Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Hamburg.

Der Reaktordynamikcode DYN3D wird für Kernanalysen von Natrium-gekühlten schnellen Reaktoren (SFR) erweitert. In diesem Bericht werden neu implementierte thermomechanische Modelle für die adäquate Simulation von SFR-Transienten beschrieben, die die Simulation der axialen Wärmeausdehnung von Brennstäben und die radiale Ausdehnung des Reaktorkerns umfassen. Darüber hinaus wurde das Verfahren zur Erstellung von Querschnittsbibliotheken für DYN3D für SFR-Analysen erweitert. Die Verifizierung der neuen Modelle und der Querschnittserstellung erfolgte auf Vollkern-Ebene mit stationären Experimenten von der BFS-Testanlage des IPPE Obninsk und Daten des großen oxidischen Kerns des OECD/NEA-Benchmark und den Experimenten zum Zyklusende des Phenix-Kerns. Die DYN3D-Ergebnisse wurden mit der Monte-Carlo-Referenzlösung verglichen, die durch den SERPENT-Code berechnet wurde. Die Testergebnisse zeigen, dass die neu entwickelten Modelle die Wärmeausdeh-nungseffekte der Kernstruktur genau berücksichtigen können. Das neu entwickelte Verfahren zur Erstellung von Querschnittsbibliotheken wurde ebenfalls auf der Basis von SERPENT-Ergebnissen erfolgreich verifiziert. Zur Validierung wurden mehrere Tests, die sowohl stationäre als auch transiente Fälle aus den Phenix-Experimenten enthalten, mit DYN3D berechnet. Die DYN3D-Lösungen weisen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten auf, was die Anwendbarkeit der Codes für Kernanalysen von Natrium-gekühlten schnellen Reaktoren bestätigt.

Hintergrund: Für eine detaillierte Diagnostik der Stoffwechsellage in Ausdauersportarten ist die Erhebung der Atemgasparameter unerlässlich. Die vorliegende Arbeit setzt sich aus den Untersuchungsreihen (1) der Validierung des Atemgasanalysegerätes MetaSwim, (2) der Atemrhythmusanalyse beim Schwimmen mit Schnorchelsystem, (3) der Erhebung des Energiebedarfs über 400 m Kraul Gesamtbewegung im Schwimmkanal und (4) der Bestimmung des Energiebedarfs in den Teilkörperbewegungen Arme, Beine und Gesamtbewegung über fünf Minuten im Schwimmkanal zusammen. Methodik: Die Probandengruppen unterscheiden sich je Untersuchungsabschnitt. (1) Es wurden die Parameter Sauerstoffaufnahme, Kohlendioxidabgabe, Atemminutenvolumen, Atemfrequenz und der Energiebedarf als Vergleichsparameter herangezogen. (2) Die Dauer der Einatmung beim Schwimmen mit dem Schnorchelsystem wurde der Dauer der Rückholphase beim Kraulschwimmen gegenübergestellt. (3) Der Energiebedarf für die submaximalen Geschwindigkeiten von 80-85% und 85-90% der aktuellen Bestzeit über 400 m Kraul wurde berechnet und die aeroben, anaerob-laktaziden und anaerob-alaktaziden Anteile am Energiebedarf dargestellt. (4) Die metabolische Verteilung am Energiebedarf in submaximaler Belastungsintensität wurde ebenso für die Teilkörperbewegungen Arme und Beine und der Gesamtbewegung beschrieben, sowie der Energiebedarf berechnet. Ergebnisse/Fazit: (1) Das Atemgasanalysegerät MetaSwim mit der Firmware 3.9.7 SR4 erweist sich als reliables und valides Gerät. (2) Auf motorischer Kopplung basierende Fehlinterpretationen unter Verwendung des MetaSwim können ausgeschlossen