Ob für das Erkennen von Innenbereichspotenzialen oder das Monitoring von Siedlungsentwicklungen, es werden flächendeckende, computerverarbeitbare und vergleichbare Abgrenzungen des Innenbereiches benötigt. Explizite Abgrenzungen des Innenbereiches erfolgen entweder über Bebauungspläne (§§ 8 bis 10 BauGB) oder Satzungen (§ 34 BauGB). Diese sind aber weder flächendeckend, noch frei verfügbar oder digital vorhanden. Mit der Einführung des ATKIS® Basis-DLM ist eine flächendeckende, computerverarbeitbare und vergleichbare Siedlungsabgrenzung gegeben. Diese Siedlungsflächen in Form von Baublöcken und Ortslagen sind jedoch nur eine Näherung. Es wurde daher erstmals untersucht, ob auf Grundlage von Geobasisdaten Innenbereichsabgrenzungen automatisiert zu erzeugen. In einem ersten Schritt wurden Vorgaben und Grenzwerte aus der aktuellen Gesetzgebung und Rechtsprechung ermittelt. Auf diesen beruhte die anschließende Konstruktion des Abgrenzungsalgorithmus. Mithilfe einer Referenzinnenbereichsabgrenzung aus der Region Hannover und einem eigens entwickelten Verfahren ist die Bewertung von Abgrenzungen möglich. Neben der Ortslage und einer „verbesserten“ Ortslage wurden fünf Varianten der mit dem Werkzeug „Delineate Built-Up Areas“ erzeugten Siedlungsabgrenzungen auf Ihre Eignung als Innenbereichsabgrenzung untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass mit Hilfe des entwickelten Verfahrens und geeigneter Trainingsdaten eine deutlich bessere Abgrenzung des Innenbereiches generiert werden kann als jene, die mit der Ortslage bisher zur Verfügung steht. Da lediglich Gebäudegrundrisse, wie Hausumringe oder extrahierte Gebäudegrundrisse aus topografischen Karten als Eingangsdaten notwendig sind, können auf diese Weise in Zukunft Innenentwicklungsflächen flächendeckend und in gleichbleibender Qualität - und das auch retrospektiv - abgegrenzt werden. Der Raumforschung steht damit eine lang geforderte Datengrundlage zur Verfügung.

In dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt PROBADO (http://www.probado.de) werden von drei universitären Informatik-Instituten und zwei Bibliotheken innovative Verfahren für nicht-textuelle Dokumente entwickelt und prototypisch für die Bereiche 3D-Architekturmodelle und Musikdokumente in bibliothekarische Arbeitsabläufe integriert. Tonaufnahmen und Musikalien stehen dabei im Mittelpunkt des Teilprojekts Probado-Musik, das von der Bayerischen  Staatsbibliothek und dem Institut für Informatik III der Universität Bonn (Arbeitsgruppe Professor Clausen) betreut wird. Die drei wichtigsten Ziele dieses Teilprojektes sind die weitgehende Automatisierung der Erschließung und Indexierung von Musikdokumenten, die Anwendung neuartiger inhaltsbasierter Suchverfahren für Musik und der Aufbau nutzerfreundlicher Oberflächen zur komfortablen Suche und Bereitstellung von diesen Musikdokumenten. Hierfür wurde ein Musik-Repository aufgebaut, das Musikdokumente in verschiedenen Formaten enthält. Dazu gehören eingescannte Notendrucke im TIFF- und JPEG-Format, Audio-Dateien im WAV- und MP3-Format sowie symbolische Musikformate wie Music-XML und die Ausgabeformate von OMR-Programmen („Optical Music Recognition“). Das Musik-Repository enthält mittlerweile ca. 100.000 Seiten von eingescannten Notendrucken und Audio-Dateien von mehreren Hundert CDs. Die dazugehörigen Metadaten werden aus dem Katalog der Bayerischen Staatsbibliothek und externen Datenquellen gewonnen und in einer FRBR-basierten Datenbank abgelegt. (Katrin Braun, Münchener Digitalisierungszentrum / Digitale Bibliothek, Bayerische Staatsbibliothek)

Aufgrund der stetig wachsenden Weltbevölkerung bei gleichzeitig sinkenden Agrarressourcen ist die Automatisierung auf dem Feld notwendig. Die dafür erforderlichen Maschinen, Technologien und Datenströme sind im entstehen und z. T. verfügbar. Jedoch ist die Automatisierung auf dem Feld im Vergleich zur Fabrikautomation zusätzlichen Störgrößen ausgesetzt, die eine permanent verfügbare Eingriffsressource notwendig machen. Der Autor postuliert die Entstehung von Maschinen Teams, die von einem besetzten Schlepper geführt werden. Durch die Führung der zusätzlichen Automaten, in deren Programmablauf eingegriffen werden muss, wird die Komplexität der Mensch-Maschine Schnittstelle zunehmen. Hier ist aber schon eine Grenze erreicht, sodaß zusätzliche Bedienelemente oder weitere Displays keine Lösung darstellen. Als Lösung werden hier Elemente aufgezeigt, die Flexibilität in der Bedienung und in der Darstellung optimieren und so zu einem permanenten Wechsel in puncto Maschinenbedienung fähig sind. An einem realisierten Prototyp werden Technologien und Funktionsumfänge deutlich gemacht.

