Funktionsintegration im Werkzeugbau durch laseradditive Fertigung

Werkzeugbauer stellen anspruchsvolle Spritzgießwerkzeuge als Einzelanfertigung oder in kleiner Stückzahl her. Dabei unterliegen sie einem hohen Zeit- und Kostendruck durch die Forderung der Kunden nach einer kurzen Time-to-Market und der Konkurrenz aus Niedriglohnländern. Eine Innovation des Werkzeugbaus zur Reduzierung von Zeit und Kosten ist die Integration von zusätzlichen Funktionen in bestehende Komponenten. Am Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik der TU Hamburg-Harburg wurde in Zusammenarbeit mit Werkzeugbau Siegfried Hofmann und Concept Laser ein Druckluftauswerfersystem für Spritzgießwerkzeuge entwickelt. Dieses System kann klassische Auswerferstifte vollständig ersetzen. Die Integration von Druckluftauswerfern in laseradditiv gefertigte Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung erfolgt kostenneutral, da sich die Fertigungszeit des Einsatzes durch das zusätzliche System nicht verlängert und eine Druckluftsteuerung bereits in Spritzgießmaschinen vorhanden ist. Zusätzlich entfällt durch das Druckluftauswerfersystem das komplette mechanische Auswerferpaket. Durch diese Einsparungen reduzieren sich Zeit und Kosten für das Werkzeug.

Prozessoptimierung des SLM-Prozesses mit hoch-reflektiven und thermisch sehr gut leitenden Materialien durch systematische Parameterfindung und begleitende Simulationen am Beispiel von Silber

Additive Manufacturing durch Aufschmelzen von Metallpulvern hat sich auf breiter Front als Herstellverfahren, auch für Endprodukte, etabliert. Besonders für die Variante des Selective Laser Melting (SLM) sind Anwendungen in der Zahntechnik bereits weit verbreitet und der Einsatz in sensitiven Branchen wie der Luftfahrt ist in greifbare Nähe gerückt. Deshalb werden auch vermehrt Anstrengungen unternommen, um bisher nicht verarbeitete Materialien zu qualifizieren. Dies sind vorzugsweise Nicht-Eisen- und Edelmetalle, die sowohl eine sehr hohe Reflektivität als auch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen – beides Eigenschaften, die die Beherrschung des Laser-Schmelzprozesses erschweren und nur kleine Prozessfenster zulassen. Die Arbeitsgruppe SLM des Lehr- und Forschungsgebietes Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik hat sich unter der Randbedingung einer kleinen und mit geringer Laserleistung ausgestatteten SLM Maschine der Aufgabe gewidmet und am Beispiel von Silber die Parameterfelder für Einzelspuren und wenig komplexe Geometrien systematisch untersucht. Die Arbeiten wurden von FEM Simulationen begleitet und durch metallographische Untersuchungen verifiziert. Die Ergebnisse bilden die Grundlage zur schnellen Parameterfindung bei komplexen Geometrien und bei Veränderungen der Zusammensetzung, wie sie bei zukünftigen Legierungen zu erwarten sind. Die Ergebnisse werden exemplarisch auf unterschiedliche Geometrien angewandt und entsprechende Bauteile gezeigt.

Ansätze zur Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren durch die Einführung eines Kennzahlensystems

Generative Fertigungsverfahren haben sich in den letzten Jahren als effektive Werkzeuge für die schnelle Entwicklung von Produkten nahezu beliebiger Komplexität entwickelt. Gleichzeitig wird gefordert, die Reproduzierbarkeit der Bauteile und auch seriennahe bzw. seriengleiche Eigenschaften zu gewährleisten. Die Vielfalt und der Umfang der Anwendungen sowie die große Anzahl verschiedener generativer Fertigungsverfahren verlangen adäquate Qualitätsüberwachungs- und Qualitätskontrollsysteme. Ein Lösungsansatz für die Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren besteht in der Einführung eines Kennzahlensystems. Hierzu müssen zunächst Anforderungsprofile und Qualitätsmerkmale für generativ hergestellte Bauteile definiert werden, welche durch Prüfkörpergeometrien abgebildet und mit Hilfe von Einzelkennzahlen klassifiziert werden. In Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde die Qualitätsbewertung anhand von Prüfkörpergeometrien am Beispiel des Laser-Sinterprozesses qualifiziert. Durch Beeinflussung der Prozessparameter, d.h. der gezielten Einbringung von Störgrößen, welche einzeln oder in Kombination zu unzulässigen Qualitätsschwankungen führen können, ist es möglich, die Qualität des Produktes zu beurteilen. Die Definition von Einzelkennzahlen, die eine Steuerung und Kontrolle sowie eine Vorhersage potentieller Fehler ermöglicht, bietet hierbei essentielle Möglichkeiten zur Qualitätsbewertung. Eine Zusammenführung zu einem gesamtheitlichen Kennzahlensystem soll zum einen den Prozess auf Grundlage der definierten Anforderungsprofile bewerten und zum anderen einen direkten Zusammenhang der ausgewählten Störgrößen und Prozessgrößen herleiten, um vorab eine Aussage über die Bauteilqualität treffen zu können.

