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Recent Submissions

Doctoral thesis

Open Access

Anwendbarkeit abstrakter Simulationsmodelle auf unterschiedlich komplexe Prozessorarchitekturen

FAU Studien aus der Informatik : 20, (FAU University Press, 2024) Rachuj, Sebastian

Simulationen sind ein adäquates Mittel zur Entwicklung von Software und der Vorhersage der zu erwartenden Laufzeit. Für diesen Zweck gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren. Jedoch ist bislang nicht geklärt, inwieweit sich die Ansätze für unterschiedliche Arten von Prozessorarchitekturen im Hinblick auf die vorhergesagte Laufzeit und erreichbare Simulationsgeschwindigkeit eignen. Ein einfacher Prozessor mit einem kurzen Befehlsfließband ist womöglich leichter vorhersagbar als eine komplexe Prozessorarchitektur, die eine Instruktionsverarbeitung außer Reihenfolge ermöglicht. Diese Dissertation untersucht diesen Sachverhalt durch die Betrachtung dreier ausgewählter Simulationsarten unterschiedlicher Abstraktionsebenen, wobei diese mit steigendem Modellierungsaufwand einen geringeren Vorhersagefehler aufweisen, dafür aber langsamer werden. Dabei wurde ein Ansatz auf Basis von Instruktionslatenzen, einer auf Basis eines instruktionsgetriebenen Architekturmodells und einer auf Grundlage eines taktgetriebenen Architekturmodells gewählt. Mit diesen werden drei Prozessorarchitekturen verschiedener Komplexität vorhergesagt und die erzielte Genauigkeit in Verbindung mit der erreichten Simulationsgeschwindigkeit verglichen. Zum Anlernen der Simulatoren an die Referenzprozessoren wird zudem auf eine algorithmische Konfiguration zurückgegriffen, die auch kurz ausgewertet wird. Es konnte schließlich, auch unter Verwendung extra eingeführter Metriken, festgestellt werden, dass der Geschwindigkeitsvorteil des schnellsten, aber ungenauesten Simulationsverfahrens, den etwas erhöhten Fehler gegenüber der anderen Simulationsarten für die Vorhersage jedes betrachteten Prozessors übertrifft. Aus diesem Grund kann als Ergebnis der Untersuchung die Empfehlung für die Verwendung von Instruktionsgewichten genannt werden, bei der für die vorhergesagte Gesamtlaufzeit die Einzellaufzeiten der einzelnen ausgeführten Befehle aufsummiert werden.