Das autonome Fahren ist derzeit aufgrund zahlreicher aktueller Forschungs- und Entwicklungsprojekte namhafter Automobilhersteller und -zulieferer im Fokus des öffentlichen Interesses. Der stetige Fortschritt des autonomen Fahrens kann unter anderem auf der jährlich in Las Vegas stattfindenden Consumer Electronics Show (CES) festgestellt werden, welche seit einiger Zeit auch von Automobilherstellern als Plattform zur Vorstellung neuer Technologien genutzt wird. So demonstrierte die Audi AG einen A7, der vollständig autonom vom Silicon Valley eine Strecke von 900 km Länge nach Las Vegas fuhr. Darüber hinaus legen auch automobilfremde Hochtechnologiekonzerne ihr Interesse an dieser Schlüsseltechnologie offen und präsentieren eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Google verkündete die Forschung an einem eigenen autonomen Fahrzeug und auch Spekulationen über das Interesse von Apple wurden medial publik. Dennoch stehen die rasante Entwicklungsgeschwindigkeit und die öffentlich bereits präsentierte Funktionsfähigkeit des Autonomen Fahrens im Kontrast zu der geringen Anwendung im deutschen Straßenverkehr. In Deutschland und anderen Ländern sind bisher nur Pilotprojekte aus Forschung und Entwicklung existent. Diese unterliegen aktuell noch vielen Restriktionen. Dies macht deutlich, dass trotz der bisher erreichten Einzelerfolge dieser Technologie keine Serienreife besteht. So müssen für den tatsächlichen Einsatz des Autonomen Fahrens im Straßenverkehr technologische, soziologische sowie gesetzliche Rahmenbedingungen eingehalten, erweitert, angepasst, respektive erst noch definiert wer-den. Insbesondere im urbanen Umfeld besteht hier hoher Forschungsbedarf auch im Hin-blick auf technologische Rahmenbedingungen. Die vorliegende Arbeit soll einen Einblick über offene Fragestellungen und technologische Hürden sowie deren Bedeutung für das Autonome Fahren ermöglichen. Zudem wird ein kurzer Überblick darüber gegeben, wie dies auf den Sektor der Baumaschinen übertragbar ist.:1. Autonomes Fahren im Automobil 1.1. Stufen der Automation nach SAE-Standard J3016 1.2. Einführungsstrategien für autonome Fahrfunktionen 2. Rahmenbedingungen des Autonomen Fahrens 2.1. technologische Rahmenbedingungen 2.1.1. Umfeldwahrnehmung 2.1.2. Kooperation der Verkehrsteilnehmer 2.1.3. Hochgenaue Karten und Lokalisierung 2.1.4. Herausforderung für die Absicherung und Systemarchitektur 2.2. Soziologische Rahmenbedingungen 2.2.1. Vertrauen des Fahrers in die Technik und Fahrerüberwachung 2.2.2. Dilemmasituationen 2.3. Gesetzliche und rechtliche Rahmenbedingungen 2.3.1. ECE-R79 und Wiener Übereinkommen 2.3.2. Datenschutz und Datensicherheit 2.3.3. Haftung 3. Übertragbarkeit auf Baumaschinen 3.1. Aktuelle Entwicklungen und Beispiele 3.2. Bezug zum Automobil 3.3. Use-Case Straßenbau/Asphaltbau 3.4. Übertragbarkeit von Rahmenbedingungen 4. Fazit Quellenverzeichnis

Die Transplantation eines Organes ist in der Medizin oftmals die letzte Möglichkeit zur Behandlung einer terminalen Organinsuffizienz. Das grundlegende Problem der internationalen Transplantationsmedizin ist die stetig wachsende Diskrepanz zwischen Bedarf und Angebot von Transplantaten. Die Situation wird dramatisiert durch einen Trend der Marginalisierung von Spenderorganen. Marginale Spenderorgane werden häufig aufgrund mangelnder Möglichkeiten zur Funktionsbewertung verworfen. Die Technik der ex-vivo Organperfusion kann maschinell physiologienahe Bedingungen bereitstellen, um ein isoliertes Transplantat zu rekonditionieren und sogar eine Bewertung seines Zustands zu ermöglichen. Perfusionsprozesse sind organsystemindividuell durch eine hohe Komplexität ihrer biologisch-technisch verkoppelten Vorgänge gekennzeichnet. Für nutzer- und sicherheitsorientierte, klinisch taugliche Perfusionssysteme ist eine Prozessautomatisierung unumgänglich. Hier sind in klassischer anwendungsindividueller Entwicklung hohe Kosten die Folge. Auf Basis von Recherchen zum aktuellen Stand von Medizin und Technik konnten Eigenschaften von Perfusionsprozessen für die Organsysteme Herz, Lunge, Leber und Niere bestimmt werden. Aus ähnlichen Anwendungen der extrakoporalen Lebensunterstützung sind Erkenntnisse zur Systemautomatisierung zusammengetragen worden. In Fortführung der Arbeit sind die Organperfusionsprozesse abstrahiert und verallgemeinert worden. Beteiligte Prozessgrößen, sowie deren funktioneller Verkopplungen wurden identifiziert und evaluiert, um