Hochschule für Technik FHNW

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A specifically designed injector for controlled lube oil addition in view of investigation of pre-ignition phenomena in dual–fuel/gas engines
(Frontiers Research Foundation, 11.05.2021) Süess, Pascal; Schneider, Bruno; Wüthrich, Dario; Wüthrich, Silas; Herrmann, Kai [in: Frontiers in Mechanical Engineering]
Internal combustion engines will continue to play a role during a transitional phase, especially in heavy-duty or marine applications. In this context, lean-burn gas/dual-fuel combustion is an attractive concept to reduce CO2, combined with considerably lower particulate and NOX pollution, and with efficiencies comparable to diesel combustion. However, ignition processes still pose considerable challenges, with pre-ignition in particular being a major issue. The underlying mechanisms are probably based on self-ignition of lube oil in hot zones. In order to investigate fundamentals of such phenomena in optically accessible test rigs, a novel injector was specifically developed to induce pre-ignitions artificially. The so-called “PieZo-Droplet-Injector” (PZDI) enables dosing of minor amounts of lubricating oil or even the injection of single droplets with diameters in the range of 100–200 µm. The working principle relies on a needle actuated with a piezo stack, which pushes a certain amount of lube oil in a bore so that (even single) droplets can be ejected through an adjustable nozzle. To confirm the PZDI functionality and to investigate droplet characteristics based on adjustable operating parameters, tests were performed under ambient conditions as well as in a constant volume combustion chamber under reasonable pressure and temperature conditions. Overall, the PZDI showed an excellent behavior in terms of capabilities to inject small amounts or even single droplets of lube oil. At last, this specially developed injector allows selective lube oil addition in an optically accessible engine test facility for upcoming examination of pre-ignition phenomena under real operating conditions.
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Active Data logger
(12/2011) Krebs, Matthias Christian; Stamm, Christoph [in: IMVS Fokus Report]
In the project „Active Data Logger“ we investigate the design of embedded data acquisition systems when focusing on mobility, efficiency and coverage of as many use cases as possible. Mobile data acquisition systems are needed in many fields of research and productive environments that require mobility, and they have different requirements than non-mobile data acquisition systems. After all, data collection and analysis is a very important task, as it provides a basis for gaining knowledge and taking decisions based on the results. The feasibility of a universal mobile data acquisition system is demonstrated with a proof of concept design and implementation which covers multiple use cases.
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Am Rande des Weltalls
(12/2012) Hudritsch, Marcus; Schindler, Martin; Krebs, Matthias Christian [in: IMVS Fokus Report]
Bis vor einigen Jahren war es alleine den Raumfahrtorganisationen wie der NASA vorbehalten, Bilder der Erde aus dem Weltall zu erstellen. Heutzutage stehen aber immer mehr moderne Technologien wie Mobilfunk, GPS und hochauflösende Kameras jedermann zur Verfügung und dies zu erschwinglichen Preisen. Deshalb sind nun auch ambitionierte Hobby-Weltraumforscher in der Lage, mit geringem finanziellem Aufwand erstaunliche Bilder der Erde aus der Stratosphäre zu produzieren und Messdaten zu sammeln.
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Android Best Practices to Improve Battery Efficiency
(12/2014) Yereaztian, Chris; Luthiger, Jürg [in: IMVS Fokus Report]
Multi-core CPUs, motion sensors and multiple wireless radios all draw a significant amount of power which make a regular battery recharge a necessity. Applications, which extensively use the available hardware, reduce the battery runtime severely. Continuous motion sensor recording excessively stress a smartphone’s CPU preventing it from entering a deep sleep state. Android 4.4 introduces a new batchmode for sensors data to keep the CPU asleep for longer periods of time by delaying the reporting of new data from the sensors. The same technique is applied when writing to flash memory. When using a content provider to store data write amplification occurs, which affects writing performance negatively. The longer write times due to the reduced writing speed decrease the battery efficiency even more. A similar batch-oriented strategy reduces the occurrence of write amplification. In return, the reduced writing time improves the battery efficiency.