werden. (3), (4) Bei der Erhebung des Energiebedarfs zeigen sich große individuelle Unterschiede, wie auch in der Höhe des aeroben, anaerob-laktaziden und anaerob-alaktaziden Anteils des Energiebedarfs. Es ergibt sich die Notwendigkeit einer Individualisierung im Schwimmsport, insbesondere dann, wenn isoliert Beine oder Arme trainiert werden.:Inhaltsverzeichnis V Abbildungsverzeichnis VII Tabellenverzeichnis X Abkürzungsverzeichnis XV 1 Einleitung 1 2 Theoretischer Hintergrund 6 2.1 Validierung des Atemgasanalysegerätes 6 2.2 Atemrhythmusanalyse 10 2.3 Energiebedarf 14 2.4 Ziel- und Fragestellung 18 3 Untersuchungsgeräte, -verfahren und -einrichtungen 21 3.1 Beschreibung der Testbedingungen des Schwimmkanals 21 3.2 Beschreibung des Atemgasanalysegerätes MetaSwim 22 3.3 Beschreibung des MetaMax 3b 24 3.4 Beschreibung des Radergometers 25 3.5 Beschreibung des Laktatanalysegerätes 27 3.6 Beschreibung der Videokamera zur Aufnahme der Fluss-Volumen-Kurve 27 3.7 Beschreibung der Berechnung des Etot 28 4 Methodenkritik 31 5 Validitätsüberprüfung des Atemgasanalysegerätes MetaSwim 34 5.1 Untersuchungsmethodik an Land 34 5.2 Untersuchungsmethodik im Wasser 37 5.3 Ergebnisse 40 5.4 Diskussion 65 6 Atemrhythmusanalyse beim Schwimmen mit dem Schnor-chelsystem 71 6.1 Untersuchungsmethodik 71 6.2 Ergebnisse 78 6.3 Diskussion 90 7 Energiebedarf über 400 m Kraul 93 7.1 Untersuchungsmethodik 93 7.2 Ergebnisse 96 7.3 Diskussion 101 8 Energiebedarf der Teilkörperbewegungen Arme und Beine 109 8.1 Untersuchungsmethodik 109 8.2 Ergebnisse 112 8.3 Diskussion 115 9 Zusammenfassung und Ausblick 119 Literaturverzeichnis 125 Anhangsverzeichnis 142 Eidesstattliche Erklärung 191 Lebenslauf 192

Der Reaktordynamikcode DYN3D wird für Kernanalysen von Natrium-gekühlten schnellen Reaktoren (SFR) erweitert. In diesem Bericht werden neu implementierte thermomechanische Modelle für die adäquate Simulation von SFR-Transienten beschrieben, die die Simulation der axialen Wärmeausdehnung von Brennstäben und die radiale Ausdehnung des Reaktorkerns umfassen. Darüber hinaus wurde das Verfahren zur Erstellung von Querschnittsbibliotheken für DYN3D für SFR-Analysen erweitert. Die Verifizierung der neuen Modelle und der Querschnittserstellung erfolgte auf Vollkern-Ebene mit stationären Experimenten von der BFS-Testanlage des IPPE Obninsk und Daten des großen oxidischen Kerns des OECD/NEA-Benchmark und den Experimenten zum Zyklusende des Phenix-Kerns. Die DYN3D-Ergebnisse wurden mit der Monte-Carlo-Referenzlösung verglichen, die durch den SERPENT-Code berechnet wurde. Die Testergebnisse zeigen, dass die neu entwickelten Modelle die Wärmeausdeh-nungseffekte der Kernstruktur genau berücksichtigen können. Das neu entwickelte Verfahren zur Erstellung von Querschnittsbibliotheken wurde ebenfalls auf der Basis von SERPENT-Ergebnissen erfolgreich verifiziert. Zur Validierung wurden mehrere Tests, die sowohl stationäre als auch transiente Fälle aus den Phenix-Experimenten enthalten, mit DYN3D berechnet. Die DYN3D-Lösungen weisen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten auf, was die Anwendbarkeit der Codes für Kernanalysen von Natrium-gekühlten schnellen Reaktoren bestätigt.