schließlich eine generalisierte, organunabhängige Strategie zur dezentralen Mehrgrößenregelung abzuleiten. Die abgeleitete Regelungsstrategie wurde folgend speziell für die ex-vivo Nierenperfusion umgesetzt. Dazu wurde zunächst auf Basis des generalisierten Organperfusionsprozesses ein Gerätesystem zur Nierenperfusion abgeleitet, entwickelt und aufgebaut. Für das entstandene Perfusionssystem wurden Modellbildungen und Parameteridentifikationen des Temperatursystems, des hämodynamischen Systems und des Blutgassystems durchgeführt. Die entstandenen Zustandsraummodelle wurden jeweils in Simulink implementiert und mittels realer Perfusionsexperimente an Schweinenieren im Tiermodell validiert. Simulativ und analytisch wurden für die drei Subsysteme Regelungsstrategien zur robusten Einzelgrößenregelung entwickelt und im realen Perfusionssystem implementiert. Im Zuge von weiteren Perfusionsexperimenten im Tiermodell konnten die Regelungen ebenfalls validiert und deren Robustheit im Mehrgrößenfall evaluiert werden. Die Erkenntnisse der speziellen Umsetzung des generalisierten Mehrgrößenregelungsansatzes zur Organperfusion wurden auf die Organsysteme Herz, Lunge und Leber projiziert. Die Hypothese dieser Arbeit, dass eine organübergreifende generalisierte Regelungsstrategie zur ex-vivo Perfusion bei Nutzung mit verschiedenen speziellen Organsystemen tauglich ist, konnte bestätigt werden. Auf dieser Basis ist eine vereinfachte und kostenreduzierte Entwicklung von Perfusionssystemen für verschiedene Organsysteme möglich. / In many cases the transplantation of an organ is the last way to treat a terminal organ insuffiency. The basic problem of international transplant medicine is a continiously increasing gap between the demand and the proposal of sufficient organ grafts. The situation is compounded by the actual trend of marginalization of organ grafts. Marginal donor grafts often are discarded due to absent options to test their vitality and viability. The technique of ex-vivo organ perfusion provides near physiologic conditions in order to recondition and even to evaluate the state of an isolated organ graft. Perfusion processes are organ individual characterized by highly complex coupled biological-technical processes. For achieving an user- and safety-focussed, clinical suitable perfusion system, an automation of the system is inavoidable. Within classical development of technologies, high costs were following. On the base of research according to the actual status quo of medicine and technology, characteristics of the perfusion processes for the heart, the lungs, the liver and the kidneys could be determined. Knowledge about similar processes of extracorporeal life support were gathered. Subsequently the organ perfusion processes were abstracted and generalized. Participating process values, as well as their couplings, were identified and evaluated in order to extract a generalized, organ independent strategy for decentral multivariable control. The extracted control strategy was then transfered specificly for ex-vivo kidney perfusion. Therefore a device for ex-vivo kidney perfusion was developed and built from the generalized organ perfusion process. According to the implemented device, the temperature system, the hemodynamic system and the blood gas system were modelled mathematically and parameter estimations were performed. The resulted state space models were implemented to Simulink and validated by comparing simulations to the results of experiments on real procine kidneys. Within the simulations and based on analytical methods, robust single variable control strategies for the control of the three subsystems temperature, hemodynamic and blood gases were developed and implemented into the real kidney perfusion device. During further perfusion experiments within the large animal model, the control strategies could be validated an their robustness could be evaluated in the multivariable case. The findings of the special implementation of the generalized multivariableapproach for organ perfusion were projected on the organ systems heart, lungs and liver. The hypothesis of this work, in detail, that a generalized, organ independent control strategy for organ perfusion processes is suitable for the use with several special organ systems, could be confirmed. On this basis, simplified and cost reduced developments of perfusion systems for different organ systems are possible.

