Universiẗat, Diss., 2006--Karlsruhe.

Background - Brain-Computer Interfaces (BCI) enable their users to interact and communicate with the environment without requiring intact muscle control. To this end, brain activity is directly measured, digitized and interpreted by the computer. Thus, BCIs may be a valuable tool to assist severely or even completely paralysed patients. Many BCIs, however, rely on neurophysiological potentials evoked by visual stimulation, which can result in usability issues among patients with impaired vision or gaze control. Because of this, several non-visual BCI paradigms have been developed. Most notably, a recent study revealed promising results from a tactile BCI for wheelchair control. In this multi-session approach, healthy participants used the BCI to navigate a simulated wheelchair through a virtual apartment, which revealed not only that the BCI could be operated highly efficiently, but also that it could be trained over five sessions. The present thesis continues the research on this paradigm in order to - confirm its previously reported high performance levels and trainability - reveal the underlying factors responsible for observed performance increases - establish its feasibility among potential impaired end-users Methods - To approach these goals, three studies were conducted with both healthy participants and patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Brain activity during BCI operation was recorded via electroencephalography (EEG) and interpreted using a machine learning-based linear classifier. Wheelchair navigation was executed according to the classification results and visualized on a monitor. For offline statistical analysis, neurophysiological features were extracted from EEG data. Subjective data on usability were collected from all participants. Two specialized experiments were conducted to identify factors for training. Results and Discussion - Healthy participants: Results revealed positive effects of training on BCI performances and their underlying neurophysiological potentials. The paradigm was confirmed to be feasible and (for a non-visual BCI) highly efficient for most participants. However, some had to be excluded from analysis of the training effects because they could not achieve meaningful BCI control. Increased somatosensory sensitivity was identified as a possible mediator for training-related performance improvements. Participants with ALS: Out of seven patients with various stages of ALS, five could operate the BCI with accuracies significantly above chance level. Another ALS patient in a state of near-complete paralysis trained with the BCI for several months. Although no effects of training were observed, he was consistently able to operate the system above chance level. Subjective data regarding workload, satisfaction and other parameters were reported. Significance - The tactile BCI was evaluated on the example of wheelchair control. In the future, it could help impaired patients to regain some lost mobility and self-sufficiency. Further, it has the potential to be adapted to other purposes, including communication. Once visual BCIs and other assistive technologies fail for patients with (progressive) motor impairments, vision-independent paradigms such as the tactile BCI may be among the last remaining alternatives to interact with the environment. The present thesis has strongly confirmed the general feasibility of the tactile paradigm for healthy participants and provides first clues about the underlying factors of training. More importantly, the BCI was established among potential end-users with ALS, providing essential external validity. / Hintergrund - Brain-Computer Interfaces (BCI) ermöglichen ihren Benutzern die Interaktion und Kommunikation mit der Außenwelt, ohne dabei die Funktionstüchtigkeit der Muskeln voraus zu setzen. Zu diesem Zweck wird die Gehirnaktivität vom Computer direkt gemessen, digitalisiert und schließlich interpretiert. BCIs könnten daher eine wertvolle Methode sein, schwer körperlich beeinträchtigten oder sogar vollständig