Statische Mischelemente spielen in der Verfahrenstechnik eine wichtige Rolle. Anwendungsbeispiele finden sich in der Lebens- und Nahrungsmittelindustrie (Homogenisieren von Milch, Teigwarenherstellung, Mischen von Pasten, etc.), bei pharmazeutischen Herstellprozessen (z.B. Pulvermischungen bei der Produktion von Tabletten, homogene Verteilung der Bestandteile ist Voraussetzung für die exakte Dosierung von Arzneimitteln) sowie Mischprozessen in der chemischen Industrie (Beeinflussung der Reaktionskinetik, Vermeidung unerwünschter Zwischenprodukte, etc.). Der aktuelle Beitrag beschäftigt sich mit der numerischen Strömungsberechnung (CFD) von Wendelmischern bestehend aus 2, 4 oder 6 Mischelementen. Die erzielten Ergebnisse werden mit experimentellen Untersuchungen an der Rohrmessstrecke des Labors für Strömungslehre an der TH Köln validiert.

In the recent trends, automated systems are increasingly seen to be embedded in human life with the increase of human dependence on software to perform safetycritical tasks like airbag deployment in automobiles to real-time mission planning in UAVs (Unmanned Aircraft Vehicles). The safety-critical nature of the aerospace domain demands for a software without any errors to perform these tasks. Therefore the field of computer science needs to address these challenges by providing necessary formalisms, techniques, and tools that will ensure the correctness of systems despite their complexity. DO-178C/EC-12C is a standard that governs the certification of software for airborne systems in commercial aircraft. The additional supplement DO- 333 enables us to use the formal methods in our technique of verifying the autonomous behaviour of UAV’s. The Mission Manager system is primarily responsible for the execution of behaviour sequence in online and offline mission planning of UAV. This work presents the process of software verification by making use of formal modelling using model checking of the Mission Manager component of ARTIS (Autonomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems) UAV by gaining advantages from a generic modelling approach. The main idea is to make use of the designed generic models into specific cases like ARTIS in our case. The generic models are designed using the ALFU(R)S (Autonomy Levels For Unmanned Rotorcraft System) framework that delineates the commonalities of several UAVs considered around the world which also includes the ARTIS UAV. Furthermore this work walks through every process involved in model checking like requirements extraction and documentation using a template based method, requirements specification using the temporal logics like LTL and CTL, developing a formal model using NuSMV as a model checking tool to analyze the requirements against the model for the Mission Manager component of MiPlEx (Mission Planning and Execution). Additionally as a validation approach, test sequences are generated by using trap properties or negation properties. This aids for a test generation approach by harnessing counterexample generating capabilities of the NuSMV Model Checker.

Die verteilte faseroptische Sensorik (VFOS) auf Basis von Rayleighstreuung stellt ein besonderes und vielversprechendes Verfahren zur Dehnungsmessung im Betonbau und im Structural Health Monitoring (SHM) dar. Neben einer hohen Ortsauflösung und Messempfindlichkeit kann sie geringste Dehnungsänderungen an jedem Punkt der Messfaser erfassen. Für einen zuverlässigen Einsatz fehlen aktuell Material- und Handlungsempfehlungen; in der Literatur finden sich widersprüchliche Aussagen zu den Dehnungsübertragungsverlusten zwischen Substrat und Messfaser. Diesbezüglich beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Validierung des Messverfahrens für Szenarien im Betonbau. Neben der Applikation auf Stahl- und Betonoberflächen wurde die Integration in der Matrix untersucht. Im Zuge dessen sollten die Dehnungsübertragungsverluste verschiedener Fasercoatings bzw. Fasercoating-Klebstoff-Kombinationen überprüft werden. Darüber hinaus wurde ein Auswerteverfahren mithilfe der Programmiersprache Python entwickelt, das eine automatisierte Datenaufbereitung und Substituierung der Messabweichungen der enormen Datenmengen ermöglicht. Im Zuge der Validierung auf der Stahloberfläche wurden die Dehnungswerte der verschiedenen Coating-Klebstoff-Kombinationen an Präzisionsflachstählen im 4-Punkt-Biegeversuch mit einer photogrammetrischen Dehnungsmessung verglichen. Im Rahmen der Validierung auf der Betonoberfläche kamen Betondruckzylinder zum Einsatz, an denen zusätzlich zu den Coating-Klebstoff-Kombinationen der Einfluss einer Grundierung untersucht wurde. Induktive Wegaufnehmer dienten im Verlauf der Druckversuche als Vergleichsmesstechnik. Die Validierung verschiedener Coatingmaterialien in der Matrix fand anhand von