Die europäische Fertigungsindustrie steht vor großen Veränderungen, die durch die zunehmende Nachfrage der Kunden nach maßgeschneiderten und/oder intelligenten Produkten, Industrie 4.0 Lösungen und Öffnung der Produktionsketten für Newcomer getrieben werden sowie durch die Veränderung hin zu Wertschöpfungsketten, in denen die Rollen von Lieferanten, Herstellern und Einzelhändlern verschwimmen. Diese sich dynamisch wandelnde Umwelt erfordert eine Anpassungsfähigkeit der Mitarbeiter, Fertigungswerkzeuge und Prozesse. Neue IKT-basierte Lösungen erleichtern einen Paradigmenwechsel, der Fabrikarbeiter als zukünftige "Wissensarbeiter" in den intelligenten Fabriken sieht, welcher nicht nur durch die Einführung neuer Technologien in die Fabriken gelingen kann. Arbeitsabläufe müssen umgestaltet werden und neue Ansätze zur kontinuierlichen Weiterentwicklung sind erforderlich. Bei der Verschiebung der Arbeitsaufgaben hin zur Wissensarbeit müssen bei der Anpassung der Arbeitsumgebungen zunehmend die Unterschiede bei den kognitiven Fähigkeiten berücksichtigt werden. Das hier vorgestellte Forschungsprojekt Factory2Fit zielt darauf ab, die menschlich zentrierte Fertigung auf ein neues Niveau zu bringen, indem den Mitarbeitern eine führende Rolle bei der Anpassung und Entwicklung ihrer eigenen Aufgaben zukommt. Das Hauptziel des Projektes ist es, adaptive Automatisierungslösungen zu entwickeln und zu pilotieren, die den Arbeitsablauf verbessern, den Arbeitnehmer dabei unterstützen, seine Kompetenzen zu entwickeln und die Mitarbeiter dazu befähigen, Wissen zu teilen und sich an der Gestaltung ihrer eigenen Arbeit zu beteiligen. Das Projekt Factory2Fit wird von Horizon 2020 (H2020/2014-2020), dem Programm für Forschung und Innovation der Europäischen Union, unter der Zuwendungsvereinbarung Nr. 723277 gefördert.

One development in the course of industrial digitalisation, which is being driven forward particularly in the German-speaking countries and will gain in importance in the future, is that of the Asset Administration Shell (AAS) [1]. The present work deals with the distribution, instantiation and use of those AASs for assets within the domain of a fluid power engineering application, which by themselves do not currently have the corresponding hardware and software for harbouring an AAS. The Business to Manufacturing Markup Language (B2MML) is used here for the deployment and instantiation of these AASs. In the present work, B2MML is extended with the concept definitions of AAS using its enhancement mechanisms. The distribution of the AASs to computing resources then takes place using B2MML and its transaction definitions. Furthermore, B2MML is used in a submodel to orchestrate process queues. In the course of the FL4 research project, B2MML is integrated as a partial model into the AAS and is used for orchestrating the Plug-and-Produce processes one the business and on subordinate levels.