Doctoral thesis

Open Access

Tomographische Untersuchung von Dreiphasenströmungen in Packungskolonnen

(2024) Linder, Thomas

Die Fluiddynamik von zwei wenig mischbaren Flüssigkeiten und einer Gasphase in Packungskolonnen, wie sie bei der Dreiphasenrektifikation vorliegt, ist komplex und bisher wenig untersucht und verstanden. Zudem hat das Auftreten einer zweiten Flüssigphase in Packungskolonnen häufig einen negativen Einfluss auf die Kapazität und Trennleistung. Aus diesen Gründen werden in dieser Arbeit erstmalig örtlich und zeitlich hochaufgelöste tomographische Aufnahmen genutzt, um das Verständnis von Dreiphasenströmungen in Packungskolonnen zu erhöhen. Darüber hinaus werden verschiedene für die Auslegung und den Betrieb relevante fluiddynamische Parameter bestimmt. Hierzu wurde mit Wasser/1,2 Dichlorbenzol(DCB)/Stickstoff ein geeignetes Stoffsystem gefunden, auf diesem basierend ein Versuchsaufbau entwickelt und Messungen mit unterschiedlichen Packungen über einen großen Betriebsbereich durchgeführt. Für die quantitative Auswertung wurde eine Routine entwickelt und validiert, die es ermöglicht in der gesamten Kolonne jedem Pixel eindeutig eine Phase zuzuordnen. Darauf aufbauend können die Strömungsmorphologie analysiert und verfahrenstechnisch relevante Parameter wie Filmdicken und Holdups quantifiziert werden, welche bisher nur auf Einzelblechen oder integral über die Gesamtkolonne bestimmt wurden. Außerdem wird es durch neu entwickelte Methoden, wie der Tracermessung möglich, fluiddynamische Parameter mit verbesserter Aussagekraft für den Stofftransport, wie die aktiv durchflossene effektive Phasengrenzfläche, einzuführen. Die Ergebnisse zeigen eine starke Reduzierung dieser Größe des Wassers, weil diese beispielsweise von DCB-Filmen überströmt wird, und belegen somit anschaulich die Ursache für eine Verschlechterung der Trennleistung, falls die prozessrelevante Gemischkomponente primär in der wässrigen Phase gelöst ist. Durch die lokale Auflösung der Computertomographie und die hohe zeitliche Auflösung der Radiographie können darüber hinaus weitere für die Trennleistung und Kapazität relevante Kerngrößen wie die Verweilzeit, Tropfenbildung und die Flüssigkeitsverteilung über die gesamte Kolonne bestimmt werden. Hierdurch kann beispielsweise der reduzierte Betriebsbereich bei der Dreiphasenrektifikation gegenüber Zweiphasensystemen aufgrund der gegenseitigen Überlagerung der Flüssigphasen in Kombination mit dem Anstauen an den Packungsunterkanten bei strukturierten Packungen erklärt werden. Diese tomographischen Untersuchungen ermöglichen somit einen direkten Einblick in Packungskolonnen mit einer Dreiphasenströmung unter Prozessbedingungen. Durch die zeitlich und räumlich hochaufgelöste Bestimmung zahlreicher bereits etablierter Größen, welche aber bisher messtechnisch nicht zugänglich waren, kann das fluiddynamische Verständnis deutlich erhöht werden. Dies mündet darüber hinaus in einer deutlichen Vergrößerung der Datenbasis, die für die Modellierung und Simulation unerlässlich ist. Die Entwicklung neuer fluiddynamische Parameter mit verbesserter Aussagekraft für den Stofftransport, ermöglicht außerdem die Beantwortung weiterführender Fragen.

Doctoral thesis

Open Access

Wassergehaltsbestimmung an dentalen Kompositen mittels Karl-Fischer-Titration

(2024) Heckel, Lea

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Methode zur präzisen Bestimmung der Wasseraufnahme und des Grundgehaltes von dentalen CAD/CAM-Kompositen mit Hilfe der Karl-Fischer-Titration (KFT) erschlossen werden. Als etabliertes Standardverfahren soll die KFT auf ihre Eignung in der zahnärztlichen Werkstoffkunde geprüft werden. Hierzu wird der Vergleich mit der derzeitigen DIN EN ISO 4049: 2019-09 gezogen. In einer größer angelegten Messreihe werden die Ergebnisse validiert und gezeigt, dass die KFT diese Anforderungen umfassend erfüllt.