Schwindversuchen an Betonprismen statt; als Vergleichsmessmethode dienten digitale Messuhren. Zur Bewertung der aus den Validierungsversuchen abgeleiteten Material- und Handlungsempfehlungen wurden Bauteilversuche an Betonbalken durchgeführt. Die Auswertung der Validierungsversuche zeigte, dass vor allem mit einem Ormocer-Coating gute Ergebnisse hinsichtlich der Dehnungsübertragung erzielt werden konnten. Im Falle einer Applikation empfiehlt sich die Verwendung eines Cyanacrylatklebstoffs -- besonders der M-Bond 200 überzeugte durch geringe Dehnungsverluste. Betonoberflächen sollten vorher geschliffen und mit Epoxidharz grundiert werden. Im Falle einer Integration in die Betonmatrix zeigten auch die Ormocer-Fasern minimale Unterschiede zur Vergleichsmessung. Die Ergebnisse der Bauteilversuche verifizieren die Handlungs- und Materialempfehlungen: Die Dehnungswerte der Fasern decken sich mit denen der analytischen Bemessung der Betonbalken. Lediglich an den Lasteinleitungsstellen konnten Oszillationen des Dehnungsverlaufs durch Gefügestörungen festgestellt werden. Forschungsbedarf besteht v.a. hinsichtlich der Validierung weiterer Komponenten (Klebstoff, Coating, Grundierungsmittel) und deren Langzeitstabilität, insbesondere bei chemischen und dynamischen Beanspruchungen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ein Überblick über verschiedene Materialien geschaffen werden, jedoch ist das Repertoire an verfügbaren Komponenten immens, gerade bei den Klebstoffen. Bei der Validierung auf der Betonoberfläche und in der Matrix kam eine Feinkornbetonmischung zum Einsatz. Diesbezüglich sollten in weiteren Forschungen unterschiedliche Matrices und Korngrößen Untersuchungsgegenstand sein. / Distributed fiber optic sensor (DFOS) technology based on Rayleigh scattering is a unique and promising method for strain measurement in concrete structures as well as structural health monitoring (SHM). It can detect the smallest strain changes at any point in the measuring fiber with a high spatial resolution and sensitivity. Currently, there exist no material and handling recommendations for a reliable application, and the literature contains contradictory statements on strain transfer losses between substrate and fiber. The present study deals with the validation of this measuring method for scenarios in concrete structures. Besides applications on steel and concrete surfaces, the integration in a concrete matrix was investigated. The validation yields results for strain transfer losses for different fiber coatings or fiber coating/adhesive combinations. Furthermore, the development of an evaluation method using the computer language Python provides automated data preparation and measurement error substitution of the enormous data volumes. For the validation on steel surfaces, the strain values of different coating-adhesive combinations on precision flat steels were compared in a 4-point bending test with a photogrammetric strain measurement. For the validation on concrete surfaces, concrete pressure cylinders were used to investigate the influence of a primer and different coating-adhesive combinations. Inductive displacement transducers served as a comparative measuring technique during the compression tests. Shrinkage tests allowed the validation of different coating materials in a matrix on concrete prisms. Digital dial gauges were used as a comparative measuring method. For evaluation purposes, the material and handling recommendations derived from the validation were tested on concrete beams. The results of the validation tests indicate good results regarding strain transfer with an Ormocer coating. For application as tested , the use of a cyanoacrylate adhesive is recommended -- especially M-Bond 200 was convincing due to its low strain losses. Concrete surfaces should be sanded and primed with epoxy resin. If integrated into a concrete matrix, the Ormocer fibers also showed minor differences from the comparative measurement. The results of the evaluation tests verify the handling and material recommendations: the strain values of the fibers correspond to the values obtained in concrete-beam analysis. Oscillations of the strain profile due to microstructural disturbances could only be detected at the load application points. Further research regarding the validation of additional components (adhesives, coating, primer) and their long-term stability, especially chemical and dynamic loads, is necessary. This study provides an overview of different coating and adhesives. However, the repertoire of available components is immense - especially for adhesives. During the validation on concrete surfaces and in matrix, a fine-grained concrete mixture was used. In this respect, different matrices and grain sizes should be the subject of further research.