Aufgrund der Klimakrise und der Notwendigkeit CO2-Emissionen zu reduzieren, ist in Zukunft mit einer steigenden Nachfrage an Leichtbaumaterialien wie textilverstärkten Verbundwerkstoffen zu rechnen. Aufgrund steigender Rohstoff- und Energiekosten verspricht der Einsatz von endkonturnahen Verbundwerkstoffen eine Reduktion der Herstellungskosten und des Abfalls. Herkömmliche Textiltechnologien sind nur begrenzt in der Lage die erforderlichen komplex geformten Textilien herzustellen. Um dieses Problem durch den Einsatz alternativer, noch nicht industriell etablierter Technologien zu lösen, beschäftigt sich diese Arbeit ausführlich mit der Entwicklung einer Häkelmaschine sowie der Untersuchung entsprechender Textilien. Häkeln ist eine maschenbildende Technologie, bei der im Gegensatz zum Stricken die Schlaufen, die eine Masche bilden, sowohl vertikal als auch horizontal aus zuvor gebildeten Maschen entspringen. Mit dem vielseitigen Häkeln ist es insbesondere möglich, komplexe dreidimensionale (3D) Formen zu erzeugen, da an jeder beliebigen Stelle eines Textils neue Maschen gebildet werden können. Bisherige Häkelmaschinenansätze sind unzureichend und bezüglich ihrer Skalierbarkeit zu einer industriell einsetzbaren Maschine stark eingeschränkt. Industriell etablierte Maschinen, die Häkelmaschinen genannt werden, sind in ihrer Bezeichnung irreführend, da es sich um Wirkmaschinen handelt, die nur grob die Häkelstruktur nachahmen, aber keine echten Häkelmaschen bilden können. Die hier entwickelte und patentierte Häkelmaschine namens Crochet Automaton (CroMat) ermöglicht erstmals die automatisierte Herstellung von Luftmaschen, Kettmaschen, festen Maschen, halben Stäbchen, Übergängen der Maschenreihen, Zunahmen sowie Abnahmen und auch anderen Operationen nach dem Prinzip des Flachhäkelns auf Basis einer Luftmaschenreihe. Darüber hinaus können neue Maschen durch ein manuelles Umhängen des produzierten Textils an nahezu beliebigen Stellen gebildet werden. Damit können komplex geformte 3D-Textilien entsprechend den Vorteilen des Häkelns hergestellt werden. Mit dem entwickelten CroMat-Prototyp lassen sich Formen herstellen, die für endkonturnahe Faserverbundwerkstoffe wie bspw. Doppel-T-Träger potenziell geeignet sind. Durch ein Aufhängen verschiedener Maschenreihen oder Textilien auf denselben Nadeln der Maschine ist es ebenfalls möglich diese mit dem Häkeln einer verbindenden Reihe zu fügen. Neben dem mechatronischen Prototyp mit zehn Achsen wird das weltweit erste Software-Tool für den Entwurf von maschinell gehäkelten Textilien entwickelt. Es beinhaltet eine Fehlerüberprüfung, die automatische Generierung des G-Codes für die Maschinensteuerung und eine Vorschau der entworfenen Textilien. Neben einer grafischen Benutzeroberfläche mit standardisierten Häkelsymbolen wird auch die Möglichkeit zur automatischen Generierung der Häkelstruktur entsprechend der Form eines zweidimensionalen (2D) Polygons geboten. Für die Vorschau wurde das erste Topologie-basierte Modellierungs-Framework für maschinell herstellbare Häkelstrukturen entwickelt. Eine ähnliche Modellierung wurde für manuell gehäkelte Stoffe entwickelt, die sich von den maschinell hergestellten nur darin unterscheiden, dass der Stoff nach jeder Reihe gewendet wird und somit die Maschen von verschiedenen Seiten aus gebildet werden. Beide Modellarten können als Grundlage für simulative Untersuchungen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) verwendet werden, die in dieser Arbeit zum ersten Mal zur Simulation von gehäkelten Textilien eingesetzt wurde. Darüber hinaus wurden erstmals die Zugeigenschaften von manuell gehäkelten Textilien systematisch untersucht und die Eigenschaften der ersten Faserverbundwerkstoffe mit gehäkelten Textilien erforscht. Gehäkelte Textilien (und entsprechende Verbundstoffe) haben grundsätzlich ähnliche Eigenschaften wie gestrickte Textilien, können aber tendenziell höheren Kräften standhalten. Zusammen mit den Formgebungsmöglichkeiten ist die CroMat-Häkelmaschine generell vielversprechend für die Automatisierung des Häkelns und insbesondere für die zukünftige Produktion von endkonturnahen Faserverbundwerkstoffen.:1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Aim 2 1.3 Work structure 3 2 Technical and scientific background 4 2.1 Crochet 4 2.1.1 Technique and stitch formation 5 2.1.2 Crocheting a fabric 8 2.1.3 Applications of crochet 11 2.1.4 Research overview on crochet 11 2.2 Knitting machines 15 2.2.1 Weft knitting 16 2.2.2 Warp knitting 19 2.2.3 Crochet gallon machines 21 2.3 Existing crochet machine approaches 23 2.3.1 First approach to automate crochet 23 2.3.2 Circular crochet machine approach 25 2.3.3 Crocheting with a robotic arm 27 2.3.4 Further attempts to automate crocheting 29 2.4 