Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2012

Rechnergestützte Wissenschaften Master Information
Wahlfächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0110-00LCompressible FlowsW4 KP2V + 1UJ.‑P. Kunsch
KurzbeschreibungThemen: Instationäre eindimensionale Unterschall- und Überschallströmungen, Akustik, Schallausbreitung, Überschallströmung mit Stössen und Prandtl-Meyer Expansionen, Umströmung von schlanken Körpern, Stossrohre, Reaktionsfronten (Deflagration und Detonation).
Mathematische Werkzeuge: Charakteristikenverfahren, ausgewählte numerische Methoden.
LernzielIllustration der Physik der kompressiblen Strömungen und Üben der mathematischen Methoden anhand einfacher Beispiele.
InhaltDie Kompressibilität im Zusammenspiel mit der Trägheit führen zu Wellen in einem Fluid. So spielt die Kompressibilität bei instationären Vorgängen (Schwingungen in Gasleitungen, Auspuffrohren usw.) eine wichtige Rolle. Auch bei stationären Unterschallströmungen mit hoher Machzahl oder bei Überschallströmungen muss die Kompressibilität berücksichtigt werden (Flugtechnik, Turbomaschinen usw.).
In dem ersten Teil der Vorlesung wird die Wellenausbreitung bei eindimensionalen Unterschall- und Überschallströmungen behandelt. Es werden sowohl Wellen kleiner Amplitude in akustischer Näherung, als auch Wellen grosser Amplitude mit Stossbildung behandelt.

Der zweite Teil befasst sich mit ebenen stationären Überschallströmungen. Schlanke Körper in einer Parallelströmung werden als schwache Störungen der Strömung angesehen und können mit den Methoden der Akustik behandelt werden. Zu der Beschreibung der zweidimensionalen Überschallumströmung beliebiger Körper gehören schräge Verdichtungsstösse, Prandtl -Meyer Expansionen usw.. Unterschiedliche Randbedingungen (Wände usw.) und Wechselwirkungen, Reflexionen werden berücksichtigt.
Skriptnicht verfügbar
LiteraturEine Literaturliste mit Buchempfehlungen wird am Anfang der Vorlesung ausgegeben.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Fluiddynamik I und II
151-0834-00LUmformtechnik II - Numerische Simulationsverfahren Information W4 KP2V + 2UP. Hora
KurzbeschreibungVermitteln der Grundlagen der nichtlinearen Finite-Elemente-Methoden. Implizite und explizite FEM-Verfahren für quasistatische Anwendungen; Modellierung von thermo-mechanisch gekoppelten Problemen; Modellierung von zeitlich veränderlichen Kontaktbedingungen; Modellierung des nichtlinearen Werkstoffverhaltens; Modellierung der Reibung; FEM-basierte Voraussage von Versagen durch Risse und Falten.
LernzielProzessoptimierung durch Einsatz numerischer Verfahren.
InhaltEinsatz virtueller Simulationsmethoden zur Planung und Optimierung von Umformprozessen. Grundlagen der virtuellen Simulationsverfahren, basierend auf der Methode der Finiten Elemente (FEM) und der Methode der Finiten Differenzen (FDM). Einführung in die Grundlagen der Kontinuums- und Plastomechanik zur mathematischen Beschreibung des plastischen Werkstoffflusses bei Metallen. Vorgehensweisen bei der Ermittlung prozessrelevanter Kenndaten. Uebnungen: Einsatz industrieller Simulationspakete für die Anwendungen Tiefziehen (Automotive), Innenhochdruckumformen (Space-Frame) und Strangpressen.
Skriptja
151-0836-00LMethoden der virtuellen Prozessauslegung umformtechnischer Systeme Information
Findet dieses Semester nicht statt.
W5 KP2V + 2UP. Hora