gelähmten Patienten zu assistieren. Viele BCI Ansätze basieren allerdings auf neurophysiologischen Potentialen, welche mittels visueller Stimulation evoziert werden. Dies kann zur Folge haben, dass das BCI von Patienten mit Sehbehinderung oder fehlender Kontrolle über die eigene Blickrichtung nicht erfolgreich benutzt werden kann. Deshalb wurden bereits einige nicht-visuelle BCI Paradigmen entwickelt. Insbesondere eine aktuelle Studie über ein taktiles BCI zur Rollstuhlkontrolle lieferte vielversprechende Ergebnisse: In fünf Trainingssitzungen navigierten gesunde Studienteilnehmer per BCI einen simulierten Rollstuhl durch eine virtuelle Wohnung. Hierbei konnte gezeigt werden, dass das BCI System nicht nur sehr effizient genutzt werden konnte, sondern auch, dass sich die Kontrolle durch das Training über mehrere Sitzungen verbesserte. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der weiterführenden Erforschung eben dieses Paradigmas, insbesondere mit den Zielen: . die zuvor berichtete hohe Performanz und Trainierbarkeit zu bestätigen . aufzuklären, welche Faktoren der Steigerung der BCI-Leistung zugrunde liegen . die Anwendbarkeit des Paradigmas bei beeinträchtigten Endnutzern zu etablieren Methoden - Um diese Ziele zu erreichen wurden drei Studien sowohl mit gesunden als auch mit Teilnehmern mit amyotropher Lateralsklerose (ALS) durchgeführt. Während der BCI-Nutzung wurde die Gehirnaktivität per Elektroenzephalographie (EEG) aufgezeichnet und von einem linearen Klassifikator (basierend auf Maschinenlernverfahren) interpretiert. Die Navigation des Rollstuhls wurde entsprechend der Ergebnisse des Klassifikators umgesetzt und auf einem Bildschirm visualisiert. Zur späteren statistischen Analyse wurden aus den EEG Daten neurophysiologische Merkmale extrahiert. Zudem wurden Fragebogendaten zur Nutzbarkeit des Systems von allen Teilnehmern erhoben. Zwei Experimente zur Identifizierung von Trainingsfaktoren wurden durchgeführt. Ergebnisse und Diskussion - Gesunde Teilnehmer: Die Ergebnisse zeigten positive Effekte des Trainings auf die BCI Performanz und deren zugrundeliegenden neurophysiologischen Potentiale. Es konnte bestätigt werden, dass das Paradigma anwendbar und für die meisten Teilnehmer hocheffizient nutzbar war (im Vergleich zu anderen nicht-visuellen Ansätzen). Einige Teilnehmer mussten jedoch von der Analyse der Trainingseffekte ausgeschlossen werden, da sie keine ausreichende Kontrolle über das BCI ausüben konnten. Eine Steigerung der somatosensorischen Empfindlichkeitsschwelle wurde als ein möglicher Faktor für die Trainierbarkeit und Verbesserung der Performanz identifiziert. Teilnehmer mit ALS: Fünf von sieben Teilnehmern in verschiedenen ALS-Stadien konnten das BCI signifikant überzufällig benutzen. Ein weiterer ALS Patient mit nahezu vollständiger Lähmung trainierte den Umgang mit dem BCI über mehrere Monate hinweg. Er war beständig in der Lage, das System mit Genauigkeiten über dem Zufallsniveau zu steuern, jedoch konnten keine Trainingseffekte gezeigt werden. Fragebogendaten zur subjektiven Arbeitsbelastung, Zufriedenheit und einigen weiteren Parametern wurden ausführlich berichtet. Bedeutung - Das taktile BCI wurde am Beispiel der Rollstuhlkontrolle evaluiert. In naher Zukunft könnte es beeinträchtigten Patienten helfen, ihre verlorene Mobilität und Selbstständigkeit zurück zu erlangen. Zudem kann es für viele weitere Zwecke adaptiert werden, insbesondere zur Kommunikation. Sobald visuelle BCIs oder andere technische Hilfsmittel bei Patienten mit (progressiver) motorischer Lähmung scheitern, könnten nicht-visuelle Paradigmen wie das taktile BCI zu den letzten verbleibenden Alternativen gehören, die eine Interaktion mit der Außenwelt noch erlauben. Die vorliegende Arbeit hat die grundsätzliche Anwendbarkeit des taktilen Paradigmas für gesunde Benutzer klar bestätigt. Zudem liefert sie erste Hinweise darauf, welche Faktoren den beobachteten Trainingseffekten zugrunde liegen könnten. Das BCI hat sich zudem bei potentiellen End-Nutzern mit ALS bewährt, was der externen Validität der Studienergebnisse enorm zuträgt.