Rapid prototyping 30 2.4.1 Development approach 30 2.4.2 3D printing 31 2.5 Electric motors 33 2.5.1 Stepper 33 2.5.2 Servo motors 34 2.5.3 G-code 35 2.6 Textile composites 37 2.6.1 Composite production 37 2.6.2 Near net-shaped composites 38 3 Crochet machine development 39 3.1 CroMat innovation process 39 3.1.1 Development phases 39 3.1.2 Analyzing the first crochet machine approach 41 3.1.3 Definition of crochet machine prototype requirements 43 3.1.4 Crochet needle insertion process 47 3.1.5 Suspending stitches on auxiliary needles 55 3.1.6 Yarn guide and patent 57 3.2 Improvements beyond the patent 60 3.2.1 Analyzing the yarn feeding problem 60 3.2.2 Systematic identification of possible solutions 61 3.2.3 Implementation of the most suited solution 64 3.3 Automated crochet stitch formation 67 3.3.1 Initial situation 67 3.3.2 Slip stitch 68 3.3.3 Single crochet 71 3.3.4 Half double crochet 73 3.3.5 Turn 75 3.3.6 Chain stitch and skipping a stitch within a course 77 3.3.7 Increase stitches 79 3.3.8 Decrease stitches 82 3.3.9 Further methods for changing the fabric’s width 84 3.3.10 More complex stitches 87 3.4 Technical implementation of CroMat prototype 89 3.4.1 CroMat machine overview 89 3.4.2 Auxiliary needles 94 3.4.3 Crochet needle 100 3.4.4 Yarn guide 106 3.4.5 Stress on yarn and machine elements 109 3.4.6 Yarn tension 115 3.4.7 Firmware and motor control 117 3.5 Crocheting with the CroMat prototype 120 3.5.1 Producing an exemplary crocheted fabric 120 3.5.2 Movements for SC formation 122 3.6 Development of CroMat crochet design tool 125 3.6.1 Tool overview 125 3.6.2 User interface 126 3.6.3 Error checking 129 3.6.4 Preview of the fabric 130 3.6.5 Generating G-code 130 3.6.6 Discussing the design tool 132 3.7 CroMat requirement fulfillment 134 4 Research on crocheted fabrics 137 4.1 Modeling and simulation of manually crocheted fabrics 137 4.1.1 Modeling approaches for textiles 137 4.1.2 Developed modeling of crochet structures 138 4.1.3 FEM investigations 143 4.2 Mechanical characteristics of manually crocheted fabrics 146 4.2.1 Study overview 146 4.2.2 Materials and Methods 146 4.2.3 Influence of the crocheter 148 4.2.4 Influence of the crochet structure 150 4.2.5 Crochet composite 152 4.2.6 Evaluation of the results 155 4.3 Modeling and simulation of machine-crocheted fabrics 157 4.3.1 Modeling machine-crocheted fabrics 157 4.3.2 Modeling of INC and DEC 159 4.3.3 Simulative comparison of hand- and machine-crocheted fabrics 161 4.4 Generating machine producible crochet patterns in shapes of 2D polygons 164 4.4.1 Background 164 4.4.2 Developed polygon subdivision algorithm 165 4.4.3 Improving the subdivision’s quality 168 4.4.4 Crochet subdivision results for exemplary polygons 170 4.4.5 Discussing the results 176 4.5 Exemplary machine-crocheted fabrics 178 4.5.1 Basic fabric structure 178 4.5.2 Advanced possible structures 181 4.5.3 Poisson’s ratio investigation 185 5 Conclusion 189 5.1 Summary 189 5.2 Outlook 191 6 References 193 6.1 References of the author 193 6.2 Further references 193 / In the future, due to the climate crisis and the need to reduce CO2 emissions, an increasing demand for lightweight materials such as textile reinforced composites can be expected. Because of rising raw material and energy costs, the application of more near net-shaped composites is promising for reducing manufacturing costs and waste. However, conventional textile technologies are limited in their ability to produce the necessary complex-shaped textiles. In order to address this problem by using alternative technologies that have not yet been industrially established, this thesis deals extensively with the development of a crochet machine and the investigation of respective textiles. Crochet is a stitch-forming technology in which, unlike knitting, the loops of a stitch originate both vertically and horizontally from previously formed stitches. With versatile crochet, it is especially possible to create complex three-dimensional (3D) shapes because new stitches can be formed at any point on a fabric. Previous crochet machine approaches are inadequate and severely limited in scalability to an industrially applicable machine. Industrially established machinery called crochet machines are misleading in their designation because they are knitting machines that can only roughly mimic crochet structure but cannot form true crocheted fabrics. The Crochet Automaton (CroMat) crochet machine developed and patented here enables for the first time the automated production of chain stitches (CHs), slip stitches (SLs), single crochet stitches (SCs), half double crochet stitches (HDCs), turns (T1 and T2), increase stitches (INCs) as well as decrease stitches (DECs) and other operations according