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Diese Thesis befasst sich mit der Frage, in welcher Art und Weise sich das deutsche Feuerwehrwesen verändern und anpassen muss, um den abwehrenden Brandschutz nachhaltig sicherzustellen. Ausgangspunkt ist die Problemstellung, dass einige Freiwillige Feuerwehren besonders tagsüber und vornehmlich im ländlichen Räumen nicht mehr den gesetzlichen Schutzzielen und Anforderungen entsprechen können. Um dieser Frage nachgehen zu können, ist die Methode des Benchmarkings auf Gefahrenabwehrsysteme adaptiert worden. Da die Forschungen innerhalb des deutschen Feuerwehrwesens nicht zielführend waren, ist das Benchmarking international und organisationsvergleichend ausgerichtet worden. Die Niederlande konnte als Vergleichspartner konstatiert werden, weil diese eine große kulturelle Ähnlichkeit zum deutschen Feuerwehrwesen aufweist und regionalisiert agiert. Das Merkmal der Regionalisierung stellte sich im europäischen Raum als eine vielversprechende Variante der Organisationsgestaltung heraus. Der Benchmarkingprozess ist morphologisch beibehalten worden. Die Analysen, Vergleiche und Bewertung erfolgten nach Vorbild der Organisationsanalyse nach den Ausführungen von Wenger, Thom und Ritz, welche in das Benchmarking implementiert wurden. Diese Vorgehensweise stellte sich als erfolgreich heraus. Die Verbesserungs- und Handlungsoptionen für das deutsche Feuerwehrwesen aus dem Benchmarking mit den Niederlanden sind folgende: • Bündelung und Verknüpfung von Gefahrenabwehraufgaben in regionalen Strukturen sowie die Regionalisierung der Feuerwehren • Anpassung der Schutzziele und Hilfsfristen an Effizienzkriterien und Risiko unter der Bedingung weiterer einhergehender Maßnahmen (Wandel von einer strukturqualitätsorientierten hinzu einer prozessqualitätsorientierten Philosophie) o Standardisierung der Ausbildung aller Feuerwehrdienstleistenden (in Modulen) und I Intensivierung der ehrenamtlichen Ausbildung o Festlegen der Staffel als Standardeinheit o Einführung von Zwischenebenen zwischen freiwilliger/zufälliger und beruflicher/sicherer Verfügbarkeit o Vergütung von arbeitsverhältnisähnlichen Dienstzeiten o Reduzierung der Fahrzeugvielfalt o Risikoorientierente und regionalstrukturierte Fahrzeugvorhaltung o Objektbezogene Risikoanalyse o Einführung eines Qualitätsmanagementsystems und eines standardisierten Controllings o Transparenz- und Einbindungsstrategie mit der Öffentlichkeit verfolgen Weitere Maßnahmen, die sich zwar im heutigen Feuerwehrsystem umsetzen ließen und die Effektivität und Effizienz steigern würden, aber nicht das Problem der nicht erreichbaren Schutzziele beheben könnten, sind Maßnahmen wie die Etablierung des Krisenmanagements, die wissenschaftliche Erschließung des Feuerwehrwesens, die Bündelung rückwärtiger Tätigkeiten oder die Weiterentwicklung des Führungssystems hinsichtlich mehrstufiger Skalierbarkeit sowie wirkungsvoller und interdisziplinärer Zusammenarbeit.

Die hochwertige und umfassende Ausbildung von Führungskräften in der Gefahrenabwehr gilt als ausschlaggebender Punkt für die effektive Bewältigung von Gefahrenlagen. Zur Erreichung dieser Anforderungen wurde im Pilotlehrgang der Bundesakademie für Bevölkerungsschutz und Zivile Verteidigung erstmals die Software „Feuerwehr-Einsatzsimulation“ für die Darstellung von Planübungen bei der Ausbildung von Verbandsführern und Verbandsführerinnen eingesetzt. Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Evaluierung des neuen Ausbildungskonzeptes im Rahmen einer Pilotstudie, um feststellen zu können, welchen Einfluss die Nutzung einer computergestützten Simulation im Vergleich zu konventionellen Ausbildungskonzepten auf den Lernprozess der angehenden Verbandsführer beziehungsweise Verbandsführerinnen hat. Zur umfassenden Evaluation wird eine Datenerhebung nach dem Mixed-Methods Prinzip mithilfe eines quantitativen Fragebogens, einer qualitativen Gruppendiskussion mit den Teilnehmenden sowie qualitativen Leitfadeninterviews mit den Dozierenden des Pilotlehrganges durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Teilnehmenden als auch die Dozierenden den Einsatz der Software positiv bewerten. Es kann festgestellt werden, dass die Nutzung der Simulation einen positiven Einfluss auf den Lernprozess der Teilnehmenden hat. Begründen lässt sich dieser durch die realistischere Darstellung der Einsatzszenarien, der Erkundung der Einsatzstelle unter realen Bedingungen und dem besseren Feedback durch die Dozierenden, da die getroffenen Maßnahmen in der Simulation umfassend dargestellt werden können. Verbesserungsbedarf besteht bei der Immersion für die Teilnehmenden und einer leichteren Bedienung der Software für die Dozierenden. Der Einsatz einer computergestützten Simulation bei der Ausbildung von Verbandsführern und Verbandführerinnen erfüllt die hohen Anforderungen an eine praxisorientierte Ausbildung. Es ist daher empfehlenswert, eine computergestützte Simulation zur Darstellung von Planübungen für die Ausbildung von Verbandsführern und Verbandsführerinnen einzusetzen. Die Arbeit richtet sich an die mit der Ausbildung von Verbandsführern bzw. Verbandsführerinnen beauftragten Stellen und deren Dozierenden.

