the complexity of big PLs, allowing to delegate split up development tasks onto multiple isolated working teams, easier debugging and flexibility to extend or specialize a family of products as well as being able to use functionalities developed by third-party vendors. While design methods avoiding monolithic architectures and implementations exist for many PL domains, there are none known for GEPLs. Yet, the domain of those offers many challenges as GEPLs are actually comprised of Software Product Lines (SPLs) and Language Product Lines (LPLs), which is a combination untackled by any modular design approach known to me. Additionally, products in the domain require to implement multiple distinct and specific concerns, leading to artifacts which differ significantly but have to be located and managed in a single component. Overall, this justifies the need for specialized design approaches for the GEPL domain. In regard to this need, this thesis gives an overview of the existing landscape of approaches to design PLs, analyzing solutions offered by other researchers. Furthermore, a requirement analysis for the GEPL domain is conducted. Its results are the foundation for the presentation of a top-down design approach for dynamically configurable GEPLs, which are implemented feature modularly. Finally, a case study documenting the development of such a family of GEs is providing a proof of its feasibility.:1 Introduction 1.1 Motivation 1.2 Problem Definition 1.3 Outline 1.4 Terminology 2 Survey on Software and Language Product Line Design 2.1 Classification Scheme 2.1.1 Domain 2.1.2 Configuration 2.1.3 Design Method 2.1.4 Modularity 2.2 Overview 2.3 Discussion 2.3.1 Evaluation 2.3.2 Results 3 Requirements of Graphical Editor Product Lines 32 3.1 Functional Requirements 3.1.1 Edit Concerns 3.1.2 Language Family Concerns 3.2 Non-Functional Requirements 3.2.1 User Requirements 3.2.2 Development Requirements 4 Design of Graphical Editor Product Lines 4.1 Characteristics 4.2 Design Approach 4.2.1 Edit Concerns 4.2.2 Language Family Concerns 4.3 Discussion 4.3.1 Techniques 4.3.2 Evaluation 5 Case study: Modularization of a Family of Graphical Editors 5.1 Background 5.1.1 Compartment Role Object Model 5.1.2 Full-fledged Role Modeling Editor 5.1.3 Reusable Technology 5.2 Realization 5.2.1 Edit Concerns 5.2.2 Language Family Concerns 5.3 Discussion 5.3.1 Requirements 5.3.2 Limitations of the Modularization 5.3.3 Results 6 Conclusion 6.1 Summary 6.1.1 Desired Properties 6.1.2 Feasibility 6.2 Contributions 6.3 Future Work 6.3.1 Bottom-Up Design Method 6.3.2 Requirements 6.3.3 Modularization

Im Kontext von In-Memory-Datenbanksystemen nehmen leichtgewichtige Kompressionsalgorithmen eine entscheidende Rolle ein, um eine effiziente Speicherung und Verarbeitung großer Datenmengen im Hauptspeicher zu realisieren. Verglichen mit klassischen Komprimierungstechniken wie z.B. Huffman erzielen leichtgewichtige Kompressionsalgorithmen vergleichbare Kompressionsraten aufgrund der Einbeziehung von Kontextwissen und erlauben eine schnellere Kompression und Dekompression. Die Vielfalt der leichtgewichtigen Kompressionsalgorithmen hat in den letzten Jahren zugenommen, da ein großes Optimierungspotential über die Einbeziehung des Kontextwissens besteht. Um diese Vielfalt zu bewältigen haben wir uns mit der Modularisierung von leichtgewichtigen Kompressionsalgorithmen beschäftigt und ein allgemeines Kompressionsschema entwickelt. Durch den Austausch einzelner Module oder auch nur eingehender Parameter lassen sich verschiedene Algorithmen einfach realisieren.

1 INTRODUCTION With the increasing capabilities of today’s smart phones, the demand of consumers for new applications has risen dramatically. By opening up these smart phones and providing third parties the opportunity to develop “apps” for their systems, producers like Apple and platform owners like Google can offer much more value to their customers. As smart phones are one kind of embedded systems (ES), the question arises if similar development can also take place in other kinds of embedded systems. ES, consisting of hardware and software, are embedded in a device to realize a specific function, in contrast to personal computers, which serve multiple purposes [4,30]. The notion of incorporating external actors in the innovation process has been coined open innovation which has become increasingly popular in research and practice since Chesbrough introduced the term in 2003 [12]. By opening up their innovation processes for external actors, firms could benefit from internal as well as from external ideas. In this paper, the notion of open innovation will be explored in the context of ES. The case of ES is particularly interesting, as it requires not only the opening of innovation processes, but also the opening of the embedded system itself. Some of these platforms are opened only to a small degree like Apple’s iPhone, in order to enable others to create new applications for it. Similar developments also take place for example in the automotive software domain, especially concerning infotainment systems. However, most kinds of ES have been spared out by this development until now. As more than 98% of all chips manufactured are used for ES [10] and high-performing computer chips are getting cheaper [38], opening considerations could also prove valuable for a large number of other application domains. However, opening up innovation processes in the context of ES is challenging from both an organizational and technical perspective. First of all, embedded systems are subject to a variety of constraints in contrast to multi-purpose computing devices, like realtime and security constraints or costs and resource constraints. Second, ES are quite diverse both in their composition and in terms on their requirements. In this paper, we want to explore, how the different properties of embedded systems influence possible open innovation processes. This will be done by drawing on to the characteristics of firms implementing the three core open innovation processes suggested by Gassmann and Enkel (2004) [15] and conceptually explaining how the characteristics of ES enable or hinder open innovation processes. As a result, a classification of the OI processes in terms of ES characteristics is provided.