to the principle of flat crocheting based on a chain line. In addition, by manually removing and re-hanging the produced fabric, new stitches can be formed at almost any point to produce complex-shaped 3D textiles according to the capabilities of crochet. For example, it is possible to produce shapes relevant for near net-shaped composites such as double T-beams with the developed CroMat prototype. With manually suspending different stitch rows or fabrics on the machine, it is also possible to join them by simultaneously crocheting a course through them. In addition to the mechatronic prototype with ten axes, the world's first tool for designing machine-crocheted textiles is developed. It includes error checking, generation of the G-code for machine control and a preview of the designed fabrics. Beyond a graphical user interface (GUI) with standardized crochet symbols, a higher-level programmability is added through specifying a shape by 2D polygons and automatically generating corresponding, machine-crochetable patterns. The first topology-based modeling framework for machine-producible crochet structures was developed for the preview. A similar modeling was developed for manually crocheted fabrics, which differ from the machine-produced ones only in the fact that the fabric is turned after each row and thus the stitches are formed from different sides. Both models can be used as a basis for simulative finite element method (FEM) investigations, which were used in this work to simulate crocheted fabrics for the first time. Furthermore, the tensile properties of manually crocheted fabrics were systematically investigated for the first time and the properties of the first crochet composites were researched. Crocheted textiles (and corresponding composites) have basically similar properties as knitted textiles but have a tendency to withstand higher forces. Together with the shaping capabilities, the CroMat crochet machine is generally highly promising for the automation of crochet and especially for the future production of near net-shaped composite reinforcements.:1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Aim 2 1.3 Work structure 3 2 Technical and scientific background 4 2.1 Crochet 4 2.1.1 Technique and stitch formation 5 2.1.2 Crocheting a fabric 8 2.1.3 Applications of crochet 11 2.1.4 Research overview on crochet 11 2.2 Knitting machines 15 2.2.1 Weft knitting 16 2.2.2 Warp knitting 19 2.2.3 Crochet gallon machines 21 2.3 Existing crochet machine approaches 23 2.3.1 First approach to automate crochet 23 2.3.2 Circular crochet machine approach 25 2.3.3 Crocheting with a robotic arm 27 2.3.4 Further attempts to automate crocheting 29 2.4 Rapid prototyping 30 2.4.1 Development approach 30 2.4.2 3D printing 31 2.5 Electric motors 33 2.5.1 Stepper 33 2.5.2 Servo motors 34 2.5.3 G-code 35 2.6 Textile composites 37 2.6.1 Composite production 37 2.6.2 Near net-shaped composites 38 3 Crochet machine development 39 3.1 CroMat innovation process 39 3.1.1 Development phases 39 3.1.2 Analyzing the first crochet machine approach 41 3.1.3 Definition of crochet machine prototype requirements 43 3.1.4 Crochet needle insertion process 47 3.1.5 Suspending stitches on auxiliary needles 55 3.1.6 Yarn guide and patent 57 3.2 Improvements beyond the patent 60 3.2.1 Analyzing the yarn feeding problem 60 3.2.2 Systematic identification of possible solutions 61 3.2.3 Implementation of the most suited solution 64 3.3 Automated crochet stitch formation 67 3.3.1 Initial situation 67 3.3.2 Slip stitch 68 3.3.3 Single crochet 71 3.3.4 Half double crochet 73 3.3.5 Turn 75 3.3.6 Chain stitch and skipping a stitch within a course 77 3.3.7 Increase stitches 79 3.3.8 Decrease stitches 82 3.3.9 Further methods for changing the fabric’s width 84 3.3.10 More complex stitches 87 3.4 Technical implementation of CroMat prototype 89 3.4.1 CroMat machine overview 89 3.4.2 Auxiliary needles 94 3.4.3 Crochet needle 100 3.4.4 Yarn guide 106 3.4.5 Stress on yarn and machine elements 109 3.4.6 Yarn tension 115 3.4.7 Firmware and motor control 117 3.5 Crocheting with the CroMat prototype 120 3.5.1 Producing an exemplary crocheted fabric 120 3.5.2 Movements for SC formation 122 3.6 Development of CroMat crochet design tool 125 3.6.1 Tool overview 125 3.6.2 User interface 126 3.6.3 Error checking 129 3.6.4 Preview of the fabric 130 3.6.5 Generating G-code 130 3.6.6 Discussing the design tool 132 3.7 CroMat requirement fulfillment 134 4 Research on crocheted fabrics 137 4.1 Modeling and simulation of manually crocheted fabrics 137 4.1.1 Modeling approaches for textiles 137 4.1.2 Developed modeling of crochet structures 138 4.1.3 FEM investigations 143 4.2 Mechanical characteristics of manually crocheted fabrics 146 