KurzbeschreibungEinführung in die heutigen Möglichkeiten der digitalen Fabrikmodellierung mit Beispielen aus den Bereichen digitale Automobilfabrik, digitale IHU-Fabrik, digitale Strangpressfabrik. Vermittelt werden Methoden der nicht-linearen FEM-Prozessanalyse, der nicht-linearen Optimierung und der stochastischen Prozesssimulation für umformtechnische Anwendungen.
LernzielVertiefter Einsatz virtueller Planungstools zur Kontrolle und Auslegung von umformtechnischen Fertigungsverfahren.
InhaltEinführung in die heutigen Möglichkeiten der digitalen Fabrikmodellierungen. Fallstudien: digitale Automobilfabrik, digitalen IHU-Fabrik, digitale Strangpressfabrik. Prozessschritte: Virtuelle Auslegung der Prozesse, tryout der Werkzeuge, Untersuchung der Parametersensitivität. Mathematische Methoden: nicht-lineare FEM, Methoden der nicht-linearen Optimierung, stochastische Verfahren zur Robustheitsuntersuchung.
Skriptja
151-0838-00LNumerische Berechnungsverfahren für Mikro- und Nano-Strukturen Information
Findet dieses Semester nicht statt.
W5 KP2V + 2UP. Hora
KurzbeschreibungVermittlung der Grundlagen der rechnergestützten Modellierung von Mikro- und Nanostrukturen. Behandlung molekulardynamischer Ansätze, kristallographischer Modelle zur Beschreibung des plastischen Fliessens auf der Ebene der Mikrostruktur und auch Methoden der zellulären Automaten. Die unterschiedlichen numerischen Berechnungsme-thoden sind dabei eng gekoppelt mit der Art der Werkstoffmodellierung.
LernzielMikro- und insbesondere Nano-Strukturen bestehen aus wenigen Körnern oder sogar Molekular-lagen. Die Berechnung dieser Strukturen ist mit gängigen kontinuumsmechanischen Berech-nungsmodellen nicht mehr zulässig. Die Vorlesung behandelt deshalb Berechnungsverfahren, welche eine mikrostrukturelle Beschreibung des Werkstoffverhaltens erlauben und somit in Be-reichen der Mikro- und Nanomodellierungen einsetzbar sind.
InhaltDie Vorlesung vermittelt die Grundlagen der rechnergestützten Modellierung von Mikro- und Nanostrukturen. Behandelt werden sowohl molekulardynamische Ansätze, kristallographische Modelle zur Beschreibung des plastischen Fliessens auf der Ebene der Mikrostruktur als auch die Methoden der zellulären Automaten. Die unterschiedlichen numerischen Berechnungsmethoden sind dabei eng gekoppelt mit der Art der Werkstoffmodellierung.
SkriptJa
151-0840-00LPrinciples of FEM Based Optimization and Robustness Analysis Information W5 KP2V + 2UP. Hora, B. Berisha, N. Manopulo
KurzbeschreibungDie Vorlesung vermittelt Grundlagen im Bereich stochastischer Simulationen und nichtlinearer Optimierungsmethoden. Zuerst werden die Methoden der nichtlinearen Optimierung für komplexe mechanische Systeme hergleitet und anschliessend auf reale Prozesse angewendet. Typische Anwendungen von stochastischen Methoden zur Vorhersage von Prozessstabilität und Robustheitsbewertungen werden behandelt.
LernzielIm Allgemeinen sind reale Systeme nichtlinear. Desweiteren unterliegen reale Prozesse Prozessschwankungen. Trotzdem werden gewöhnlich bei der Simulation zufallsunabhängige Randbedingungen mit konstanten Parametern angenommen. Demzufolge können mit diesen Ergebnissen keine Rückschlüsse auf das reale Systemverhalten gezogen werdnen. Das Ziel dieser Vorlesung ist es, einen Einblick in die Methoden der stochastischen Simulation und der nichtlinearen Optimierung zu geben.