Ausschöpfung der vollen Leistungsfähigkeit von Sortiersystemen durch neue Einschleustechnik

Die Ausschöpfung der vollen Leistungsfähigkeit von Stückgut-Sortiersystemen bedingt eine stetige Zuförderung der Stückgüter über die Einschleusungen zum Sorter. Für Sortiersysteme mit nur einer Einschleusung trifft dies in besonderer Weise zu, da in diesem Fall die maximale Durchsatzleistung des Sorters direkt durch die maximale Durchsatzleistung der Einschleusung begrenzt wird. Im Rahmen dieses Artikels werden unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten für die Einschleusung am Drehsorter vorgestellt, mit denen unterschiedliche Leistungsniveaus erreicht werden können. Im Vordergrund steht dabei eine Fördertechnik zur Synchronisation der Stückgüter mit dem Sorter, mit der eine dynamische Einschleusung von bis zu 6000 Stückgütern pro Stunde realisiert werden kann. Eine aufwändige Regelung mehrerer Einschleusbänder entfällt dabei.

Bildungsdienstleistung eLearning

Die Möglichkeit, Lernen mit Hilfe digitaler Medien zu unterstützen, wird von der einschlägigen Forschungsliteratur mehrheitlich propagiert. Doch die Technik allein bringt nicht automatisch einen pädagogischen Mehrwert mit sich. Um Handlungsempfehlungen zum technologiebasierten Lehren und Lernen zu erstellen, fehlten bislang empirische Untersuchungen und Darstellungen der vielfältiger werdenden Praxis des didaktischen Handelns mit elektronischen Medien. Horst Rippien rekonstruiert mit leitfadengestützten Interviews sechs Fälle von Weiterbildungs-Organisationen und deren unterschiedliche Leistungen zur Anregung und Unterstützung des Lernens Erwachsener in technologisch gestützten Lehr-Lern-Settings. Der Ansatz der „Dienstleistung Weiterbildung“ betont die Rolle der Kooperation mit Auftraggebern und Lernenden, vergleicht die empirisch vorfindlichen flexiblen Organisationsprofile miteinander und führt sie zu einem wirkungsvollen eLearning zusammen.

Mobile Learning – Begriff, Modelle, Forschung

Der vorliegende Übersichtsartikel betrachtet Mobile Learning aus einer pädagogisch-psychologischen und didaktischen Perspektive. Mobile Learning (M-Learning), das seit Mitte der 1990er in unterschiedlichsten Kontexten Einzug in den Bildungssektor hielt, ist ein dynamisches und interdisziplinäres Feld. Dynamisch, weil M-Learning durch die rasche Entwicklung im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie, wie kaum ein anderes Forschungsfeld, einem derart großen Wandel unterworfen ist. Interdisziplinär, weil durch das Zusammentreffen von mobiler Technik und Lernen auch unterschiedliche Fachdisziplinen betroffen sind. Die verschiedenen Sichtweisen und auch die Komplexität des Feldes haben dazu geführt, dass bis heute keine einheitliche Definition des Begriffs besteht. Ziel dieses Übersichtsartikels ist es, den aktuellen Forschungsstand aus didaktischer und pädagogisch-psychologischer Sicht aufzuzeigen. Dazu werden zunächst wichtige Komponenten des M-Learning-Begriffs herausgearbeitet und daran anschließend didaktisch bedeutsame theoretische Ansätze und Modelle vorgestellt sowie kritisch betrachtet. Basierend auf dieser theoretischen Ausgangslage wird dann ein Rahmen gezeichnet, der verdeutlichen soll, wo empirische Forschung aus didaktischer und pädagogisch-psychologischer Sicht ansetzen kann. Entsprechende empirische Studien werden ebenfalls vorgestellt, um einen Eindruck des aktuellen empirischen Forschungsstandes zu geben. Dies alles soll als Ausgangspunkt für den zukünftigen Forschungsbedarf dienen.