Getriebeheulphänomenen wird in der industriellen Praxis zum Teil noch immer ausschließlich mit Hilfe einer optimierten Verzahnungsauslegung zur Minimierung des Drehfehlers begegnet. Bei auffälligen Resonanzerscheinungen werden zudem Strukturoptimierungen am Getriebegehäuse und den Karosserieanbindungspunkten des Antriebsstrangs vorgenommen, ohne auf die internen Systemkomponenten verstärkt einzugehen. Zudem kann bisher die verlässliche Erkenntnis, dass zur Einhaltung akustischer Grenzwerte die Konstruktion nochmals überarbeitet werden muss, erst spät im Entwicklungsprozess während der akustischen Versuchsdurchführung an Prüfständen oder im Fahrzeug getroffen werden. Durch sogenannte Sekundärmaßnahmen, die typischerweise nicht unmittelbar das Anregungsverhalten oder die Dynamik des Antriebsstrangs, sondern den karosserieseitigen Transferpfad betreffen, kann eine Reduktion des Schalldruckpegels im Fahrzeuginnenraum in gewissen Grenzen erzielt werden. Dies ist zumeist weder aus ingenieurstechnischer Sicht noch aus Sicht steigender Entwicklungskosten als optimal zu bezeichnen. Basierend auf einem detaillierten Abgleich zwischen Experiment und Simulation, angefangen auf Einzelteilebene über die Baugruppenebene bis hin zur Methodenentwicklung der Validierung von nichtrotierenden Gesamtsystemen mittels künstlicher Anregung, werden in dieser Arbeit möglichst akkurate Simulationsergebnisse angestrebt, um die Auswirkung von akustischen Optimierungen innerhalb der Simulationsumgebung realitätsnah vorherzusagen. Schließlich wird ein Prozess vorgeschlagen, der eine getriebeinterne Transferpfadanalyse zur Identifikation sensitiver Körperschallpfade vorstellt. Mit dieser Methode wird aufgezeigt, dass es möglich ist, akustische Schwachstellen auf der Antriebsstrangseite vorherzusagen. Dabei kann zum einen akustisches Optimierungspotenzial des Welle-Lager-Systems abgeleitet werden, zum anderen werden auch die aktuellen Möglichkeiten und Grenzen der Verfahren beleuchtet.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Getriebeakustik – Einflussgrößen und Begrifflichkeiten 2.1.1 Verzahnungsanregung von unter Last stehenden Zahnrädern 2.1.2 Verzahnungsinduzierte Körper- und Luftschallweiterleitung in Fahrzeugen 2.1.3 Maßnahmen zur Reduktion von Körperschallpfaden 2.2 Strukturdynamische Analysemethoden in der Getriebeakustik 2.2.1 Numerische Modalanalyse 2.2.2 Experimentelle Modalanalyse und Betriebsschwingformanalyse 2.2.3 Unkonventionelle Methoden zur Erregung von Bauteilstrukturen 2.2.4 Computerunterstützte Modellanpassung 2.2.5 Transferpfadanalyse 2.3 Getriebesimulation 2.3.1 Getriebetypische Kontaktmodellierung 2.3.2 Finite-Element-Modellierung und Reduktionsverfahren 2.4 Fazit 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 4 Methoden zur Analyse von Getriebekomponenten 4.1 Verzahnungsanalyse 4.2 Strukturdynamische Untersuchungen an Einzelteilen 4.3 Strukturdynamische Untersuchungen an Baugruppen 4.4 Verhalten von Wälzlagern 4.5 Fazit 5 Methode zur Gesamtsystemvalidierung 5.1 Modellierung des Getriebesystems mit Prüfstandsanbindung 5.2 Getriebeinterne Anregung mittels Zahnaktor 5.2.1 Voruntersuchungen 5.2.2 Implementierung einer torsionalen Anregung in Frontgetrieben 5.2.3 Simulative und experimentelle Untersuchungen 5.3 Fazit 6 Getriebeinterne Transferpfadanalyse 6.1 Identifikation sensibler Körperschalltransferpfade 6.2 Optimierungsansätze 6.3 Fazit 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Literaturverzeichnis / Gear whine phenomena are typically mitigated by optimising gear design to minimise Transmission Error. Additionally, structural optimisations on the gearbox housing and on the gearbox-to-chassis