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Berner Fachhochschule
Technik und Informatik
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007
Berichte der Forschenden
Dozierende der Berner FH Technik und Informatik
Forschungsbericht der BFH-TI Nr. 3 vom 31. Januar 2008
Die Reihe Forschungsberichte der Berner Fachhochschule, Technik und Informatik gibt Einblicke in
Ergebnisse der Forschung und Entwicklung an der BFH-TI.
Zuletzt erschienene Forschungsberichte
Nr. 2 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden. Dozierende der
Berner FH Technik und Informatik. November 2007.
Nr. 1 Action Cyphers – A new core component for E/D similar block ciphers. Dr. David-
Olivier Jaquet-Chiffelle. Mars 2006.
Herausgeber
Berner Fachhochschule, Technik und Informatik, Postfach, CH-2501 Biel/Bienne
Forschung und Entwicklung, Seevorstadt 103b
T +41 (0)32 321 64 64, F +41 (0)32 321 65 65
ti.bfh.ch/forschung
Konzept und Realisation
Jens Geisel
Lektorat
Autoren und Jens Geisel
Redaktion
Jens Geisel
Berner Fachhochschule
Technik und Informatik
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007
Berichte der Forschenden
Dozierende der Berner FH Technik und Informatik
Forschungsbericht der BFH-TI Nr. 3 vom 31. Januar 2008
Zusammenfassung
Dozenten an der Berner FH Technik und Informatik können einen Forschungsauftrag des Departements
über in der Regel 390 Stunden per annum erhalten. Fast 70 mehrseitige Kurzberichte geben Auskunft über
die Forschungstätigkeiten in dieser Zeit. Der vorliegende Bericht aus der Reihe „Forschungsberichte der
BFH-TI“ enthält eine jeweils einseitige Zusammenfassung dieser Kurzberichte, geordnet nach den For-
schungsschwerpunkten der BFH-TI.
Schlüsselbegriffe
Forschungsberichte BFH-TI, Forschungsauftrag 2006/2007, Berner Fachhochschule, Technik und
Informatik
Biel / Bienne, 31. Januar 2008
Autoren
Dozierende der Berner Fachhochschule Technik und Informatik
Herausgeber
Jens Geisel, wissenschaftlicher Mitarbeiter Forschung und Entwicklung
Berner Fachhochschule, Technik und Informatik, Quellgasse 21, Postfach, CH-2501 Biel / Bienne
+41 (0)32 321 67 37, [email protected] , ti.bfh.ch/forschung
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden I
Inhaltsverzeichnis
Energie, Verkehr, Mobilität
Energie, Transport, Mobilité
Jan Czerwinski 3
Hansueli Feldmann 4
Bernhard Gerster 5
Dr. Josef Goette 1/2 6
Dr. Kurt Marcel Graf 7
Dr. Heinrich Häberlin 8
Michael Höckel 9
Willi Merk 10
Markus Moser 11
Dr. Hansjürg Rohrer 12
Bernard Schmutz 13
Heinrich Schwarzenbach 14
Dr. Andrea Vezzini 15
Mobile Informationsgesellschaft
Société mobile de l‘information
Bernhard Anrig 19
Dr. Endre Bangerter 20
Dr. Olivier Biberstein 21
Claude Brielmann 22
Roland Brun 23
Dr. Walter Businger 24
Fritz Dellsperger 25
Dr. Eric Dubuis 26
Dr. Albert Fässler 27
Dr. Ulrich Fiedler 28
Rolf Gasenzer 29
Dr. David-Olivier Jaquet-Chiffelle 30
Rolf Jufer 31
Dr. Hansjörg Keller 32
Marcel Pfahrer 33
Peter Raemy 34
Michael Röthlin 35
Dr. Robert Ruprecht 36
Dr. Urs Sauter 37
Dr. Ngoc-An Tran 38
Dr. Rolf Vogt 39
II BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Produktionstechnik
Technique de production
Dr. Marcel Baak 43
Dr. Daniel Bättig 44
Fritz Bircher 45
Max Felser 46
Dr. Hans Köppel 47
Dr. Reinhold Krause 48
Alexander Leu 49
Dr. Franz Meyer 50
Dr. Beat Neuenschwander 51
Jean-Martin Rufer 52
Dr. Peter Walther 53
Roger Weber 54
Dr. Harald Wild 55
Dr. Erich Wyler 56
Technologie am Menschen
Technologie appliquée à l’être humain
Beatrice Amrhein 59
Werner Bäni 60
Dr. Emmanuel Benoist 61
Dr. Jürgen Burger 62
Roger Cattin 63
Daniel Debrunner 64
Jürgen Eckerle 65
Stephan Fischli 66
Claude Fuhrer 67
Dr. Josef Goette 2/2 68
Dr. Marcel Jacomet 69
Urs Josi 70
Urs Künzler 71
Christoph Meier 72
Yves Mussard 73
Dr. Andreas Stahel 74
Martin Züger 75
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 1
Energie, Verkehr, Mobilität
Die Versorgung mit Energie und die Mobilität
nachhaltig zu sichern ist eine zentrale Aufgabe
unserer Gesellschaft. Drei Wege führen zum Ziel:
Es gilt mit den fossilen Energieträgern sorgfältig
umzugehen; neue, umweltfreundliche Energie-
formen bereit zu stellen und das Optimierungs-
potenzial auf der Seite der Verbraucher auszu-
schöpfen. Unsere Forschung trägt dazu bei –
mit zukunftsweisenden Technologien für ener-
gieeffiziente und abgasarme Antriebssysteme,
sichere Strassen- und Schienenfahrzeuge,
erneuerbare Energien und für ein effektives
Energiemangement.