Der Student lernt mathematische Methoden wie bspw. gradientenbasierte und gradientenfreie Methoden (Genetische Algorithmen) kennen. Er lernt den Umgang mit Optimierungsprogrammen (Matlab Optimization Toolbox) und löst damit grundlegende Probleme im Bereich Optimierung und Stochastik.

Desweiteren wird besonders auf die Optimierung und Robustheitsuntersuchungen von Ingenieursproblemen, unter Anwendung von kommerzieller Finite Elemente Software wie LS-Dyna und Optimierungssoftware wie LS-Opt, eingegangen.
InhaltGrundlagen der nichtlinearen Optimierung

- Einführung in die Problematik der nichtlinearen Optimierung und der stochastischen Prozesssimulation
- Grundlagen der nichtlinearen Optimierung
- Einführung in LS-Opt
- Design of Experiments DoE
- Einführung in die nichtlineare FEM

Optimierung nichtlinearer Systeme

- Anwendungsfall: Optimierung einfacher Tragwerke (LS-Dyna, LS-Opt)
- Optimierung mittels Metamodellen
- Einführung in die Strukturoptimierung
- Einführung in die Geometriparametrisierung zur Formoptimierung

Robustheit und Sensitivität mehrparametriger Systeme

- Einführung in die Stochastik und Robustheit von Prozessen
- Sensitivitätsanalysen
- Anwendungsbeispiele
Skriptja
227-0224-00LStochastic SystemsW4 KP2V + 1UJ. Lygeros, F. Herzog
KurzbeschreibungWahrscheinlichkeit. Zufallsprozesse. Stochastische Differentialgleichungen. Stochastische Differenz Gleichungen, Ito. Kalman-Filter. Stochastische optimale Regelung. Anwendungen in Finanz-Problemen.
LernzielBeschreibung, Filterung und Optimierung von dynamischen stochastischen Systemen. Anwendungsgebiete aus Technik und Finanzmathematik werden anhand von Beispielen präsentiert.
Inhalt- Stochastische Prozesse
- Stochastische Differentialrechnung
- Stochastische Differentialgleichungen
- Diskrete stochastische Differenzengleichungen
- Stochastische Prozesse AR, MA, ARMA, ARMAX, GARCH
- Kalman Filter
- Stochastische optimale Regelung (diskret und kontinuierlich)
- Anwendungen auf dem Gebiet der Finanzmathematik und Technik
SkriptH. P. Geering u. a., Stochastic Systems, Institut für Mess- und Regeltechnik, 2007 und Unterlagen
151-0206-00LEnergy Systems and Power EngineeringW4 KP2V + 2UR. S. Abhari, A. Steinfeld
KurzbeschreibungIntroductory first course for the specialization in ENERGY. The course provides an overall view of the energy field and pertinent global problems, reviews some of the thermodynamic basics in energy conversion, and presents the state-of-the-art technology for power generation and fuel processing.
LernzielIntroductory first course for the specialization in ENERGY. The course provides an overall view of the energy field and pertinent global problems, reviews some of the thermodynamic basics in energy conversion, and presents the state-of-the-art technology for power generation and fuel processing.
InhaltWorld primary energy resources and use: fossil fuels, renewable energies, nuclear energy; present situation, trends, and future developments. Sustainable energy system and environmental impact of energy conversion and use: energy, economy and society. Electric power and the electricity economy worldwide and in Switzerland; production, consumption, alternatives. The electric power distribution system. Renewable energy and power: available techniques and their potential. Cost of electricity. Conventional power plants and their cycles; state-of-the -art and advanced cycles. Combined cycles and cogeneration; environmental benefits. Solar thermal power generation and solar photovoltaics. Hydrogen as energy carrier. Fuel cells: characteristics, fuel reforming and combined cycles. Nuclear power plant technology.
SkriptVorlesungsunterlagen werden verteilt
151-0306-00LVisualisierung, Simulation und Interaktion - Virtual Reality I Information W4 KP4GA. Kunz
KurzbeschreibungTechnologie der virtuellen Realität. Menschliche Faktoren, Erzeugung virtueller Welten, Beleuchtungsmodelle, Display- und Beschallungssysteme, Tracking, haptische/taktile Interaktion, Motion Platforms, virtuelle Prototypen, Datenaustausch, VR-Komplettsysteme, Augmented Reality; Kollaborationssysteme; VR und Design; Umsetzung der VR in der Industrie; Human COmputer Interfaces (HCI).
LernzielDie Studierenden erhalten einen Überblick über die virtuelle Realität, sowohl aus technischer als auch aus informationstechnologischer Sicht. Sie lernen unterschiedliche Software- und Hardwareelemente kennen sowie deren Einsatzmöglichkeiten im Geschäftsprozess. Die Studierenden entwickeln eine Kenntnis darüber, wo sich heute die virtuelle Realität nutzbringend einsetzen lässt und wo noch weiterer Forschungsbedarf besteht. Anhand konkreter Programme und Systeme erfahren die Teilnehmer den Umgang mit den erlernten neuen Technologien.
InhaltDiese Vorlesung gibt eine Einführung in die Technologie der virtuellen Realität als neues Tool zur Bewältigung komplexer Geschäftsprozesse. Es sind die folgenden Themen vorgesehen: Einführung und Geschichte der VR; Eingliederung der VR in die Produktentwicklung; Nutzen von VR für die Industrie; menschliche Faktoren als Grundlage der virtuellen Realität; Einführung in die Erzeugung (Modellierung) virtueller Welten; Beleuchtungsmodelle; Kollisionserkennung; Displaysysteme; Projektionssysteme; Beschallungssysteme; Trackingssysteme; Interaktionsgeräte für die virtuelle Umgebung; haptische und taktile Interaktion; Motion Platforms; Datenhandschuh; physikalisch basierte Simulation; virtuelle Prototypen; Datenaustausch und Datenkommunikation; VR-Komplettsysteme; Augmented Reality; Kollaborationssysteme; VR zur Unterstützung von Designaufgaben; Umsetzung der VR in der Industrie; Ausblick in die laufende Forschung im Bereich VR.