mounts may be conducted most likely without a detailed consideration of internal components‘ dynamics. Moreover, it is not unusual that in the final stages of drivetrain developments when the gearbox is tested on test benches or in vehicles NVH targets are not met. The countermeasures applied often do not alter the source of excitation nor the dynamics of the drivetrain at this stage, but the vehicle transfer paths through the chassis. Thus, sound power level reduction may be exclusively limited to vehicle transfer path improvements. In most cases this is not regarded as an optimal solution neither from an engineering perspective nor from the commercial point of view due to increased development costs. Based on detailed correlation activities where simulation has been run against measurement the work strives to achieve accurate gearbox NVH predictions to forecast more realistically the effect of design optimisations. The correlation approach starts on single component level moving on to sub-assembly level and finally up to the development of a method which is able to artificially excite the entire but non-rotating drivetrain. After various successful correlation studies, a process has been elaborated which proposes a gearbox internal transfer path analysis to identify potentially critical structure-borne noise paths. The method illustrates the capability of successfully predicting weak spots at the active side of a drivetrain early in the development process. Additional room for improvement can be derived when implementing this method by considering the rotating components of a drivetrain such as gear blanks, shafts and bearings.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Getriebeakustik – Einflussgrößen und Begrifflichkeiten 2.1.1 Verzahnungsanregung von unter Last stehenden Zahnrädern 2.1.2 Verzahnungsinduzierte Körper- und Luftschallweiterleitung in Fahrzeugen 2.1.3 Maßnahmen zur Reduktion von Körperschallpfaden 2.2 Strukturdynamische Analysemethoden in der Getriebeakustik 2.2.1 Numerische Modalanalyse 2.2.2 Experimentelle Modalanalyse und Betriebsschwingformanalyse 2.2.3 Unkonventionelle Methoden zur Erregung von Bauteilstrukturen 2.2.4 Computerunterstützte Modellanpassung 2.2.5 Transferpfadanalyse 2.3 Getriebesimulation 2.3.1 Getriebetypische Kontaktmodellierung 2.3.2 Finite-Element-Modellierung und Reduktionsverfahren 2.4 Fazit 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 4 Methoden zur Analyse von Getriebekomponenten 4.1 Verzahnungsanalyse 4.2 Strukturdynamische Untersuchungen an Einzelteilen 4.3 Strukturdynamische Untersuchungen an Baugruppen 4.4 Verhalten von Wälzlagern 4.5 Fazit 5 Methode zur Gesamtsystemvalidierung 5.1 Modellierung des Getriebesystems mit Prüfstandsanbindung 5.2 Getriebeinterne Anregung mittels Zahnaktor 5.2.1 Voruntersuchungen 5.2.2 Implementierung einer torsionalen Anregung in Frontgetrieben 5.2.3 Simulative und experimentelle Untersuchungen 5.3 Fazit 6 Getriebeinterne Transferpfadanalyse 6.1 Identifikation sensibler Körperschalltransferpfade 6.2 Optimierungsansätze 6.3 Fazit 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Literaturverzeichnis