Rechnergestützte Planung von Distributionszentren durch Einsatz der Graphentheorie

Obwohl Distributionszentren (DZ) zentrale Kernelemente von Lieferketten darstellen, lässt sich gegenwärtig keine strukturierte Methodik finden, um diese objektiv, systematisch und insbesondere ganzheitlich über alle Funktionsbereiche hinweg – vom Wareneingang über die Kommissionierung bis zum Warenausgang – zu planen. Der vorliegende Artikel befasst sich mit dieser wissenschaftlichen Lücke und beschreibt wie mit Hilfe von analytisch modellierten Standardmodulen innerhalb der verschiedenen Funktionsbereiche eines DZ durch Anwendung eines graphentheoretischen Ansatzes funktionsbereichsübergreifende Varianten von DZ generiert werden können. Zur automatisierten Ermittlung der optimalen Standardmodulkombination bzw. der optimalen DZ-Variante werden modifizierte Algorithmen zur Findung der kürzesten Wege innerhalb eines Graphen angewendet.

FiFi – Steuerung eines FTF durch Gesten- und Personenerkennung

Um den manuellen Transport in der Intralogistik zu erleichtern, wurde ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) entwickelt, das berührungslos vom Bediener gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt durch Gesten- und Personenerkennung basierend auf 3D-Daten der Umgebung. Das Paper beschreibt sowohl Zielsetzung, Betriebsarten und Anwendungsmöglichkeiten als auch das Steuerungskonzept der berührungslosen Steuerung und die technische Umsetzung der Plattform. Erste Experimente bestätigen, dass ein Roboter basierend auf 3D-Daten gesteuert werden kann. Verbesserungsmöglichkeiten in der Robustheit werden aufgezeigt.

VuLF – Entwicklung eines Versuchsstandes zur Fehlerminimierung durch Fahrzeuganalyse

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) kommen in der Intralogistik immer mehr zum Einsatz. Dabei wer-den neue Anforderungen an die FTS gestellt, die bisherige Aufgaben weit übersteigen. Der Transport von schweren Lasten und die Fahrt mehrere FTS in einer Formation sind dabei nur der Anfang einer Menge zukünftiger Einsatzgebiete. Große Probleme stellen dabei Schlupf und Verschleiß dar, die bisher noch kaum erforscht sind, welche die Performance der Fahrzeuge jedoch stark beeinträchtigen. Um diese Fehlerquellen besser verstehen zu können, wurde ein Versuchsstand entwickelt, mit dessen Hilfe Einzelfahrten aber auch Formationsfahrten in Bezug auf Schlupf und Verschleiß besser untersucht werden können. Dabei kann ein sehr breites Spektrum an Fahrzeugarten abgedeckt werden, da Parameter wie Lenksysteme oder Bereifung variabel gewählt werden können.

Action Research and Learning Analytics in Higher Education

Teaching is a dynamic activity. It can be very effective, if its impact is constantly monitored and adjusted to the demands of changing social contexts and needs of learners. This implies that teachers need to be aware about teaching and learning processes. Moreover, they should constantly question their didactical methods and the learning resources, which they provide to their students. They should reflect if their actions are suitable, and they should regulate their teaching, e.g., by updating learning materials based on new knowledge about learners, or by motivating learners to engage in further learning activities. In the last years, a rising interest in ‘learning analytics’ is observable. This interest is motivated by the availability of massive amounts of educational data. Also, the continuously increasing processing power, and a strong motivation for discovering new information from these pools of educational data, is pushing further developments within the learning analytics research field. Learning analytics could be a method for reflective teaching practice that enables and guides teachers to investigate and evaluate their work in future learning scenarios. However, this potentially positive impact has not yet been sufficiently verified by learning analytics research. Another method that pursues these goals is ‘action research’. Learning analytics promises to initiate action research processes because it facilitates awareness, reflection and regulation of teaching activities analogous to action research. Therefore, this thesis joins both concepts, in order to improve the design of learning analytics tools. Central research question of this thesis are: What are the dimensions of learning analytics in relation to action research, which need to be considered when designing a learning analytics tool? How does a learning analytics dashboard impact the teachers of technology-enhanced university lectures regarding ‘awareness’, ‘reflection’ and ‘action’? Does it initiate action research? Which are central requirements for a learning analytics tool, which pursues such effects? This project followed design-based research principles, in order to answer these research questions. The main contributions are: a theoretical reference model that connects action research and learning analytics, the conceptualization and implementation of a learning analytics tool, a requirements catalogue for useful and usable learning analytics design based on evaluations, a tested procedure for impact analysis, and guidelines for the introduction of learning analytics into higher education.