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Annular Barcodes
(12/2015) Stamm, Christoph [in: IMVS Fokus Report]
In this publication1 we present a generic design for a novel annular barcode. On round media, circular or annular barcodes are more natural and preferable instead of traditional rectangular barcodes. Especially on round media with a distinctly convex or concave conic surface, an annular barcode is even more preferable than a full circle, because printing the barcode in the center of the media might be much more complicated or imprecise. Our generic annular barcode design supports different barcode and module sizes and therefore different data sizes. It includes different marker, synchronization, and data areas. For improved data robustness a data protocol and error correcting codes similar to them in QR codes are suggested. The feasibility of the design is shown by an implementation of an efficient and effective barcode decoder in C++ and a series of tests with distorted and noisy pictures of our annular barcodes.
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Automatisierung von Systemtests im industriellen Umfeld
(12/2011) Kellner, Anja; Kropp, Martin [in: IMVS Fokus Report]
Continuous Integration Umgebungen werden in der Regel im Software-Entwicklungszyklus für die kontinuierliche Integration der Software eingesetzt. In diesem Artikel zeigen wir, dass sich solche Systeme auch hervorragend für die Realisierung von automatisierten Testinfrastrukturen im industriellen Umfeld eignen. Im vorliegenden Anwendungsfall wird damit eine fast vollständig automatisierte System- und Akzeptanztestumgebung von Softwareprodukten zur Überwachung und Steuerung von Messtechnik-Sensoren erreicht.
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aWall: Agile Collaboration using Large Digital Multi-Touch Cardwalls
(12/2016) Anslow, Craig; Burkhard, Roger; Kropp, Martin; Mateescu, Magdalena; Vischi, Dario; Zahn, Carmen [in: IMVS Fokus Report]
Despite the availability of many digital agile board tools, most co-located agile software teams still use physical cardboards for their daily standup meetings. This is due to the fact that existing digital agile boards lacks supporting a collaborative workspace, direct interaction for the whole team in meetings, or making project information directly visible. In this paper we present aWall, a digital agile cardwall designed for the highly collaborative agile work style using large multi-touch wall displays. The effectiveness of aWall was evaluated in a user study with eleven software practitioners. Our findings indicate that aWall enables and encourages team work due to the large size of the wall, accessibility and visibility of large amounts of information, and possibility of customization of the interface. Based on this work, we suggest that augmenting digital cardwalls with large interactive touch technology and new interaction concepts is a useful way to support effective collaborative agile software development processes.
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BACnet/IT – Gebäudeautomation in Zeiten des Internets
(03/2018) Weck, Wolfgang [in: IMVS Fokus Report]
Über die letzten Jahrzehnte hat Datenkommunikation in verschiedenen Anwendungsbereichen Einzug gehalten und zu jeweils eigenen Lösungen geführt. So haben die Gebäudeautomations-Ingenieure für ihre Zwecke verschiedene Datennetzwerkstandards entwickelt, die sich in der Industrie und in bestehenden Gebäuden etabliert haben. Zugleich hat sich aus verschiedenen Anwendungen wie der Datenverarbeitung und der Büroinformation die bekannte Internet-Technologie entwickelt. Diese ist mittlerweile so verbreitet, dass eine Sogwirkung einsetzt: Dank hoher Stückzahlen, Marktmacht, Bekanntheit usw. wird es immer interessanter die Internet-Standards anstelle eigener, anwendungsspezifischer zu nutzen. Wie man zwei etablierte Standards – BACnet aus der Gebäudeautomation und die IT-Netze der Gebäude-Nutzer – zusammenbringen kann, ohne dass sich eine der beiden Welten komplett der anderen unterwirft, haben wir in einem KTI-geförderten Projekt zur Konvergenz der Gebäudeautomation und IT-Welt untersucht.