Lehrmodule:
- Geschichte der VR und Definition der wichtigsten Begriffe
- Einordnung der VR in Geschäftsprozesse
- Die Erzeugung virtueller Welten
- Geräte und Technologien für die immersive virtuelle Realität
- Anwendungen der VR in unterschiedlichsten Gebieten
SkriptDie Durchführung der Lehrveranstaltung erfolgt gemischt mit Vorlesungs- und Übungsanteilen.
Die Vorlesung kann auf Wunsch in Englisch erfolgen. Das Skript ist ebenfalls in Englisch verfügbar.
Skript, Handout; Kosten SFr.50.-
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
keine
Vorlesung geeignet für D-MAVT, D-ITET, D-MTEC und D-INF

Testat/ Kredit-Bedingungen/ Prüfung:
– Teilnahme an Vorlesung und Kolloquien
– Erfolgreiche Durchführung von Übungen in Teams
– Mündliche Einzelprüfung 30 Minuten
151-0314-00LInformationstechnologien im Digitalen Produkt Information W4 KP3GE. Zwicker, R. Montau
KurzbeschreibungZielsetzung, Methoden und Konzepte Digitales Produkt und Product-Life-Cycle-Management (PLM)
Grundlagen Digitales Produkt: Produktstrukturierung, Optimierung Entwicklungs- und Engineeringprozess, Verteilung und Nutzung von Produktdaten in Verkauf, Produktion / Montage, Service
PLM-Grundlagen: Objekte, Strukturen, Prozesse, Integrationen
Praktische Anwendung.
LernzielDie Studierenden lernen vertieft die Grundlagen und Konzepte des Produkt-Lifecycle-Management (PLM), den Einsatz von Datenbanken, die Integration von CAx-Systemen, den Aufbau von Computer-Netzwerken und deren Protokolle, moderne computerunterstützte Kommunikation (CSCW) oder das Varianten- und Konfigurationsmanagement im Hinblick auf die Erstellung, Verwaltung und Nutzung des Digitalen Produktes.
InhaltMöglichkeiten und Potentiale der Nutzung moderner IT-Tools, insbesondere moderner CAx- und PLM- Technologien. Der zielgerichtete Einsatz von CAx- und PLM-Technologien im Zusammenhang Produkt-Plattform - Unternehmensprozesse - IT-Tools. Einführung in die Konzepte des Produkt-Lifecycle-Managements (PLM): Informationsmodellierung, Verwaltung, Revisionierung, Kontrolle und Verteilung von Produktdaten bzw. Produkt-Plattformen. Detaillierter Aufbau und Funktionsweise von PLM-Systemen. Integration neuer IT-Technologien in bestehende und neu zu strukturierende Unternehmensprozesse. Möglichkeiten der Publikation und der automatischen Konfiguration von Produktvarianten auf dem Internet. Einsatz modernster Informations- und Kommunikationstechnologien (CSCW) beim Entwickeln von Produkten durch global verteilte Entwicklungszentren. Schnittstellen der rechnerintegrierten und unternehmensübergreifenden Produktentwicklung. Auswahl und Projektierung, Anpassung und Einführung von PLM-Systemen. Beispiele und Fallstudien für den industriellen Einsatz moderner Informationstechnologien.

Lehrmodule
- Einführung in die PLM-Technologie
- Datenbanktechnologie im Digitalen Produkt
- Objektmanagement
- Objektklassifikation
- Objektidentifikation mit Sachnummernsystem
- Prozess- Kooperationsmanagement
- Workflow Management
- Schnittstellen im Digitalen Produkt
- Enterprises Application Integration
SkriptDidaktisches Konzept/ Unterlagen/ Kosten
Die Durchführung der Lehrveranstaltung erfolgt gemischt mit Vorlesungs- und Übungsanteilen anhand von Praxisbeispielen.
Handouts für Inhalt und Case; zT. E-learning; Kosten Fr.20.--
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen
Empfohlen:
Informatik II; Fokus-Projekt; Freude an Informationstechnologien