Brain computer interfaces based on sensorimotor rhythms modulation (SMR-BCIs) allow people to emit commands to an interface by imagining right hand, left hand or feet movements. The neurophysiological activation associated with those specific mental imageries can be measured by electroencephalography and detected by machine learning algorithms. Improvements for SMR-BCI accuracy in the last 30 years seem to have reached a limit. The currrent main issue with SMR-BCIs is that between 15% to 30% cannot use the BCI, called the "BCI inefficiency" issue. Alternatively to hardware and software improvements, investigating the individual characteristics of the BCI users has became an interesting approach to overcome BCI inefficiency. In this dissertation, I reviewed existing literature concerning the individual sources of variation in SMR-BCI accuracy and identified generic individual characteristics. In the empirical investigation, attention and motor dexterity predictors for SMR-BCI performance were implemented into a trainings that would manipulate those predictors and lead to higher SMR-BCI accuracy. Those predictors were identified by Hammer et al. (2012) as the ability to concentrate (associated with relaxation levels) and "mean error duration" in a two-hand visuo-motor coordination task (VMC). Prior to a SMR-BCI session, a total of n=154 participants in two locations took part of 23 min sessions of either Jacobson’s Progressive Muscle Relaxation session (PMR), a VMC session, or a control group (CG). No effect of PMR or VMC manipulation was found, but the manipulation checks did not consistently confirm whether PMR had an effect of relaxation levels and VMC on "mean error duration". In this first study, correlations between relaxation levels or "mean error duration" and accuracy were found but not in both locations. A second study, involving n=39 participants intensified the training in four sessions on four consecutive days or either PMR, VMC or CG. The effect or manipulation was assessed for in terms of a causal relationship by using a PRE-POST study design. The manipulation checks of this second study validated the positive effect of training on both relaxation and "mean error duration". But the manipulation did not yield a specific effect on BCI accuracy. The predictors were not found again, displaying the instability of relaxation levels and "mean error duration" in being associated with BCI performance. An effect of time on BCI accuracy was found, and a correlation between State Mindfulness Scale and accuracy were reported. Results indicated that a short training of PMR or VMC were insufficient in increasing SMR-BCI accuracy. This study contrasted with studies succeeding in increasing SMR-BCI accuracy Tan et al. (2009, 2014), by the shortness of its training and the relaxation training that did not include mindfulness. It also contrasted by its manipulation checks and its comprehensive experimental approach that attempted to replicate existing predictors or correlates for SMR-BCI accuracy. The prediction of BCI accuracy by individual characteristics is receiving increased attention, but requires replication studies and a comprehensive approach, to contribute to the growing base of evidence of predictors for SMR-BCI accuracy. While short PMR and VMC trainings could not yield an effect on BCI performance, mindfulness meditation training might be beneficial for SMR-BCI accuracy. Moreover, it could be implemented for people in the locked-in-syndrome, allowing to reach the end-users that are the most in need for improvements in BCI performance. / Les interfaces cerveau-ordinateur (angl. brain-computer interfaces, BCIs) basées sur les rythmes sensorimoteurs (angl. sensorimotor rhythms, SMR) permettent d’émettre des commandes par l’imagination de mouvements des mains ou des jambes. Dans le cas des BCIs non-invasifs, les manifestations neurophysiologiques liées á l’imagination motrice peuvent être mesurées par électroencephalographie (EEG) á la surface du cuir chevelu, puis détectées á l’aide d’algorithmes d’apprentissage. Après 30 années de progrès dans l’implémentation des BCI basées sur les SMR, il devient de plus en plus difficile d’obtenir un gain significatif de performance, alors qu’il est estimé qu’entre 15% et 30 % des utilisateurs ne peuvent pas utiliser une BCI basée sur les SMR. On parle d’inefficacité de la BCI (angl. BCI inefficiency). Une alternative aux avancées matérielles et logicielles réside dans l’investigation de caractéristiques propres à