Zwei Studien-Vertiefungen stehen zur Wahl:
„Transportation“ mit Forschung in den Berei-
chen Fahrzeugsicherheit und Mechanik sowie
Verbrennungsmotoren und Abgastechnik;
„Energy Systems“ mit Forschung in den Berei-
chen dezentrale und mobile Energiesysteme
sowie energieeffiziente Permanentmagnetantrie-
be. Beide stützen sich auf das Wissen unserer
Ingenieure und eine in der Schweiz einzigartige
Infrastruktur mit Abgasprüfstelle und Dynamic
Test Center (DTC) sowie PEM-
Brennstoffzellenprüflabor, Photovoltaik-
Systemtechniklabor und Hochspannungslabor.
Kontakt: [email protected]
Energie, Transport, Mobilité
Il incombe à notre société de trouver des solu-
tions durables en matière d’approvisionnement
énergétique et de mobilité. Pour ce faire, il
faudra agir sur trois volets: gérer les ressources
d’énergies fossiles avec parcimonie, trouver de
nouvelles formes d’énergie respectueuses de
l’environnement et optimiser le potentiel
d’économie du côté de la consommation. Notre
unité de recherche y contribue, grâce à des
technologies d’avant-garde visant à améliorer le
rendement énergétique et à réduire les gaz
d’échappement dans les systèmes motorisés,
rendre les véhicules (routiers et ferroviaires) plus
sûrs, développer les énergies renouvelables et
améliorer l’efficacité énergétique.
Nous offrons deux spécialisations: « Transporta-
tion », qui couvre la recherche sur la sécurité
des véhicules et la mécanique ainsi que sur les
moteurs à combustion et la technique des gaz
d’échappement; « Energy Systems » qui com-
porte la recherche dans les domaines des
systèmes énergétiques décentralisés et mobiles,
ainsi que des moteurs à aimants permanents
consommant moins d’énergie. Ces deux spé-
cialisations s’appuient sur le savoir-faire de nos
ingénieurs et sur une infrastructure unique en
Suisse: laboratoires de contrôle de gaz
d’échappement, d’essai de piles à combustible
PEM et de photovoltaïque ainsi qu’un Dynamic
Test Center (DTC) et un laboratoire haute ten-
sion.
Contact: [email protected]
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 3
Jan Czerwinski 032 321 66 80
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Verbrennungsmotoren und
Abgastechnik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Alternativkrafstoffe, BioFuels, Schadstoffemissi-
onen, Alternativenergie, Betrieb mit BioFuels
Kurzdarstellung des Projektes
Die Problematik der Anwendung und der Emis-
sionen der Alternativkraftstoffe für Dieselmotoren
wird von der AFHB seit 2005 in folgenden
Projekten behandelt:
EV-Projekt „(Nano) Partikelanalyse mit ROR
und GTL„ 2006
KTI-Projekt „Blockheizkraftwerk mit Rapsöl
roh (ROR)“ 2006 / 2007
BAFU, BfE „BioFuels & Oils“ Antragsphase
2006 / 2007
_ _ _
EV Erdölvereiningung
GTL gas to liquid
Resultate
Im EV-Projekt wurden die Einflüsse der Kraft-
stoffe GTL, RME und ROR auf die Einspritzung,
Verbrennung und Emissionen an einem moder-
nen Arbeitsdieselmotor aufgezeigt. Die Randbe-
dingungen zur Anwendbarkeit dieser Kraftstoffe,
sowie Besonderheiten der (Fein) Partikelemissi-
onen wurden systematisch untersucht.
Im Projekt KTI wurde die Betriebsfähigkeit eines
Blockheizkraftwerkes im Labormassstab bestä-
tigt. Es wurde eine modernste Abgasnachbe-
handllung DPF + SCR installiert und gemäss
VERT-Prozedur bewertet.
Damit wurde eine fortschrittlichste Dieselmotor-
anwendung – mit CO2-neutralem Kraftstoff und
mit nahezu Nullemissionen mit Teilnahme der
BFH erarbeitet.
Neben der Grundlagenforschung stellen beide
Projekte eine wertvolle Unterstützung für die
Anwender dar.