Testat/ Kredit-Bedingungen / Prüfung
Erfolgreiche Durchführung von Übungen in Teams
Mündliche Prüfung 30 Minuten, theoretisch und anhand konkreter Problemstellungen
151-0361-00LStrukturanalyse mit FEM Information W4 KP3GG. Kress
KurzbeschreibungDer Vorlesungsstoff beinhaltet mathematische Hilfskonzepte, Herleitung von Elementgleichungen, Randbedingungen, numerische Integration, Aufbau der Systemgleichungen, Lösungsmethoden, statische und Eigenwertprobleme, Substrukturtechnik, Freiheitsgradverknuepfung und nichtlineare Simulation fortschreitendenden Schadens. Es werden ANSYS und neu auch ein Lernprogramm in MATLAB eingesetzt.
LernzielZiel der Vorlesung ist die Verbindung von Theorieverständnis mit der Fähigkeit, praktische Strukturanalysen mit einem Anwenderprogramm durchführen zu können. Das vermittelte Theorieverständnis soll den Studierenden helfen, eine hohe Ergebnisqualität der Strukturanalysen zu erzielen, und es bildet auch eine Basis für eigene FEM-Programmierung.
Inhalt1. Direkte Methode zur Herleitung von finiten Elementen
2. Variationsmethoden zur Herleitung von finiten Elementen
3. Isoparametrische Koordinatentransformation
4. Numerische Integration und Verständnis der Integrationsfehler
5. Aufbau der Systemgleichungen
6. Randbedingungen und Freiheitsgradverknüpfung
7. Lösung der Systemgleichungen und Substrukturtechnik
8. Lösung von Eigenwertproblemen mittels Vektoriteration
9. Balkenelemente und Sperreffekt
10. Einführung in ein Anwenderprogramm
SkriptSkript und Vorlesungsmaterial in Papierform und als PDF-Datei:
http://www.structures.ethz.ch/education/master/intro/compulsory/analysis
LiteraturEs werden keine Lehrbuecher benoetigt.
Voraussetzungen / BesonderesTestatbedingung: Bearbeitung und Abgabe der Hausaufgaben und Testatprüfung. Sprache: Englische Lehrsprache nach Bedarf
151-0940-00LModelling and Mathematical Methods in Process and Chemical Engineering Information W4 KP3GM. Mazzotti
KurzbeschreibungEinführung in die Modellierungstechniken und mathematischen Methoden für nichtnumerische Lösungen von Gleichungen in der chemischen Verfahrenstechnik.
LernzielEinführung in die Modellierungstechniken und mathematischen Methoden für nichtnumerische Lösungen von Gleichungen in der chemischen Verfahrenstechnik.
InhaltFormulierung und Bearbeitung von mathematischen Modellen, Auswertung und Präsentation von Resultaten, Matrizen und deren Anwendung, Nichtlineare, gewöhnliche Differentialgl. erster Ordnung u. Stabilitätstheorem, Partielle Differenzialgleichungen erster Ordnung, Einführung in die Störungstheorie, Fallstudien: Mehrdeutigkeiten und Stabilität eines kontinuierlichen Rührkessels; Rückstandskurvendiagramme für einfache Destillation; Dynamik von Chromatographiekolonnen; Kinetik und Dynamik von oszillierenden Reaktionen.
Skriptkein Skript
LiteraturA. Varma, M. Morbidelli, "Mathematical methods in chemical engineering," Oxford University Press (1997)
H.K. Rhee, R. Aris, N.R. Amundson, "First-order partial differential equations. Vol. 1," Dover Publications, New York (1986)
R. Aris, "Mathematical modeling: A chemical engineer’s perspective," Academic Press, San Diego (1999)
151-0119-00LMolecular Fluid MechanicsW1 KP1GS. Schlamp, T. Rösgen
KurzbeschreibungTheory, applications, and simulation methods of fluids away from the continuum limit. The focus is on rarefied gases, but applications to micro-fluid mechanics will also be addressed.
LernzielFluids are usually treated in the continuum limit. For example, this assumption underlies the Navier-Stokes equations. For certain applications, this is not appropriate; when either the gas becomes so dilute that the molecules' mean-free path is comparable to external length scales (such as for hypersonic flight in the upper atmosphere), or when the external length scales become so small as to approach the molecular length scales (microfluid mechanics).

Students will learn:
- Relationship between the molecular nature of fluids and macroscopic quantities
- Underlying assumptions and approximations of continuum fluid mechanics in general and the Navier-Stokes equation in particular
- Theoretical and numerical approaches to treat non-continuum flows
InhaltMolecular description of matter: distribution functions, discrete-velocity gases, relation to macroscopic quantities

Kinetic theory: free-path theory, internal degrees of freedom.

Boltzmann equation: BBGKY hierarchy and closure, H theorem, Euler equations, Chapman-Enskog procedure, free-molecule flows.

Collisionless and transitional flows

Direct simulation Monte Carlo methods

Hypersonics

Applications
SkriptPrinted lecture notes will be distributed in class.
LiteraturText book:
T. I. Gombosi , Gaskinetic Theory, Cambridge University Press, 2008.