l’utilisateur. Dans ce travail de thèse, j’ai d’abord procédé à une revue de littérature sur les sources individuelles de variation de la performance SMR-BCIs, sous la forme de caractéristiques psychologiques, neurologiques et neuroanatomiques propres à l’utilisateur. Pour l’étude empirique, je me suis basé sur deux prédicteurs – l’attention et la dextérite motrice – que j’ai expérimentalement manipulés par des protocoles d’intervention. Ces deux prédicteurs ont été identifiés par Hammer et al. (2012) en tant que capacité à se concentrer (ability to concentrate) et durée moyenne d’erreur dans une tâche de coordination visuo-motrice (mean error duration in a visuomotor coordination task, VMC). La première étude comprend N=154 participants recrutés dans deux villes allemandes (Würzburg et Berlin). Avant de procéder à une session de BCI basée sur les SMR, les participants ont été aléatoirement répartis en trois groupes d’intervention d’une durée de 23 minutes. Le groupe PMR a pris part à une session de relaxation musculaire progressive de Jacobson, censée relaxer le participant ; le groupe VMC a pris part a une session de coordination visuo-motrice des deux mains, censé augmenter la dextérité motrice ; le groupe controle CG ayant eu pour tâche de lire un texte. Les résultats, analysés indépendemment pour chaque lieu de mesure, indiquent que l’entraînement PMR ou VMC n’ont pas provoqué d’amélioration significative de la performance BCI. L’effet des interventions sur leurs variables témoins respectives (PMR sur le niveau subjectif de relaxation ; VMC sur la durée moyenne d’erreur) sont inéquivoques. Il n’est donc pas possible d’interpréter l’absence d’effet d’entraînement sur la performance BCI. Les corrélations entre les variables témoins et la performance BCI répliquent les deux prédicteurs à l’origine de l’étude, mais ces résultats sont restreints à l’un des deux lieux de mesure. La seconde étude a été menée sur N=39 participants pour lesquels la durée d’entraînement (soit PMR, VMC ou CG) a été prolongée sur quatre sessions étalées sur quatre jours successifs. Cette seconde étude a été conçue selon un modèle pré-test post-test permettant de réduire la sensibilité aux variations inter-individuelles de la performance, ainsi que de tester la présence d’une relation causale entre entraînement et performance BCI. Les variables témoins – relaxation et durée d’erreur VMC– ont evolué de maniere positive validant les entraînements. Cependant, les entraînements PMR et VMC n’ont eu aucun effet positif sur la performance BCI basée sur les SMR. Les prédicteurs n’ont donc pas de nouveau été répliqués, démontrant l’instabilité des niveaux de relaxation et la performance VMC dans leur association avec la performance BCI. L’effet de temps sur la performance BCI, constaté dans de nombreuses études a été répliqué. De manière plus inattendue, une correlation entre l’échelle d’attention consciente (state mindfulness scale, SMS) et la performance BCI a été révélée. Globalement, Les résultats de ces deux études empiriques indiquent que de courts entraînements PMR ou VMC ont été insuffisants pour améliorer la performance BCI. Ces études contrastent donc avec les précédentes études qui au contraîre ont montré un effect positif d’un entraînement en relaxation Tan et al. (2009, 2014), notamment marqués par leur durée s’étalant sur plusieurs mois ainsi que leur forme de relaxations basées sur la méditation de pleine conscience (angl. Mindfulness). Mes deux études se démarquent cependant par la présence de tests de manipulation, l’approche expérimentale basée sur l’implémentation du potentiel des prédicteurs et corrélats de la performance BCI. La prédiction de performance SMR-BCI par des caractérisiques individuelles reçevant une attention croissante ces dernières années, il est nécessaire pour contribuer efficacement au domaine des sources de variation des BCI, d’opter pour une approche expériementale englobant les résultats existants, notamment par l’effort de réplication, et de comparaison d’études. En conclusion, Alors que de courts entraînements PMR et VMC n’ont pas eu d’effets sur la performance BCI basée sur les SMR, la piste de l’entraînement de méditation pleine conscience présente un potentiel qu’il est nécessaire de confirmer. De plus, il pourraît être mis en place pour des patients paralysés moteur (angl. locked-in syndrome, LIS), permettant de fait d’atteîndre la population pouvant le plus profiter des améliorations de la performance BCI. / Gehirn-Computer Schnittstellen (engl. brain-computer interfaces, BCIs), basierend auf der Modulation sensomotorischer Rhythmen (SMR), erlauben Menschen, Befehle an eine Schnittstelle zu übermitteln, beispielsweise durch die Vorstellung von Bewegungen der Hände oder der Füße. Die neurophysiologische Aktivität, die mit den Bewegungsvorstellungen assoziiert ist, kann mittels Elektroenzephalographie gemessen und durch Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens detektiert werden. Die Fortschritte in Bezug auf SMR-BCIs, die es in den letzten 30 Jahren gab, scheinen an eine Grenze zu stoßen. Das Hauptproblem liegt darin, dass 15 bis 30% der Nutzer keine Kontrolle über SMR-BCIs erlangen. Dieses Phänomen wird als „BCI Ineffizienz“ bezeichnet. Neben Verbesserungen der Hard- und Software ist die Untersuchung individueller Charakteristika der BCI Nutzer ein vielversprechender Ansatz, um die BCI Ineffizienz zu überwinden. Im Rahmen dieser Dissertation habe ich zunächst durch eine Literaturstudie zu den Ursachen der Variation der SMR-BCI Genauigkeiten individuelle Charakteristika identifiziert. In der experimentellen Untersuchung wurden Aufmerksamkeit und Feinmotorik als Prädiktoren für die Leistung mit einem SMR-BCI in ein Trainingsparadigma aufgenommen, das zum Ziel hatte, die SMR-BCI Genauigkeiten zu verbessern. Diese Prädiktoren wurden von Hammer et al. (2012) als die Konzentrationsfähigkeit (assoziiert mit Entspannungsniveau) und „mittlere Fehlerdauer“ in einer beidhändigen visuomotorischen Koordinationsaufgabe (engl. two-hand visuo-motor coordination task, VMC) identifiziert. In der ersten Studie der vorliegenden Dissertation nahmen insgesamt n=154 Studienteilnehmer an zwei verschiedenen Standorten teil. Im Vorfeld einer SMR-BCI Sitzung nahmen diese entweder an einer 23-minütigen Sitzung mit Progressiver Muskelrelaxation nach Jacobson (PMR), einer Sitzung mit VMC oder einer Kontrollgruppe (KG) teil. Es zeigten sich keine Effekte auf die Genauigkeiten des SMRBCI als Folge der Versuchsbedingung (VMC, PMR oder KG). Jedoch konnte auch durch Manipulationschecks nicht konsistent bestätigt werden, dass PMR eine Auswirkung auf das Entspannungsniveau und VMC auf die „mittlere Fehlerdauer“ hatte. In dieser ersten Studie konnten Korrelationen zwischen dem Entspannungsniveau oder „mittlerer Fehlerdauer“ und der Genauigkeit mit dem SMR-BCI aufgedeckt werden, jedoch nicht an beiden Standorten. In der zweiten Studie dieser Dissertation mit n=39 Teilnehmern wurde das Training durch die Steigerung auf vier Sitzungen intensiviert, die an vier aufeinanderfolgenden Tagen entweder mit PMR, VMC oder KG durchgeführt wurden. Der Effekt dieser Manipulation auf SMRBCI Genauigkeiten wurde mittels eines Pretest-Posttest-Studiendesigns untersucht. Die Manipulationschecks validierten den positiven Effekt des Trainings sowohl für Entspannung als auch die „mittlere Fehlerdauer“. Es gab jedoch keine spezifische Wirkung des Trainings auf die BCI Genauigkeiten. Entspannungsniveau und „mittlere Fehlerdauer“ konnten nicht als zuverlässige Prädiktoren für SMR-BCI Leistung bestätigt werden. Es gab einen Effekt der Zeit auf die BCI Genauigkeit und eine Korrelation zwischen der State Mindfulness Scale und der Genauigkeit. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein kurzes PMR oder VMC Training nicht ausreichten, um SMR-BCI Genauigkeiten zu steigern. Diese Studie steht im Widerspruch zu Studien von Tan et al. (2009, 2014), die erfolgreich die SMR-BCI Genauigkeit steigern konnten, unterscheidet sich von diesen jedoch auch durch die kürzere Trainingsdauer und dem Fehlen von Achtsamkeitskomponenten beim Entspannungstraining. Weitere Unterschiede liegen in dem verwendeten Manipulationscheck und dem umfassenden experimentellen Ansatz der aktuellen Studie mit dem Ziel, zuvor ermittelte Prädiktoren oder Korrelate von SMR-BCI Genauigkeit zu replizieren. Die Vorhersage von BCI Genauigkeit durch individuelle Charakteristika erhält steigende wissenschaftliche Aufmerksamkeit, bedarf aber Replikationsstudien und eines umfassenden Ansatzes, um die Beweislage hinsichtlich Prädiktoren für SMR-BCI Genauigkeit zu verbessern. Während für kurze PMR und VMC Trainings kein Effekt auf die SMR-BCI Genauigkeit aufgedeckt werden konnte, könnte sich achtsamkeitsbasiertes Meditationstraining als vorteilhaft für die Leistung mit einem SMR-BCI erweisen. Darüber hinaus könnte es auch für Personen mit Locked-In-Syndrom implementiert werden, um so diejenigen Endnutzer zu erreichen, die am meisten von Verbesserungen der BCI Leistung profitieren würden.