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Flow field investigation of a single engine valve using PIV, POD, and LES
(MDPI, 2023) Hoffmann, Jana; Mirsch, Niklas; Vera Tudela, Walter; Wüthrich, Dario; Rosenberg, Jorim; Günther, Marco; Pischinger, Stefan; Weiss, Daniel; Herrmann, Kai [in: Energies]
Due to stringent emission regulations, it is of practical significance to understand cycle-to-cycle variations in the combustion of fossil or renewable fuels to reach future emission regulations. The present study aims to conduct a parametric investigation to analyse the influence of the valve lift and different mass flows of an inlet valve of the test engine “Flex-OeCoS” on the flow structures. To gain a deeper understanding of the flow behaviour, an optical test bench for 2D Particle Image Velocimetry (PIV) and a Large Eddy Simulation (LES) are used. Turbulence phenomena are investigated using Proper Orthogonal Decomposition (POD) with a quadruple decomposition and the Reynolds stress transport equation. The results show good agreement between the PIV and LES. Moreover, the main flow structures are primarily affected by valve lift while being unaffected by mass flow variation. The turbulent kinetic energy within the flow field increases quadratically to the mass flow and to the decreasing valve lift, where large high-energetic flow structures are observed in the vicinity of the jet and small low-energetic structures are homogeneously distributed within the flow field. Furthermore, the convective flux, the turbulent diffusive flux, the rate of change, and the production of specific Reynolds stress are the dominant terms within the specific Reynolds stress transport equation.
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Investigation of flow fields emanating from two parallel inlet valves using LES, PIV, and POD
(MDPI, 2023) Hoffmann, Jana; Vera Tudela, Walter; Mirsch, Niklas; Wüthrich, Dario; Schneider, Bruno; Günther, Marco; Pischinger, Stefan; Weiss, Daniel; Herrmann, Kai [in: Energies]
Understanding cycle-to-cycle variations (CCV) is of practical importance for the combustion of fossil and renewable fuels, as increasingly stringent emission regulations require reductions in the negative effects of such variations. The subject of this study is the flow around inlet valves, since oscillations of such inlet flows affect the flow structure in the cylinder and are thus one of the causes of CCV. To this end, a parametric analysis of the influences of the mass flow rate and valve lift of two parallel engine intake valves on the flow structures is performed. This follows on from an earlier similar study where the flow around a single intake valve was investigated. To analyse the flow behaviour and, in particular, the interactions of the flow leaving these two valves, an optical test rig for 2D particle image velocimetry (PIV) and a large eddy simulation (LES) are used. Proper orthogonal decomposition (POD), together with a quadruple decomposition and the Reynolds stress transport equations, are used to study the turbulence phenomena. The PIV and LES results are in good agreement with each other. The detailed LES analysis of the flow structures shows that, for small valve lifts, the flow separates along the whole perimeter of the intake valve, and for larger valve lifts, the flow escapes only to one side. This is, for combustion engines with the tumble concept, the stage at which the tumble movement develops. Moreover, the flow structures are strongly influenced by the valve lift, while they are unaffected by the variation in the mass flow. The turbulent kinetic energy in the flow field increases quadratically with a decreasing valve lift and increasing mass flow. The large, high-energetic flow structures are particularly dominant near the jet, and the small, low-energetic structures are homogeneously distributed within the flow field. The specific Reynolds stress transport equation shows the limitations of two-dimensionality and large timesteps in the PIV results and the limitations of the LES model.
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IoT als Enabler für ein interaktives Schaufenster
(03/2018) Luthiger, Jürg; Schoch, Robin; Stamm, Christoph [in: IMVS Fokus Report]
Am Standort Brugg/Windisch betreibt die FHNW ein Maker Studio mit einem Schaufenster zur Präsentation von Wechselausstellungen. Um Passanten in die Wechselausstellungen einbeziehen zu können, sind lichtempfindliche Schalter am Schaufenster angebracht, mit denen die interaktiven Elemente einer Ausstellung gesteuert werden können. Diese Schalter und anderen interaktiven Elemente sind mit Technologien des Internet of Things (IoT) realisiert worden. Unter IoT wird die virtuelle Repräsentation realer, physischer Objekte verstanden, die untereinander mithilfe der Internet-Technologien kommunizieren können.
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Microservice Architektur: Ein Fundament für mobile Applikationen?