Im Kontext von In-Memory-Datenbanksystemen nehmen leichtgewichtige Kompressionsalgorithmen eine entscheidende Rolle ein, um eine effiziente Speicherung und Verarbeitung großer Datenmengen im Hauptspeicher zu realisieren. Verglichen mit klassischen Komprimierungstechniken wie z.B. Huffman erzielen leichtgewichtige Kompressionsalgorithmen vergleichbare Kompressionsraten aufgrund der Einbeziehung von Kontextwissen und erlauben eine schnellere Kompression und Dekompression. Die Vielfalt der leichtgewichtigen Kompressionsalgorithmen hat in den letzten Jahren zugenommen, da ein großes Optimierungspotential über die Einbeziehung des Kontextwissens besteht. Um diese Vielfalt zu bewältigen haben wir uns mit der Modularisierung von leichtgewichtigen Kompressionsalgorithmen beschäftigt und ein allgemeines Kompressionsschema entwickelt. Durch den Austausch einzelner Module oder auch nur eingehender Parameter lassen sich verschiedene Algorithmen einfach realisieren.:1 Einleitung 1 2 Modularisierung von Komprimierungsmethoden 5 2.1 Zum Literaturstand 5 2.2 Einfaches Schema zur Komprimierung 7 2.3 Weitere Betrachtungen 11 2.3.1 Splitmodul und Wortgenerator mit mehreren Ausgaben 11 2.3.2 Hierarchische Datenorganisation 13 2.3.3 Mehrmaliger Aufruf des Schemas 15 2.4 Bewertung und Begründung der Modularisierung 17 2.5 Zusammenfassung 17 3 Modularisierung für verschiedene Kompressionsmuster 19 3.1 Frame of Reference (FOR) 19 3.2 Differenzkodierung (DELTA) 21 3.3 Symbolunterdrückung 23 3.4 Lauflängenkodierung (RLE) 23 3.5 Wörterbuchkompression (DICT) 24 3.6 Bitvektoren (BV) 26 3.7 Vergleich verschiedener Muster und Techniken 26 3.8 Zusammenfassung 30 4 Konkrete Algorithmen 31 4.1 Binary Packing 31 4.2 FOR mit Binary Packing 33 4.3 Adaptive FOR und VSEncoding 35 4.4 PFOR-Algorithmen 38 4.4.1 PFOR und PFOR2008 38 4.4.2 NewPFD und OptPFD 42 4.4.3 SimplePFOR und FastPFOR 46 4.4.4 Anmerkungen zur differenzkodierten Daten 49 5.4 Simple-Algorithmen 49 4.5.1 Simple-9 49 4.5.2 Simple-16 50 4.5.3 Relative-10 und Carryover-12 52 4.6 Byteorientierte Kodierungen 55 4.6.1 Varint-SU und Varint-PU 56 4.6.2 Varint-GU 56 4.6.3 Varint-PB 59 4.6.4 Varint-GB 61 4.6.5 Vergleich der Module der Varint-Algorithmen 62 4.6.6 RLE VByte 62 4.7 Wörterbuchalgorithmen 63 4.7.1 ZIL 63 4.7.2 Sigmakodierte invertierte Dateien 65 4.8 Zusammenfassung 66 5 Eigenschaften von Komprimierungsmethoden 69 5.1 Anpassbarkeit 69 5.2 Anzahl der Pässe 71 5.3 Genutzte Information 74 5.4 Art der Daten und Arten von Redundanz 74 5.5 Zusammenfassung 77 6 Zusammenfassung und Ausblick 79

1 INTRODUCTION With the increasing capabilities of today’s smart phones, the demand of consumers for new applications has risen dramatically. By opening up these smart phones and providing third parties the opportunity to develop “apps” for their systems, producers like Apple and platform owners like Google can offer much more value to their customers. As smart phones are one kind of embedded systems (ES), the question arises if similar development can also take place in other kinds of embedded systems. ES, consisting of hardware and software, are embedded in a device to realize a specific function, in contrast to personal computers, which serve multiple purposes [4,30]. The notion of incorporating external actors in the innovation process has been coined open innovation which has become increasingly popular in research and practice since Chesbrough introduced the term in 2003 [12]. By opening up their innovation processes for external actors, firms could benefit from internal as well as from external ideas. In this paper, the notion of open innovation will be explored in the context of ES. The case of ES is particularly interesting, as it requires not only the opening of innovation processes, but also the opening of the embedded system itself. Some of these platforms are opened only to a small degree like Apple’s iPhone, in order to enable others to create new applications for it. Similar developments also take place for example in the automotive software domain, especially concerning infotainment systems. However, most kinds of ES have been spared out by this development until now. As more than 98% of all chips manufactured are used for ES [10] and high-performing computer chips are getting cheaper [38], opening considerations could also prove valuable for a large number of other application domains. However, opening up innovation processes in the context of ES is challenging from both an organizational and technical perspective. First of all, embedded systems are subject to a variety of constraints in contrast to multi-purpose computing devices, like realtime and security constraints or costs and resource constraints. Second, ES are quite diverse both in their composition and in terms on their requirements. In this paper, we want to explore, how the different properties of embedded systems influence possible open innovation processes. This will be done by drawing on to the characteristics of firms implementing the three core open innovation processes suggested by Gassmann and Enkel (2004) [15] and conceptually explaining how the characteristics of ES enable or hinder open innovation processes. As a result, a classification of the OI processes in terms of ES characteristics is provided.