Doctoral thesis

Open Access

Empirical Essays on Firm-Level Digitalization and on Short-Time Work

(2024) Kagerl, Christian

The behavior of firms in the economy is an important determinant of market outcomes. For labor markets specifically, how work is organized within firms is pivotal. In three empirical essays using data from Germany, I study firm behavior and the (re)structuring of work in response to a negative economic and health shock - the Covid-19 pandemic - with a focus on investments in digital technologies and on short-time work. Thereby, this dissertation aims to contribute to an advanced understanding of the role of firms in labor markets. The first study demonstrates that the pandemic led to an increased diffusion of digital technologies in Germany. It is joint work with Christina Gathmann, Laura Pohlan and Duncan Roth. We use information from a self-designed survey module matched to administrative data to show that two-thirds of firms invested in digital technologies, three quarters of which cite the pandemic as an explicit reason for the investments. Investments took place mostly in hardware and software to enable a decentralized organization of work and were complemented by firm-provided training. Based on event-study specifications combined with entropy balancing, we document that digital investments lead to an insurance effect, shielding firms and their workers against the economic impacts of the shock. Investing firms have better employment developments and rely less on short-time work. Medium-skilled as well as young employees are the main beneficiaries of this insurance effect. The remaining two studies shift the focus towards the labor market insurance program of short-time work (STW), specifically the German scheme called Kurzarbeit. STW is a type of job retention scheme that works through subsidizing hours not worked during an economic crisis. The firm can flexibly reduce its wage costs in response to a shock by only paying for hours that were actually worked. For the affected employees meanwhile, the state covers a substantial percentage of the lost earnings. At the same time, the worker-firm relationship is not severed during STW, and friction costs resulting from job loss and rehiring are avoided. Hence, for transitory shocks, STW can be an efficient policy measure. During the pandemic, usage of Kurzarbeit reached unprecedented levels, with a peak of six million employees being in STW in the spring of 2020. The second study, co-authored with Malte Schierholz and Bernd Fitzenberger, probes the reporting of STW in firm surveys. For establishments, Kurzarbeit provides considerable flexibility. While the establishment has to notify the Federal Employment Agency about the number of workers that might be affected by STW prior to using it, it can then flexibly choose the actual utilization of STW. Real-time data on STW figures coming from firm surveys, however, exhibit an over-reporting bias, the sources of which we explain in the study. Using a high-frequency establishment survey linked to newly available administrative data on Kurzarbeit, we trace parts of the bias to establishments with STW being more likely to participate in a business survey and to peculiarities in the reporting of STW in multi-establishment firms. Further, using a yearly survey, we find that the remaining over-reporting decreases when establishments are asked retrospectively about a month with STW, and disappears with three months of retrospection. Three months is also the time by which the notification for reimbursements has to be handed in by the establishment, allowing us to link the over-reporting to how Kurzarbeit operates. In the third study, I investigate the effects of Kurzarbeit. I document that, besides financial reasons, firms value and use STW because it allows for labor hoarding. During the pandemic, I show that lower-productivity firms are more likely to select into STW, a pattern not observed during the financial crisis. This selection pattern is explained by the differing types of crises and their heterogeneous impact on establishments along the productivity distribution. I then turn to the labor market effects of the scheme in the pandemic, specifically employment effects (that is, the number of jobs saved from destruction by STW) and windfall effects (that is, jobs that are supported by STW but which would not be lost in the scheme's absence). Adjusting for the aforementioned selection in a matched event-study design at the establishment-level, I find significant positive employment ramifications of Kurzarbeit, with utilizing firms having 3-4% higher employment levels while in STW. After exiting STW, these effects quickly dissipate, a result driven by outflows among STW firms being initially lower, but higher after the end of STW. Post-STW outflows are not just delayed layoffs; a majority of those outflows are voluntary. Extrapolating the obtained employment effects and comparing them to the total number of STW-supported jobs reveals the existence of sizable windfall effects (i.e., deadweight losses), a finding that is supported by further indicators. Taken together, the three essays collected in this dissertation study how German firms restructured work processes in response to the shock of the Covid-19 pandemic. The shift to remote work was facilitated by an investment push in digital technologies, the repercussions of which outlast the crisis. Derived from firms' extensive usage of STW, the findings on the effects of Kurzarbeit can help inform policymakers in tweaking the scheme. In particular, the results on windfall effects suggest that Kurzarbeit could be improved by ensuring that the support scheme is well-targeted to those firms that actually need it.

Doctoral thesis

Open Access

Möglichkeiten und Nutzen technikassistierter Methoden in studentischer Lehre und klinischer Psychotherapie in der Kinder- und Jugendpsychiatrie