Human-computer interfaces have the potential to support mental health practitioners in alleviating mental distress. Adaption of this technology in practice is, however, slow. We provide means to extend the design space of human-computer interfaces for mitigating mental distress. To this end, we suggest three complementary approaches: using presentation technology, using virtual environments, and using communication technology to facilitate social interaction. We provide new evidence that elementary aspects of presentation technology affect the emotional processing of virtual stimuli, that perception of our environment affects the way we assess our environment, and that communication technologies affect social bonding between users. By showing how interfaces modify emotional reactions and facilitate social interaction, we provide converging evidence that human-computer interfaces can help alleviate mental distress. These findings may advance the goal of adapting technological means to the requirements of mental health practitioners. / Mensch-Computer-Schnittstellen haben das Potenzial, psychosoziale Fachkräfte bei der Linderung von psychischen Problemen zu unterstützen. Die Adaption solcher Technologien in der Praxis verläuft jedoch langsam. Wir stellen Mittel zur Verfügung, um den Gestaltungsraum von Mensch-Computer-Schnittstellen zur Linderung von psychischen Belastungen zu erweitern. Zu diesem Zweck schlagen wir drei komplementäre Ansätze vor: die Verwendung von Präsentationstechnologie, die Verwendung virtueller Umgebungen und die Verwendung von Kommunikationstechnologie zur Erleichterung sozialer Interaktion. Wir liefern neue Belege dafür, dass elementare Aspekte der Präsentationstechnologie die emotionale Verarbeitung virtueller Stimuli beeinflussen, dass die Wahrnehmung unserer Umgebung die Art und Weise beeinflusst, wie wir unsere Umgebung bewerten, und dass Kommunikationstechnologien die soziale Bindung zwischen Nutzern beeinflussen. Indem wir zeigen, wie Benutzerschnittstellen emotionale Reaktionen modifizieren und soziale Interaktion erleichtern, liefern wir konvergierende Hinweise dafür, dass Mensch-Computer-Schnittstellen die Linderung von psychischen Belastungen unterstützen können. Diese Erkenntnisse können das Vorhaben unterstützen, technologische Möglichkeiten an die Bedürfnisse von psychosozialen Fachkräften anzupassen.

Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst verschiedene Datenaustauschmöglichkeiten zwischen dem CAD-Programm Allplan 22 und der FE-Software RFEM 6 untersucht. Insbesondere die beiden offenen IFC- und SAF-Schnittstellen werden anhand einer praktischen Bearbeitung genauer betrachtet. Anschließend werden beide Vorgänge bewertet. Außerdem findet eine Untersuchung der Nachweisführungen anhand dieses Tragwerks, welches nach herkömmlicher Bemessung vorliegt, statt. Dabei werden die vorliegenden Ergebnisse der Handrechnung mit den Ergebnissen einer statischen Analyse am gesamtheitlichen 3D-Modell gegenübergestellt. Diese Untersuchung der Nachweisführung bezieht sich einerseits auf die Schnittgrößenermittlung, andererseits auf die Nachweisführung im Grenzzustand der Tragfähigkeit. Es werden mit der Flachdecke, einer Innenstütze und einem Unterzug drei Bauteile explizit untersucht. Insbesondere an den Bauteilen Stütze und Unterzug sind hierbei Ergebnisabweichungen am 3D-Analysemodell festge- stellt worden.:1 EINLEITUNG 2 EINFÜHRUNG IN DIE BIM-METHODE 2.1 EINFÜHRUNG UND DEFINITION, BEGRIFFSERKLÄRUNGEN 2.2 BIM ALS OBJEKTORIENTIERTES MODELL 2.3 ANWENDUNG DER BIM-METHODIK IN DER TRAGWERKSPLANUNG 3 DATENAUSTAUSCH AUS ALLPLAN 22 IN RFEM 6 3.1 AUSTAUSCHMÖGLICHKEITEN OPEN-BIM 3.2 DATENAUSTAUSCH ÜBER DIE IFC-SCHNITTSTELLE 3.3 DATENAUSTAUSCH ÜBER DIE SAF-SCHNITTSTELLE 3.3.1 Bearbeitung in SCIA AutoConverter 