Suggested literature:
Ching Shen, Rarefied Gas Dynamics: Fundamentals, Simulations and Micro Flows (Heat and Mass Transfer), Springer, Berlin, 2005.
Voraussetzungen / BesonderesAt the class majority's request the lecture can be held in German; lecture notes, hoewever, will be in English in any case.
151-0182-00LTheoretical and Applied Computational Fluid DynamicsW4 KP3GA. Haselbacher
KurzbeschreibungThis course is focused on providing students with the knowledge and understanding required to develop simple computational fluid dynamics (CFD) codes and critically assess the results produced by CFD codes. As part of the course, students will develop their own code to solve the Euler and Navier-Stokes equations on unstructured grids and verify and validate them systematically.
LernzielSystematic introduction to development, analysis, and application of numerical methods for fluid-dynamics problems and interpretation of results.
InhaltContent:
1. Governing and model equations. Brief review of equations and properties
2. Overview of basic concepts: Overview of discretization process and its consequences
3. Overview of numerical methods: Finite-difference, finite-volume, finite-element methods, spectral methods
4. Analysis of spatially discrete equations: Consistency, accuracy, stability, convergence of semi-discrete methods
5. Time-integration methods: LMS and RK methods, consistency, accuracy, stability, convergence
6. Analysis of fully discrete equations: Consistency, accuracy, stability, convergence of fully discrete methods
7. Solution of advection equation: One-dimensional advection equation, motivation for and consequences of upwinding, TVD and WENO methods, two-dimensional advection equation, multidimensional methods
8. Solution of Burgers equation: Non-linear stability, conservation, shock capturing, TVD and WENO methods
9. Solution of diffusion equation: Splitting and fractional step methods.
10. Numerical methods for compressible Euler equations: Riemann problem, Godunov's method, approximate Riemann solvers, non-reflecting boundary conditions
11. Numerical methods for incompressible Navier-Stokes equations: Incompressibility constraint and consequences, fractional-step and pressure-correction methods, artificial-compressibility method
SkriptThe course is based mostly on notes developed by the instructor.
LiteraturLiterature: There is no required textbook. Suggested references are:
1. R.J. Leveque, Finite Volume Methods for Hyperbolic Equations, Cambridge, 2002
2. E. F. Toro, Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics, 3rd ed., Springer, 2009
3. H.K. Versteeg and W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, 2nd ed., Pearson Prentice Hall, 2007
Voraussetzungen / BesonderesPrior knowledge of fluid dynamics, applied mathematics, basic numerical methods, and programming in Fortran and/or C++ (knowledge of MATLAB is *not* sufficient).
151-0980-00LBiofluiddynamics Information W4 KP2V + 1UD. Obrist, P. Jenny
KurzbeschreibungIntroduction to the fluid dynamics of the human body and the modeling of physiological flow processes (biomedical fluid dynamics).
LernzielA basic understanding of fluid dynamical processes of the human body. Knowledge of the basic concepts of fluid dynamics and the ability to apply these concepts appropriately.
InhaltThis lecture is an introduction to the fluid dynamics of the human body (biomedical fluid dynamics). For selected topics of human physiology, we introduce fundamental concepts of fluid dynamics (e.g., creeping flow, incompressible flow, flow in porous media, flow with particles, fluid-vessel interaction) and use them to model physiological flow processes. The list of studied topics includes the cardiovascular system and related diseases, respiratory fluiddynamics, fluiddynamics of the inner ear, blood rheology, microcirculation, and blood flow regulation.
SkriptA script is provided in pdf-form.
LiteraturA list of books on selected topics of biofluiddynamics will be provided.
227-0116-00LVLSI I: von Architektur zu hochintegrierter Schaltung und FPGAW7 KP5GH. Kaeslin, N. Felber
KurzbeschreibungHochintegrierte Schaltungen, Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen sowie Field-Programmable Gate-Arrays verstehen. Beherrschen ihres Front-End Designs vom Architekturentwurf bis hinunter zu Netzlisten auf Gatterniveau. Modellierung und Simulation von Digitalschaltungen mit VHDL. Einsatz automatischer Synthesewerkzeuge zur Erzeugung funktionssicherer Schaltungen.
LernzielHochintegrierte Schaltungen (VLSI chips), Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen (ASIC) sowie Field-Programmable Gate-Arrays (FPGA) verstehen. Ihren inneren Aufbau kennen und passende Einsatzgebiete identifizieren können. Beherrschen des Front-End Designs vom Architekturentwurf bis zu Netzlisten auf Gatterniveau. Modellierung und Simulation von Digitalschaltungen mit VHDL. Gewährleisten des korrekten Verhaltens mithilfe von Simulation, Testbenches, und Assertions. Einsatz automatischer Synthesewerkzeuge zur Erzeugung funktionssicherer VLSI und FPGA Schaltungen. Sammeln von praktischen Erfahrungen mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL sowie mit industriellen Werzeugen zur Entwurfsautomatisierung (EDA).
InhaltDie Lehrveranstaltung befasst sich mit Systemaspekten beim Entwurf von hochintegrierten Schaltungen (VLSI) und mit komplexen programmierbaren Bausteinen (FPGA). Behandelt werden:
- Übersicht über Entwurfsmethoden und Fabrikationstiefen.
- Abstraktionsniveaus der Schaltungsmodellierung.
- Design Flows für VLSI und FPGA.
- Spezialisierte und general purpose Architekturen im Vergleich.
- Erarbeiten von Architekturen zu gegebenen Algorithmen.
- Optimierung von Durchsatz, Schaltungsgrösse und Energieeffizienz mithilfe von Architekturumformungen.
- Hardware-Beschreibungssprachen und zugrundeliegende Konzepte.
- VHDL (IEEE Norm 1076) zur Schaltungssimulation und -synthese.
- Das dazu passende neunwertige Logik-System (IEEE Norm 1164).
- Register-Transfer-Level (RTL) Synthese und ihre Grenzen.
- Evaluation synchroner und asynchroner Schaltungstechniken.
- Ein Plädoyer für synchrone Schaltungstechnik.
- Periodische Ereignisse und das Anceau Diagramm.
- Funktionale Verifikation integrierter Digitalschaltungen.
- Modulare, weitgehend wiederverwendbare Testbenches.
- Assertion-basierte Tests.
- Baublöcke digitaler VLSI Schaltungen.
- Fallstudien und Beispiele, Vergleich von ASICs mit Mikroprozessoren, DSPs und FPGAs.