4.2.1 Study overview 146 4.2.2 Materials and Methods 146 4.2.3 Influence of the crocheter 148 4.2.4 Influence of the crochet structure 150 4.2.5 Crochet composite 152 4.2.6 Evaluation of the results 155 4.3 Modeling and simulation of machine-crocheted fabrics 157 4.3.1 Modeling machine-crocheted fabrics 157 4.3.2 Modeling of INC and DEC 159 4.3.3 Simulative comparison of hand- and machine-crocheted fabrics 161 4.4 Generating machine producible crochet patterns in shapes of 2D polygons 164 4.4.1 Background 164 4.4.2 Developed polygon subdivision algorithm 165 4.4.3 Improving the subdivision’s quality 168 4.4.4 Crochet subdivision results for exemplary polygons 170 4.4.5 Discussing the results 176 4.5 Exemplary machine-crocheted fabrics 178 4.5.1 Basic fabric structure 178 4.5.2 Advanced possible structures 181 4.5.3 Poisson’s ratio investigation 185 5 Conclusion 189 5.1 Summary 189 5.2 Outlook 191 6 References 193 6.1 References of the author 193 6.2 Further references 193

Industrie 4.0 und aktuelle Entwicklungen in dem Bereich der produzierenden Unternehmen erfordern hohe Anpassungsleistungen von Menschen und von Maschinen gleichermaßen. In Smart Factories werden Produktionsmitarbeiter zu Wissensarbeitern. Dazu bedarf es neben neuen, intelligenten, technischen Lösungen auch neuer Ansätze für Arbeitsorganisation, Trainings- und Qualifizierungskonzepte, die mit adaptierbaren technischen Systemen flexibel zusammenarbeiten. Das durch die EU geförderte Projekt Factory2Fit entwickelt Lösungen für die Mensch-Technik-Interaktion in automatisierten Produktionssystemen, welche eine hohe Anpassungsfähigkeit an die Fähigkeiten, Kompetenzen und Präferenzen der individuellen Mitarbeiter bieten und damit gleichzeitig den Herausforderungen einer höchst kundenindividuellen Produktion gewachsen sind. Im vorliegenden Beitrag werden die grundlegenden Ziele und Ideen des Projektes vorgestellt sowie die Ansätze des Quantified-self im Arbeitskontext, die adaptive Automatisierung inklusive der verschiedenen Level der Automation sowie die spezifische Anwendung des partizipatorischen Designs näher beleuchtet. In den nächsten Arbeitsschritten innerhalb des Projektes gilt es nun, diese Konzepte um- und einzusetzen sowie zu validieren. Die interdisziplinäre Arbeitsweise sowie der enge Kontakt zwischen Wissenschafts-, Entwicklungs- und Anwendungspartnern sollten dazu beitragen, den Herausforderungen bei der Realisierung erfolgreich zu begegnen und zukunftsträchtige Smart Factory-Lösungen zu implementieren. Das Projekt Factory2Fit wird im Rahmen von Horizon 2020, dem EU Rahmenprogramm für Forschung und Innovation (H2020/2014-2020), mit dem Förderkennzeichen 723277 gefördert.

Proper metazoan development requires that genes are expressed in a spatiotemporally controlled manner, with tightly regulated levels. Altering the expression of genes that govern development leads mostly to aberrations. However, alterations can also be beneficial, leading to the formation of new phenotypes, which contributes to the astounding diversity of animal forms. In the past the expression of developmental genes has been studied mostly in fixed tissues, which is unable to visualize these highly dynamic processes. We combine genomic fosmid transgenes, expressing genes of interest close to endogenous conditions, with Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM) to image the expression of genes live with high temporal resolution and at single cell level in the entire embryo. In an effort to expand the toolkit for studying Drosophila development we have characterized the global expression patterns of various developmentally important genes in the whole embryo. To process the large datasets generated by SPIM, we have developed an automated workflow for processing on a High Performance Computing (HPC) cluster. In a parallel project, we wanted to understand how spatiotemporally regulated gene expression patterns and levels lead to different morphologies across Drosophila species. To this end we have compared by SPIM the expression of transcription factors (TFs) encoded by Drosophila melanogaster fosmids to their orthologous Drosophila pseudoobscura counterparts by expressing both fosmids in D. melanogaster. Here, we present an analysis of divergence of expression of orthologous genes compared A) directly by expressing the fosmids, tagged with different fluorophore, in the same D. melanogaster embryo or B) indirectly by expressing the fosmids, tagged with the same fluorophore, in separate D. melanogaster embryos. Our workflow provides powerful methodology for the study of gene expression patterns and levels during development, such knowledge is a basis for understanding both their evolutionary relevance and developmental function.