3.3.2 Erstellung der Excel-basierten SAF-Datei 3.3.3 Import in RFEM 6 3.3.4 Berechnung des Tragwerkmodells 3.4 PRAXISGERECHTE MODELLIERUNG EINES CAD-MODELLS 4 GRUNDLAGEN UND VORGEHEN IN DER FE-BERECHNUNG 4.1 GEGENÜBERSTELLUNG 3D-ANALYSEMODELL ZU HERKÖMMLICHER MODELLIERUNG 4.1.1 Grundprinzip Finite-Elemente-Methode 4.1.2 Abbildung der Tragstruktur 4.1.3 Vor- und Nachteile des FE-Analysemodells 4.2 HERANGEHENSWEISE DER BAUTEILUNTERSUCHUNG 4.3 REFERENZMODELL NACH MINNERT 4.3.1 Statisches System des Tragwerks 4.3.2 Allgemeines, Belastungen und Verformungsuntersuchung 4.4 STATISCHES SYSTEM DES 3D-ANALYSEMODELLS 5 UNTERSUCHUNG ZUR NACHWEISFÜHRUNG 5.1 FLACHDECKE IM REGELGESCHOSS 5.1.1 Randbedingungen des Tragelements 5.1.2 Schnittgrößenermittlung mithilfe des herkömmlichen Verfahrens 5.1.3 Schnittgrößenermittlung mithilfe RFEM 6 5.1.4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit 5.1.5 Wirklichkeitsnähere Tragwerksmodellierung durch Bauteilkopplung 5.2 INNENSTÜTZE IM ERDGESCHOSS 5.2.1 Randbedingungen des Tragelements 5.2.2 Schnittgrößenermittlung mithilfe des herkömmlichen Verfahrens 5.2.3 Schnittgrößenermittlung mithilfe 3D-Analysemodell 5.2.4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit 5.2.5 Wirklichkeitsnähere Tragwerksmodellierung durch Bauteilkopplung 5.3 UNTERZUG IM KELLERGESCHOSS 5.3.1 Randbedingungen des Tragelements 5.3.2 Schnittgrößenermittlung mithilfe des herkömmlichen Verfahrens 5.3.3 Schnittgrößenermittlung mithilfe 3D-Analysemodell 5.3.4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit 5.3.5 Wirklichkeitsnähere Tragwerksmodellierung durch Bauteilkopplung 6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK / Within the scope of this thesis, different data exchange options between the CAD-program Allplan 22 and the FE-software RFEM 6 are examined first. In particular, the two open IFC- and SAF-interfaces are examined in more detail by means of a practical processing. Subsequently, both processes are evaluated. In addition, an investigation of the verification procedures is carried out on the basis of this structure, which is available according to conventional design. The results of the manual calculation are compared with the results of a structural analysis on the overall 3D model. This investigation of the verification procedure refers on the one hand to the determination of internal forces and on the other hand to the verification in the ultimate limit state. With the flat slab, an internal column and a downstand beam, three structural components are explicitly investigated. In particular, deviations from the results of the 3D analysis model were found for the column and beam components.:1 EINLEITUNG 2 EINFÜHRUNG IN DIE BIM-METHODE 2.1 EINFÜHRUNG UND DEFINITION, BEGRIFFSERKLÄRUNGEN 2.2 BIM ALS OBJEKTORIENTIERTES MODELL 2.3 ANWENDUNG DER BIM-METHODIK IN DER TRAGWERKSPLANUNG 3 DATENAUSTAUSCH AUS ALLPLAN 22 IN RFEM 6 3.1 AUSTAUSCHMÖGLICHKEITEN OPEN-BIM 3.2 DATENAUSTAUSCH ÜBER DIE IFC-SCHNITTSTELLE 3.3 DATENAUSTAUSCH ÜBER DIE SAF-SCHNITTSTELLE 3.3.1 Bearbeitung in SCIA AutoConverter 3.3.2 Erstellung der Excel-basierten SAF-Datei 3.3.3 Import in RFEM 6 3.3.4 Berechnung des Tragwerkmodells 3.4 PRAXISGERECHTE MODELLIERUNG EINES CAD-MODELLS 4 GRUNDLAGEN UND VORGEHEN IN DER FE-BERECHNUNG 4.1 GEGENÜBERSTELLUNG 3D-ANALYSEMODELL ZU HERKÖMMLICHER MODELLIERUNG 4.1.1 Grundprinzip Finite-Elemente-Methode 4.1.2 Abbildung der Tragstruktur 4.1.3 Vor- und Nachteile des FE-Analysemodells 4.2 HERANGEHENSWEISE DER BAUTEILUNTERSUCHUNG 4.3 REFERENZMODELL NACH MINNERT 4.3.1 Statisches System des Tragwerks 4.3.2 Allgemeines, Belastungen und Verformungsuntersuchung 4.4 STATISCHES SYSTEM DES 3D-ANALYSEMODELLS 5 UNTERSUCHUNG ZUR NACHWEISFÜHRUNG 5.1 FLACHDECKE IM REGELGESCHOSS 5.1.1 Randbedingungen des Tragelements 5.1.2 