In den Übungen wird eine digitale Schaltung in VHDL modelliert und eine Testbench für Simulationszwecke geschrieben. Anschliessend werden Netzlisten für VLSI-Schaltungen und FPGAs synthetisiert. Es gelangt ausschliesslich kommerzielle Software führender Anbieter zur Anwendung.
Literatur"Digital Integrated Circuit Design, from VLSI Architectures to CMOS Fabrication" Cambridge University Press, 2008, ISBN 9780521882675.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in Digitaltechnik.

Prüfungen:
Schriftlich im Anschluss an das Vorlesungssemester (FS). Prüfungsaufgaben sind in Englisch vorgegeben, Antworten werden auf Deutsch oder Englisch akzeptiert.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi1.en.html
227-0148-00LVLSI III: Test and Fabrication of VLSI CircuitsW6 KP4GN. Felber, H. Kaeslin
KurzbeschreibungBeherrschen von Methoden, Software-Werkzeugen und Apparaturen zum testgerechten Entwurf von VLSI Schaltungen, zum Prüfen fabrizierter digitaler ICs, sowie zur physikalischen Analyse im Fehlerfall. Grundwissen über moderne Halbleitertechnologien.
LernzielBeherrschen von Methoden, Software-Werkzeugen und Apparaturen zum testgerechten Entwurf von VLSI Schaltungen, zum Prüfen fabrizierter digitaler ICs, sowie zur physikalischen Analyse im Fehlerfall. Grundwissen über moderne Halbleitertechnologien.
InhaltDiese letzte von drei Vorlesungen geht auf CMOS Fabrikationstechnologie, die Prüfung, die physikalische Analyse und Verpackungstechnik von VLSI Schaltungen ein. Behandelt werden:
- Auswirkung von Fabrikationsfehlern.
- Abstraktion vom physikalischen Fehlermodell zu solchen auf Transistor- und Gatterniveau.
- Fehlersimulation an grossen ASICs.
- Erzeugung effizienter Testvektoren.
- Verbesserung der Testbarkeit durch eingebaute Testmechanismen.
- Aufbau und Einsatz von IC-Testern.
- Physikalische Analyse von Bauelementen.
- Verpackungsprobleme und Lösungen.
- Formen der industriellen Zusammenarbeit.
- Worauf man beim Einsatz Virtueller Komponenten achten muss.
- Kostenstrukturen der ASIC Entwicklung und Herstellung.
- Anforderungen der Märkte, Entscheidungskriterien sowie Fallbeispiele.
- Heutige deep-submicron CMOS Fabrikationsprozesse.
- Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der Halbleitertechnologie.