(2024) Hecker, Elke

Wissenschaftlicher Hintergrund und Forschungsziele: Die gesamte Lebenswelt sieht sich zunehmend mit Digitalisierungsanforderungen konfrontiert, so auch die Bereiche hochschulische Lehre und Studium, sowie Psychotherapie (PT) von Kindern und Jugendlichen. Die Kinder- und Jugendabteilung für Psychische Gesundheit am Universitätsklinikum Erlangen entwickelte ein Digitalisierungsinstrument: die HOSPIDEO-Videobox („Hospitieren per Video“). Es handelt sich um ein mobiles „Mini-Selbstbedienungs-Studio“, welches (lernrelevante) Inhalte selbstständig ohne technische Vorbereitung und Vorerfahrung als Videoaufnahme aufzeichnen kann. Übergeordnetes Forschungsziel ist die Evaluation der HOSPIDEO-Videobox und damit die Etablierung von (Patienten-) Videoaufnahmen als zukunftsweisende digitale Intervention in der Lehre und Patient:innenversorgung. In zwei Studien wurde dieses Vorhaben umgesetzt. Studie 1 Hintergrund und Fragestellungen: Der Einsatz digitaler Technologien wird zunehmend als fester Bestandteil der akademischen Lehre gefordert. Ziel der Studie war die Analyse des aktuellen Bedarfs unter Studierenden und Dozierenden hinsichtlich eines videobasierten eLearning-Konzepts im Lehrangebot der Kinder- und Jugendpsychiatrie (KJP) und dessen beabsichtigte Nutzung. Die zentrale Fragestellung bezog sich auf die wahrgenommene Nützlichkeit als wichtigsten Prädiktor für die Nutzungsabsicht. Es wurde untersucht, ob die zentralen Annahmen des Technologieakzeptanzmodels (TAM) nach Davis (1989) auch auf das eLearning-Konzept transferierbar sind. Ergänzend wurde die externe Variable „Relevanz für das Lernen“ in seiner Prädiktorfunktion untersucht. Die vorliegende Studie trägt somit auch zu einer Erweiterung der empirischen Befundlage bezüglich externaler Variablen bei. Methode: Im querschnittlichen Design einer Beobachtungsstudie erfolgte im Rahmen einer Bedarfsanalyse die Befragung von Studierenden (N = 91) und Dozierenden (N = 4) mittels standardisierter Fragebögen von 11/2019 bis 01/2020. Erfasst wurden die Konstrukte vorhandenes und inhaltlich präferiertes Lehrangebot im Bereich der KJP, Ansprüche und Zugänglichkeitsanforderungen an das eLearning-Angebot, die Nützlichkeit sowie die Nutzungsabsicht. Es wurden Mittelwertunterschiede (t-Test), Häufigkeitsunterschiede (Chi-Quadrat-Test) sowie Zusammenhänge (Pearson-Korrelation) statistisch geprüft und Effektgrößen interpretiert. Ergebnisse: Die deskriptiven Daten der Studierenden belegten sehr großes Interesse an Lehrangeboten der KJP. Die überwiegende Mehrheit (n = 82, 90.1%) bewertete Lernvideos als sinnvolle Ergänzung der Präsenzlehre und viele Studierende würden Videoaufnahmen in Form einzelner Patient:innenfälle und deren verstärkten Einsatz in Lehrveranstaltungen präferieren. Alle befragten Dozierenden bewerteten Lehrvideos einheitlich als sehr nützlich für die Lehrveranstaltung und würden selbst Videos aufzeichnen. Die Hypothesentestung ergab keinen Zusammenhang zwischen der wahrgenommenen Nützlichkeit (sinnvolle Ergänzung der Präsenzlehre, Unterstützung im Studium) und der Nutzungsabsicht (p = .237/.228). Die Überprüfung des Einflusses der externen Variable „wahrgenommene Relevanz“ auf die wahrgenommene Nützlichkeit erbrachte ein signifikantes Ergebnis (p = .033), dass Studierende, welche das eLearning-Konzept als eher relevant für die Klausurvorbereitung ansehen, eher denken, dass das eLearning-Angebot sie im Studium unterstützen kann. Schlussfolgerungen: Die Befunde verdeutlichen insgesamt den Bedarf an der Verbindung von digitalen Medien und Wissensvermittlung, die positive Grundeinstellung gegenüber dem eLearning-Konzept und das Potential von Patienten-Videoaufnahmen als Digitalisierungstool im Bereich Studium und Lehre. Praktische Implementierungsschritte v.a. bezogen auf die inhaltliche Konzeption mit der HOSPIDEO-Videobox in Form von Patientenvideos sind bereits vorzuweisen. Zukünftige Forschungsvorhaben sollten Moderatorvariablen wie z.B. den Grad der Erfahrung, ebenso wie weitere externale Variablen wie z.B. subjektive Normen berücksichtigen. Auch sollte die Stichprobenzusammensetzung repräsentativer ausfallen zur besseren Generalisierbarkeit von Untersuchungsergebnissen. Die Etablierung einer Video-Datenbank oder die Durchführung von Online-Prüfungen auf inhaltlicher Basis der