Das interdisziplinäre Forschungsprojekt “Smarte Technologien für Unternehmen” untersuchte im Zeitraum von Juli 2017 bis Dezember 2020 Anwendungs- und Akzeptanzprobleme zum Einsatz smarter Technologien in KMU und entwickelte darauf aufbauend Lösungsansätze zur Steigerung der Energieeffizienz sowie zum Energie- und Lastmanagement. Dazu wurden smarte Technologien zunächst im Zuge eines Screenings identifiziert, kategorisiert und bewertet. In den qualitativen und quantitativen Nutzeranalysen wurden Unternehmer*innen in den Fokus der Analyse gestellt, um den Wissensstand sowie Chancen und Barrieren zum Einsatz smarter Technologien in KMU darzulegen. Mit der Durchführung transdisziplinärer Anwendungstests wurde ein zentraler Lösungsansatz entwickelt: Die Effizienzanalyse von KMU mittels mobiler Messtechnik und Visualisierungstools als potenzielle Strategie zur Reduktion von Energieverbräuchen. Die Ergebnisse dieses anwendungsorientierten Forschungsprojektes zeigen die Anwendungs- und Akzeptanzprobleme zum Einsatz smarter Technologien in KMU auf und geben Handlungsoptionen zur Steigerung der Energieeffizienz mit Hilfe ausgewählter smarter Produkte und Tools.

The development and adoption of digital twins (DT) for Quality-by-Design (QbD)-based processes with flexible operating points within a proven acceptable range (PAR) and automation through Advanced Process Control (APC) with Process Analytical Technology (PAT) instead of conventional process execution based on offline analytics and inflexible process set points is one of the great challenges in modern biotechnology. Virus-like particles (VLPs) are part of a line of innovative drug substances (DS). VLPs, especially those based on human immunodeficiency virus (HIV), HIV-1 Gag VLPs, have very high potential as a versatile vaccination platform, allowing for pseudotyping with heterologous envelope proteins, e.g., the S protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). As enveloped VLPs, optimal process control with minimal hold times is essential. This study demonstrates, for the first time, the use of a digital twin for the overall production process of HIV-1 Gag VLPs from cultivation, clarification, and purification to lyophilization. The accuracy of the digital twins is in the range of 0.8 to 1.4% in depth filtration (DF) and 4.6 to 5.2% in ultrafiltration/diafiltration (UFDF). The uncertainty due to variability in the model parameter determination is less than 4.5% (DF) and less than 3.8% (UFDF). In the DF, a prediction of the final filter capacity was demonstrated from as low as 5.8% (9mbar) of the final transmembrane pressure (TMP). The scale-up based on DT in chromatography shows optimization potential in productivity up to a factor of 2. The schedule based on DT and PAT for APC has been compared to conventional process control, and hold-time and process duration reductions by a factor of 2 have been achieved. This work lays the foundation for the short-term validation of the DT and PAT for APC in an automated S7 process environment and the conversion from batch to continuous production.

Despite great efforts to develop a vaccine against human immunodeficiency virus (HIV), which causes AIDS if untreated, no approved HIV vaccine is available to date. A promising class of vaccines are virus-like particles (VLPs), which were shown to be very effective for the prevention of other diseases. In this study, production of HI-VLPs using different 293F cell lines, followed by a three-step purification of HI-VLPs, was conducted. The quality-by-design-based process development was supported by process analytical technology (PAT). The HI-VLP concentration increased 12.5-fold while >80% purity was achieved. This article reports on the first general process development and optimization up to purification. Further research will focus on process development for polishing and formulation up to lyophilization. In addition, process analytical technology and process modeling for process automation and optimization by digital twins in the context of quality-by-design framework will be developed.