In the recent trends, automated systems are increasingly seen to be embedded in human life with the increase of human dependence on software to perform safetycritical tasks like airbag deployment in automobiles to real-time mission planning in UAVs (Unmanned Aircraft Vehicles). The safety-critical nature of the aerospace domain demands for a software without any errors to perform these tasks. Therefore the field of computer science needs to address these challenges by providing necessary formalisms, techniques, and tools that will ensure the correctness of systems despite their complexity. DO-178C/EC-12C is a standard that governs the certification of software for airborne systems in commercial aircraft. The additional supplement DO- 333 enables us to use the formal methods in our technique of verifying the autonomous behaviour of UAV’s. The Mission Manager system is primarily responsible for the execution of behaviour sequence in online and offline mission planning of UAV. This work presents the process of software verification by making use of formal modelling using model checking of the Mission Manager component of ARTIS (Autonomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems) UAV by gaining advantages from a generic modelling approach. The main idea is to make use of the designed generic models into specific cases like ARTIS in our case. The generic models are designed using the ALFU(R)S (Autonomy Levels For Unmanned Rotorcraft System) framework that delineates the commonalities of several UAVs considered around the world which also includes the ARTIS UAV. Furthermore this work walks through every process involved in model checking like requirements extraction and documentation using a template based method, requirements specification using the temporal logics like LTL and CTL, developing a formal model using NuSMV as a model checking tool to analyze the requirements against the model for the Mission Manager component of MiPlEx (Mission Planning and Execution). Additionally as a validation approach, test sequences are generated by using trap properties or negation properties. This aids for a test generation approach by harnessing counterexample generating capabilities of the NuSMV Model Checker.

Zahlreiche chirurgische Assistenzsysteme sind in der klinischen Praxis im Einsatz, um die Genauigkeit und Sicherheit medizinischer Eingriffe zu erhöhen. Die Verwendung von Bildgebungsverfahren durch solche Systeme und die Teilautomatisierung von Prozessen kann einen weiteren Schritt in Richtung höherer Effizienz chirurgischer Interventionen und höherer Patientensicherheit darstellen. Dies stellt jedoch große Herausforderungen an die Systementwickler, welche zur Evaluation dieser Systeme während der Konstruktion geeignete Konzepte und Testmethoden benötigen. Diese Arbeit hat zwei wesentliche Zielsetzungen: Zum einen soll vorgestellt werden, wie zur zielführenden Entwicklung eines duplexsonographisch geführten, semiautomatisch arbeitenden Assistenzsystems zur Gefäßpräparation (ASTMA-System) ein anthropomorphes, physiologisches Phantom anhand zuvor definierter, für die Entwicklung relevanter, Anforderungen konstruiert wurde. Dieses ermöglichte es, die Arbeitsprozesse des Systems und deren Eignung bereits in vitro umfangreich zu testen. Zum andern soll dargestellt werden, wie das Phantom hinsichtlich dieser Anforderungen in einer Studie validiert wurde, um zu gewährleisten, dass dieses für die Systementwicklung erforderliche Eigenschaften aufwies. Dadurch konnten wichtige Informationen über Nutzen und Limitierung der Verwendung des Phantoms und mögliche Probleme des ASTMA-Systems gewonnen werden. Hiermit soll demonstriert werden, wie ein Entwicklungs- und Validierungsansatz für ein Phantom als Testsystem zur Entwicklung und Evaluation ähnlicher komplexer medizintechnischer Systeme mit intraoperativer Bildgebung gestaltet werden kann und welchen Anforderungen solche Phantome genügen sollten. Dies kann dabei helfen, die Systementwicklung zielführend und ressourceneffizient durchzuführen, Probleme bereits während früher Entwicklungsschritte aufzudecken und zu lösen und die Eignung des Verfahrens des entwickelten Systems zu beurteilen.