Videos wären Weiterentwicklungen, welche es zu überprüfen gilt. Studie 2 Hintergrund und Fragestellungen: Videoaufnahmen bieten als objektive Dokumentations- und Analysehilfe viele Vorteile für die psychotherapeutische Diagnostik, Behandlung und Forschung, auch bei Kindern und Jugendlichen. Ziel der Studie war die Wirkevaluation und Etablierung der HOSPIDEO-Videobox in der kinder- und jugendpsychiatrischen Behandlung. Die zentrale Fragestellung war, ob die Vorteile des Videoeinsatzes im kinder- und jugendpsychiatrischen Kontext auch mit der HOSPIDEO-Videobox beobachtbar sind und dadurch ein Mehrwert für die therapeutische Behandlung und Visite resultieren kann, mit dem Ziel der Optimierung und Qualitätssteigerung der Patient:innenversorgung. Methode: Die monozentrische Pilot-Untersuchung stellte eine Interventionsstudie im randomisiert kontrollierten Design dar. Als zweifach gestufte unabhängige Variable wurde eine Versuchs-/Videogruppe (VG) einer Kontrollgruppe (KG; Treatment as Usual, TAU: Interview mit Audioaufnahme) gegenübergestellt. In der Anamnesesitzung beantworteten die Patient:innen Fragen vor der HOSPIDEO-Videobox (VG) oder im persönlichen Kontakt mit ihren Therapeut:innen (KG). In der darauffolgenden Therapiesitzung wurden diese Antworten im Rahmen der Einzeltherapie thematisiert/nachbesprochen. Die Videos wurden zudem im Rahmen der Patient:innenvorstellung in der Visite gezeigt. Die Stichprobe umfasste N = 31 Kinder und Jugendliche im Alter von 9 - 17 Jahren, die sich in der Kinder- und Jugendabteilung für Psychische Gesundheit im (teil-) stationären Behandlungssetting befanden. Es wurden die Stimmung (prä-post Anamnesesitzung/Therapiesitzung), das Antwortverhalten (Ausführlichkeit und Antwortlatenz) und die Antworttiefe sowie der Mehrwert für Therapie und Visite in standardisierten Fragebögen bei Patient:innen, Therapeut:innen und Team sowie durch objektive Messmethoden erfasst. Die statistischen Auswertungen erfolgten über Mittelwertvergleiche (Mann-Whitney-U-Tests) und Analysen mit Messwiederholung (Wilcoxon- Tests und Mixed ANOVAs). Ergebnisse: Die Gruppenvergleiche von Antwortverhalten, Antworttiefe und Mehrwert für die Therapie zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen VG und KG (p = .150 bis .950). Es fand sich ein geringer Effekt zu einer durchschnittlich höheren Einschätzung des Mehrwerts für die Therapie in der VG (d = 0.44). Ein statistischer Trend zeigte nach der Anamnesesitzung geringere Stimmungswerte in der KG als in der VG (p = .090). Sowohl vor der Therapiesitzung als auch danach gab es bedeutsame Stimmungsunterschiede zwischen der VG und der KG (p = .050/.030). Der negative Effekt der Therapiesitzung auf die Stimmung fiel in der VG klein und in der KG mittelgradig aus (r = 0.19/0.40). Beim Vergleich der Differenzwerte zur Stimmungsveränderung deuteten kleine Effektgrößen an, dass die Stimmungsverschlechterung während Anamnese- und Therapiesitzung in der KG deutlicher ausfiel (d = 0.45/0.37). Die Ergebnisse der Mixed ANOVA zeigten weder für die Anamnese- noch für die Therapiesitzung statistisch signifikante Veränderungen der Stimmung (Haupteffekt Zeit: p = .350/.110; Haupteffekt Gruppe: p = .140/.380). Der tendenziell statistisch bedeutsame Interaktionseffekt Zeit * Gruppe für die Therapiesitzung (p = .060) zeigt bei hoher Effektstärke (ɳ2 = .150) im Post-Hoc Test, dass die Stimmungsabnahme nur für die KG von Bedeutung war. Dem Einsatz von autonomen Videoaufnahmen in der Visite wurde ein hoher Mehrwert zugeschrieben. Die Durchführbarkeit sowohl bei der Videoaufnahme als auch bei der Verwendung der damit produzierten Videos in Therapie und Visite ist ausreichend gegeben. Schlussfolgerungen: Zukünftig sollte somit eine methodische Erweiterung und Ergänzungder PT durch das digitale Kommunikationstool fortgeführt und überprüft und eine Etablierung der HOSPIDEO-Videobox in die Behandlungspraxis forciert werden. Ferner sollten Alters- und Geschlechtseffekte, die zugrundeliegende Symptomatik und Einflussvariablen auf die Wirksamkeit im Forschungsinteresse stehen. Auch sollten jeweils Kontrollgruppen sowohl für die Gruppe der an der Visite Teilnehmenden als auch für die Videopräsentation in der Visite erwogen werden. Praktisch relevante Effekte sollten in einer größeren Stichprobe auf Signifikanz überprüft werden.