In den Übungen werden Softwaretools und ASIC-Testgeräte eingesetzt zur Verifikation der Schaltungen nach deren Fabrikation - so weit vorhanden des eigenen ICs aus der Semesterarbeit im 7. Semester. Physikalische Analysemethoden mit professionellem Equipment (AFM, DLTS) vervollständigen die Ausbildung.
SkriptEnglischsprachiges Vorlesungsskript (Dr. N. Felber).
Literatur"Digital Integrated Circuit Design, from VLSI Architectures to CMOS Fabrication" Cambridge University Press, 2008, ISBN 9780521882675 (Dr. H. Kaeslin).
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in digitaler Schaltungstechnik.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi3.en.html
227-0418-00LAlgebra and Error Correcting CodesW6 KP4GH.‑A. Loeliger
KurzbeschreibungThe course is an introduction to error correcting codes covering both classical algebraic codes and modern iterative decoding. The course is also an introduction to "abstract" algebra and some of its applications in coding and signal processing.
LernzielThe course is an introduction to error correcting codes covering both classical algebraic codes and modern iterative decoding. The course is also an introduction to "abstract" algebra and some of its applications in coding and signal processing.
InhaltCoding: coding and modulation, linear codes, Hamming space codes, Euclidean space codes, trellises and Viterbi decoding, convolutional codes, factor graphs and message passing algorithms, low-density parity check codes, turbo codes, Reed-Solomon codes.
Algebra: groups, rings, homomorphisms, ideals, fields, finite fields, vector spaces, polynomials, Chinese Remainder Theorem.
SkriptLecture Notes (english)
227-0420-00LInformation Theory II Information
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP2V + 2UA. Lapidoth
KurzbeschreibungThis course builds on Information Theory I. It introduces additional topics in single-user communication, connections between Information Theory and Statistics, and Network Information Theory.
LernzielThe course has two objectives: to introduce the students to the key information theoretic results that underlay the design of communication systems and to equip the students with the tools that are needed to conduct research in Information Theory.
InhaltDifferential entropy, maximum entropy, the Gaussian channel and water filling, the entropy-power inequality, Sanov's Theorem, Fisher information, the broadcast channel, the multiple-access channel, Slepian-Wolf coding, and the Gelfand-Pinsker problem.
Skriptn/a
LiteraturT.M. Cover and J.A. Thomas, Elements of Information Theory, second edition, Wiley 2006
227-0434-00LHarmonic Analysis: Theory and Applications in Advanced Signal Processing
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP2V + 2UH. Bölcskei
KurzbeschreibungEinführung in die Grundlagen der harmonischen Analyse mit Anwendungen in der Signalverarbeitung und in der Informationstheorie.
LernzielEinführung in die Grundlagen der harmonischen Analyse mit Anwendungen in der Signalverarbeitung und in der Informationstheorie.
InhaltElemente der linearen Algebra, Fourier Theorie und Abtasttheoreme, Hilberträume, lineare Operatoren, Frame Theorie, Approximationstheorie, Wavelets, Kurzzeit Fourier Transformation, Gaborentwicklungen, Filterbänke, Transformationskodierung, spärliche Signale, Unschärferelationen, komprimierte Abtastung.
SkriptVorlesungsskript, Übungsaufgaben mit dokumentierten Lösungen.
LiteraturS. Mallat, "A wavelet tour of signal processing", 2n ed., Academic Press, 1999 M. Vetterli and J. Kovacevic, "Wavelets and subband coding", Prentice Hall, 1995 I. Daubechies, "Ten lectures on wavelets", SIAM, 1992 O. Christensen, "An introduction to frames and Riesz bases", Birkhäuser, 2003 M. A. Pinksy, "Introduction to Fourier analysis and wavelets", Brooks/ Cole Series in Advanced Mathematics, 2002.
227-0104-00LCommunication and Detection TheoryW6 KP4GA. Lapidoth
KurzbeschreibungThis introduction to Detection and Communication Theory offers a glimpse at analog communication, but mainly focuses on the foundations of modern digital communications. Topics include the geometry of the space of energy-limited signals; the baseband representation of passband signals, spectral efficiency and the Nyquist Criterion; the power and power spectral density of PAM and QAM; hypothes
LernzielThis is an introductory class to the field of wired and wireless communication. It offers a glimpse at classical analog modulation (AM, FM), but mainly focuses on aspects of modern digital communication, including modulation schemes, spectral efficiency, power budget analysis, block and convolu- tional codes, receiver design, and multi- accessing schemes such as TDMA, FDMA and Spread Spectrum.
Inhalt- Analog Modulation (AM, FM, DSB).
- A block diagram of a digital cellular mobile phone system.
- The Nyquist Criterion for no ISI and the Matched Filter.
- Counting bits/dimension, bits/sec, bits/sec/Hz in base-band.
- Power Spectral Density, and the "energy- per-bit" parameter.
- Passband communication (QAM).
- Detection in white Gaussian noise.
- Sufficient statistics.
- The Chernoff and Bhattacharyya bounds.
- Signals as a vector space: continuous time Inner products and the Gram-Schmidt algorithm.
- Block and Convolutional Codes for the Gaussian channel.
- Multi-accessing schemes such as FDMA, TDMA, and CDMA
Skriptn/a
LiteraturA. Lapidoth, A Foundation in Digital Communication, Cambridge University Press 2009
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