Learning through life

Web 2.0 und soziale Netzwerke gaben erste Impulse für neue Formen der Online-Lehre, welche die umfassende Vernetzung von Objekten und Nutzern im Internet nachhaltig einsetzen. Die Vielfältigkeit der unterschiedlichen Systeme erschwert aber deren ganzheitliche Nutzung in einem umfassenden Lernszenario, das den Anforderungen der modernen Informationsgesellschaft genügt. In diesem Beitrag wird eine auf dem Konnektivismus basierende Plattform für die Online-Lehre namens “Wiki-Learnia” präsentiert, welche alle wesentlichen Abschnitte des lebenslangen Lernens abbildet. Unter Einsatz zeitgemäßer Technologien werden nicht nur Nutzer untereinander verbunden, sondern auch Nutzer mit dedizierten Inhalten sowie ggf. zugehörigen Autoren und/oder Tutoren verknüpft. Für ersteres werden verschiedene Kommunikations-Werkzeuge des Web 2.0 (soziale Netzwerke, Chats, Foren etc.) eingesetzt. Letzteres fußt auf dem sogenannten “Learning-Hub”-Ansatz, welcher mit Hilfe von Web-3.0-Mechanismen insbesondere durch eine semantische Metasuchmaschine instrumentiert wird. Zum Aufzeigen der praktischen Relevanz des Ansatzes wird das mediengestützte Juniorstudium der Universität Rostock vorgestellt, ein Projekt, das Schüler der Abiturstufe aufs Studium vorbereitet. Anhand der speziellen Anforderungen dieses Vorhabens werden der enorme Funktionsumfang und die große Flexibilität von Wiki-Learnia demonstriert.

Mobile Games for Learning

Today, pupils at the age of 15 have spent their entire life surrounded by and interacting with diverse forms of computers. It is a routine part of their day-to-day life and by now computer-literacy is common at very early age. Over the past five years, technology for teens has become predominantly mobile and ubiquitous within every aspect of their lives. To them, being online is an implicitness. In Germany, 88% of youth aged between 12-19 years own a smartphone and about 20% use the Internet via tablets. Meanwhile, more and more young learners bring their devices into the classroom and pupils increasingly demand for innovative and motivating learning scenarios that strongly respond to their habits of using media. With this development, a shift of paradigm is slowly under way with regard to the use of mobile technology in education. By now, a large body of literature exists, that reports concepts, use-cases and practical studies for effectively using technology in education. Within this field, a steadily growing body of research has developed that especially examines the use of digital games as instructional strategy. The core concern of this thesis is the design of mobile games for learning. The conditions and requirements that are vital in order to make mobile games suitable and effective for learning environments are investigated. The base for exploration is the pattern approach as an established form of templates that provide solutions for recurrent problems. Building on this acknowledged form of exchanging and re-using knowledge, patterns for game design are used to classify the many gameplay rules and mechanisms in existence. This research draws upon pattern descriptions to analyze learning game concepts and to abstract possible relationships between gameplay patterns and learning outcomes. The linkages that surface are the starting bases for a series of game design concepts and their implementations are subsequently evaluated with regard to learning outcomes. The findings and resulting knowledge from this research is made accessible by way of implications and recommendations for future design decisions.

Erfahrbares Programmieren durch den zielgerichten Einsatz von Flugdrohnen im Informatikunterricht

Informatik- und insbesondere Programmierunterricht sind heute ein wichtiger Bestandteil der schulischen Ausbildung. Vereinfachte Entwicklungsumgebungen, die auf die Abstraktion typischer Programmierkonzepte in Form von grafischen Bausteinen setzen, unterstützen diesen Trend. Zusätzliche Attraktivität wird durch die Verwendung exotischer Laufzeitumgebungen (z. B. Roboter) geschaffen. Die in diesem Paper vorgestellte Plattform “ScratchDrone” führt ergänzend zu diesen Angeboten eine moderne Flugdrohne als innovative Laufzeitumgebung für Scratch-Programme ein. Die Programmierung kann dabei dank modularer Systemarchitektur auf verschiedenen Abstraktionsebenen erfolgen, abhängig vom Lernfortschritt der Schüler. Kombiniert mit einem mehrstufigen didaktischen Modell, der Herausforderung der Bewegung im 3D-Raum sowie der natürlichen menschlichen Faszination für das Fliegen wird so eine hohe Lernmotivation bei jungen Programmieranfängern erreicht.