(12/2015) Luthiger, Jürg [in: IMVS Fokus Report]
Der renommierte Software-Architekt Martin Fowler hat 2014 den Begriff „Microservice Architektur“ geprägt. Mit einem solchen Architektur-Ansatz wird eine komplexe Anwendungssoftware nicht nur in Software-Komponenten aufgeteilt, sondern diese bleiben auch im Betrieb unabhängige Komponenten, die in einem eigenen Prozess laufen und die untereinander lediglich über technologie- und sprachunabhängige Schnittstellen kommunizieren. Die lose Koppelung der Komponenten bietet diverse Vorteile. Deshalb haben in der Zwischenzeit verschiedene grosse Firmen wie Amazon oder Netflix diesen Architekturansatz aufgegriffen. Auch wir haben uns bei der Überarbeitung des hochschuleigenen Informationssystems „App4Technik“ entschlossen, die Gesamtapplikation aus einer monolithischen Software-Architektur in eine Microservice Architektur zu überführen, die sowohl die Server-Applikation wie auch die mobile Technik-App umfasst. In diesem Artikel beschreiben wir unsere Erfahrungen aus dieser Migration.
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Microservices im Kontext Industrie 4.0
(12/2016) Krebs, Matthias Christian; Zeman, Mark [in: IMVS Fokus Report]
Industrie 4.0 ist eines der aktuellen Topthemen bei vielen industriellen Unternehmen. Einerseits bietet die damit verbundene Digitalisierung und Vernetzung von Prozessen viele Möglichkeiten der Effizienzsteigerung und neue Geschäftsmodelle, aber auch neue Herausforderungen, insbesondere beim Schutz der wertvollen Unternehmensdaten. Viele befürchten durch die zunehmende Auslagerung der Datenverarbeitung in eine Cloud einen Kontrollverlust über die eigenen Daten. In einem mit der Firma LCA Automation durchgeführten Projekt haben wir eine Webapplikation zur Zustandsüberwachung von Produktionsanlagen entwickelt unter dem Aspekt, dass die Datenhoheit gewährleistet werden kann. Dabei greifen wir auf eine Software-Architektur basierend auf Microservices zurück, welche einen standortunabhängigen Datenzugriff ohne Auslagerung kritischer Daten ermöglicht.
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Modulare domänenspezifische Sprachen
(12/2012) Luthiger, Jürg; Knecht, Markus [in: IMVS Fokus Report]
Für ein neuartiges Überwachungssystems von Lieferketten entwickeln wir mit Groovy und Java eine modulare DSL-Engine, welche es ermöglicht, eine domänenspezifische Sprache zu implementieren, deren Syntax und Semantik jederzeit durch neue Module ergänzt werden kann. Durch dieses modulare Konzept lässt sich die Funktionalität eines Systems, wie auch die DSL, sehr einfach an die sich ständig verändernden Bedürfnisse der Domänenspezialisten anpassen.
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Multiscale characterisation of staple carbon fibre-reinforced polymers
(MDPI, 06.11.2023) Zweifel, Lucian; Kupski, Julian; Dransfeld, Clemens; Caglar, Baris; Baz, Stephan; Cessario, Damian; Gresser, Götz T.; Brauner, Christian [in: Journal of Composites Science]
The aim of this study was to characterise the microstructural organisation of staple carbon fibre-reinforced polymer composites and to investigate their mechanical properties. Conventionally, fibre-reinforced materials are manufactured using continuous fibres. However, discontinuous fibres are crucial for developing sustainable structural second-life applications. Specifically, aligning staple fibres into yarn or tape-like structures enables similar usage to continuous fibre-based products. Understanding the effects of fibre orientation, fibre length, and compaction on mechanical performance can facilitate the fibres’ use as standard engineering materials. This study employed methods ranging from microscale to macroscale, such as image analysis, X-ray computed tomography, and mechanical testing, to quantify the microstructural organisations resulting from different alignment processing methods. These results were compared with the results of mechanical tests to validate and comprehend the relationship between fibre alignment and strength. The results show a significant influence of alignment on fibre orientation distribution, fibre volume fraction, tortuosity, and mechanical properties. Furthermore, different characteristics of the staple fibre tapes were identified and attributed to kinematic effects during movement of the sliver alignment unit, resulting in varying tape thicknesses and fuzzy surfaces.