Schnittgrößenermittlung mithilfe des herkömmlichen Verfahrens 5.1.3 Schnittgrößenermittlung mithilfe RFEM 6 5.1.4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit 5.1.5 Wirklichkeitsnähere Tragwerksmodellierung durch Bauteilkopplung 5.2 INNENSTÜTZE IM ERDGESCHOSS 5.2.1 Randbedingungen des Tragelements 5.2.2 Schnittgrößenermittlung mithilfe des herkömmlichen Verfahrens 5.2.3 Schnittgrößenermittlung mithilfe 3D-Analysemodell 5.2.4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit 5.2.5 Wirklichkeitsnähere Tragwerksmodellierung durch Bauteilkopplung 5.3 UNTERZUG IM KELLERGESCHOSS 5.3.1 Randbedingungen des Tragelements 5.3.2 Schnittgrößenermittlung mithilfe des herkömmlichen Verfahrens 5.3.3 Schnittgrößenermittlung mithilfe 3D-Analysemodell 5.3.4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit 5.3.5 Wirklichkeitsnähere Tragwerksmodellierung durch Bauteilkopplung 6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

Die Zunahme von Meldungen über Zwischenfälle in Kliniken und deren Ursachen werden in Wissenschaft und Gesellschaft diskutiert. Aus der Literatur lässt sich ableiten, dass die Mensch-Maschine-Schnittstelle Einfluss auf die Fehlerentstehung hat. Daher wird eine qualitative, standardisierte Befragung bei Anwendern von Medizingeräten durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass anthropometrische Gestaltungsregeln bisher wenig beachtet werden und dass ergonomische Vorgaben bei der Gestaltung von Menüstrukturen nach wie vor Verzögerungen im klinischen Arbeitsfluss hervorrufen, worunter die Effizienz und besonders die Zufriedenheit der Mitarbeiter leidet.

Der Beitrag befasst sich mit einer ersten methodisch-systematischen Analyse der Biomorphisierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen, also der Nutzung von biologischen Aktivitätsmustern für Signalkodierungen. Aufbauend auf Beispielen aus dem Alltag werden menschliche Eigenschaften, die sich zur Anthropomorphisierung und Biomorphisierung eignen, analysiert. Sodann werden geeignete Signalparameter zusammengestellt, die mit den technischen Ausgabemöglichkeiten und den dazugehörigen Signalen verbunden werden können. Beispielhaft wurde bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle eines Geldautomaten eine Biomorphisierung deren Interaktionen vorgenommen. Ein Ausblick auf Folgeuntersuchungen, welche die Interaktionen evaluieren, schließt den Beitrag.

Die Herstellung bogenverzahnter Bauteile für Antriebswellen ist durch einen hohen fertigungstechnischen Aufwand gekennzeichnet. Dieser erhöht sich mit zunehmender Komplexität der Verzahnungsgeometrie. Mit dem Beginn der Fertigung von Hochleistungsspindeln, stellt sich die Frage nach einer Alternative zur 5-Achsfräser Bearbeitung. Der folgende Mathcad-Creo-Mechanismen Vortrag umfasst das herkömmliche Erstellen von Bogenverzahnungen und die Weiterentwicklung 5-Achsschleifen mittels Bahndatenberechnung, der Vermessung der Bauteile und gegebenenfalls Korrektur der Bearbeitung.

Der Beitrag befasst sich mit einer ersten methodisch-systematischen Analyse der Biomorphisierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen, also der Nutzung von biologischen Aktivitätsmustern für Signalkodierungen. Aufbauend auf Beispielen aus dem Alltag werden menschliche Eigenschaften, die sich zur Anthropomorphisierung und Biomorphisierung eignen, analysiert. Sodann werden geeignete Signalparameter zusammengestellt, die mit den technischen Ausgabemöglichkeiten und den dazugehörigen Signalen verbunden werden können. Beispielhaft wurde bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle eines Geldautomaten eine Biomorphisierung deren Interaktionen vorgenommen. Ein Ausblick auf Folgeuntersuchungen, welche die Interaktionen evaluieren, schließt den Beitrag.

Workshop Mensch-Computer-Vernetzung