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NFC Einsatz im Spital
(12/2013) Hediger, Emanuel; Luthiger, Jürg [in: IMVS Fokus Report]
Obwohl Near Field Communication eine relativ neue Technologie ist und noch nicht von allen grossen Smartphone Herstellern unterstützt wird, werden immer neue Anwendungsfälle entdeckt, wo der Einsatz dieser Technologie eine sinnvolle Verwendung findet. In einem Forschungsprojekt mit der Firma SenTec haben wir NFC im Spitalumfeld evaluiert und zwei konkrete Anwendungsfälle gefunden, wo dank NFC die Bedienung einer mobilen Applikation viel einfacher gestaltet werden konnte. In diesem Artikel geben wir zuerst einen Überblick über NFC und dessen Anwendungsgebiete und zeigen dann, wie wir NFC für unser Projekt konkret eingesetzt haben.
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Qualitative Study of Successful Agile Software Development Projects
(12/2014) Kropp, Martin; Meier, Andreas [in: IMVS Fokus Report]
Various studies show that the agile method has become a mainstream methodology for software development. When agile pioneers introduced this approach, they executed very successful projects which lead to the enormous popularity of agile development. With becoming mainstream, less experienced teams started to apply the agile approaches and news about failed agile projects appeared. This raises the question, what it needs to conduct successful agile projects. In a qualitative study we asked IT companies about the essential success factors in their successful agile projects. We found that there was a strong focus on engineering and management best practices. We found that when these practices did not work, mature teams sensed that following a recipe is not sufficient, and they started adapting the agile process to their needs. Applying a sense-making methodology like the Cynefin framework, theoretically explains our observations in the study.
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Scoop - Mobile Payment
(03/2018) Gruntz, Dominik; Knecht, Markus; Wullschleger, Stephan [in: IMVS Fokus Report]
In diesem Artikel wird die elektronische Geldbörse Scoop vorgestellt, die im Rahmen eines KTI Projektes entwickelt worden ist. Im Gegensatz zu anderen Mobile Payment Lösungen muss bei Scoop der Point of Sale (POS) nicht mehr direkt an das Internet angeschlossen sein. Das Settlement der Zahlung wird direkt am POS vorgenommen und, falls das Mobiltelefon am POS zum Zeitpunkt der Zahlung nicht online ist, so werden die Transaktionsdaten über ein langsames Netzwerk an den Server ausgeliefert. Um «Double-Spend»-Attacken zu erkennen, werden alle Transaktionen in einer Kette (Chain) gespeichert und mit kryptographischen Hash-Codes gesichert. Im POS sind die Hash-Codes in einem mit JavaCard programmierten Secure-Element gespeichert. In diesem Artikel präsentieren wir die Idee von Scoop und erläutern Aspekte der Realisierung.
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Software/Hardware Co-design: Crypto MicroCore
(12/2014) Nicola, Carlo U.; Knecht, Markus; Meier, Willi; Schleisiek, Klaus [in: IMVS Fokus Report]
MicroCore is a dual stack, Harvard architecture with three memory areas that can be accessed in parallel. One special feature of MicroCore is the possibility to define more complex Forth words by creating new CPU instructions that later can be implemented via VHDL in FPGA hardware. In our project we developed a new version of the MicroCore C-compiler based on lcc, a fully ANSI-C compliant compiler. The compiler generates from C-Code MicroCore instructions for the 1.71 version which are sent to the target hardware with the MicroForth-loader. We built in optimizations for the global stack allocations, first suggested by the group of Chris Bayley at the University of York. We tested our compiler with the BLAKE hash algorithm, implemented both in compiled MicroCore code and with BLAKE-optimized instructions directly coded in hardware via VHDL.
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Stateful View Controllers in iOS
(12/2013) Dietsche, Moritz [in: IMVS Fokus Report]
Für die Entwicklung einer zustandsbasierte Benutzungsschittstelle eines mobilen Gerätes zeigen wir drei verschiedene Ansätze auf. Wir vergleichen die Ansätze miteinander und führen einen Ansatz genauer aus, welchen wir im Rahmen der Entwicklung eines Störmeldesystems auf dem iPhone entwickelt haben. Dieser Ansatz basiert auf dem State Pattern und verwendet eine einzige einfache tabellarische Darstellung, welche dynamisch mit den zustandsabhängigen Elementen eingefüllt wird.
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