_ _ _
DPF Diesel Partikelfilter
SCR selective catalytic reduction
4 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Hansueli Feldmann 032 312 64 11
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Fahrzeugsicherheit und
Mechanik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Simulation, Bewegungssystem
Kurzdarstellung des Projektes
Die Eisenbahnsimulation am PC wurde durch
ein Bewegungssystem erweitert, welches die
Simulation auch spürbar machen soll, indem der
Fahrersitz mit dem Bedienungspult um einen
Schwerpunkt in der Bauchgegend des Führers
geneigt wird. Für Beschleunigungen und Verzö-
gerungen nach hinten und vorne. Für Seitenkräf-
te nach links und rechts. Die Konstruktion des
Bewegungssystems war nicht steiff genug und
hat bei verschiedenen Bewegungen zu Schwin-
gungen geführt. Durch Berechnung und Simula-
tion optimiert wurde eine Verstärkung ange-
bracht. Die Steifigkeit ist nun zufriedenstellend.
Für die Simulation von Bahnhistorischen Fahr-
zeugen wurden die Grundlagen für die Simulati-
on einer Dampflokomotive erarbeitet. Daraus
abgeleitet könnte eine Simulation des Dampf-
verbrauches für das neue Dampfschiffprojekt
Trivapor in Neuenburg gemacht werden.
Aus einem alten Fahrzeugführerstand wurde ein
PC Führerstand konstruiert. Zahlreiche mecha-
nische Änderungen waren dabei notwendig.
Resultate
Das Bewegungssystem wurde aus Einfach-
heitsgründen mit Rechteck-Rohrprofilen aufge-
baut. Nachdem Bau zeigte sich, dass die Struk-
tur in gewissen Bewegungen zu weich war, was
sich in Schwingungsbewegungen zeigte, welche
durch die Simulation ausgelöst wurde. Diese
Schwingungen wurden analysiert. Mit einer
verschraubbaren Verstärkungskonstruktion
wurde das Gestell verstärkt und die Bewegun-
gen eingeschränkt. Um die Simulation möglichst
wirklichkeitsgetreu erlebbar zu machen, wurde
mit schwarzem Stoff die Umgebung des Simula-
tors verhängt, sodass der Bezug zu einem
festen Punkt möglichst nicht mehr da ist. Da-
durch wird die Simulationsbewegung immer
realistischer.
Zur Simulation einer Dampflokomotive (Anfrage
von einer historischen Bahn) wurden die Grund-
lagen erarbeitet. Die Maschine ist nun modelliert
und es kann ausgehend von einem Kesseldruck
mit verschiedenen Füllungen die Antriebskräfte
der Maschine errechnet werden.
Für den Verein Trivapor wurde auf derselben
Grundlage Simulationsrechnungen durchgeführt,
welche zum Ziel hatten den Dampfverbrauch der
in Holland gekauften Maschine zu errechnen.
Der Bericht zu dieser Untersuchung liegt vor.
Der Führerstand des alten Fahrzeuges wurde
bereits in Ausstellungen eingesetzt.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 5
Bernhard Gerster 032 321 66 00
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Fahrzeugsicherheit und
Mechanik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Strassenfahrzeuge; Elektronische Lenkung
(steer by wire); Behindertenlenkung; Aktive
Sicherheit; Reifenhaftung und Via Sicura
Kurzdarstellung des Projektes
Joysteer ist eine voll elektronische Behinderten-
lenkung mit Gas- und Bremsfunktion zum
nachträglichen Einbau in Strassenfahrzeuge.
Das System wurde gegenüber dem ersten
Prototypen massiv vereinfacht und der Nutzer-
kreis erheblich vergrössert. Damit steht das
System joysteer nun nebst Muskelkranken auch
Menschen mit Tetraplegie und anderen moto-
risch einschränkenden Behinderungen zur
Verfügung. Das Lenksystem zeichnet sich durch
die Möglichkeit von Ein-, oder Zweihandbedie-
nung und eine weite, parametergesteuerte
Anpassung an die physischen Möglichkeiten der
Nutzer aus. Das System ist so sicher, wie eine
konventionelle Lenkradlenkung, was insbeson-
dere auf die Kraftrückmeldung der Reifen sowie
die geschwindigkeitsabhängige Lenküberset-
zung zurück zu führen ist.
In einem zweiten Projekt konnte mit verglei-
chenden Messungen der Reifencharakteristik
die Reduktion der Fahrerinformation durch
extreme Niederquerschnittreifen, deren Verbot
als Massnahme in Via Sicura postuliert ist,
objektiv dargestellt und validiert werden.
Resultate
Aufgrund der Ergebnisse der Fahrversuche
(August/September 2006) mit dem ersten
Prototypen (A1) von joysteer, wurden erstmals
die Erreichung der grundlegenden Projektziele
mit zwölf behinderten und vier nicht behinderten
Menschen überprüft und dabei die Parameter
identifiziert, welche für die Nutzer von Bedeu-
tung sind. Erfreulicherweise wurden die Erwar-
tungen in das Projekt bestätigt. Mit joysteer lässt
sich das Fahrzeug nach 20 Minuten Einfüh-
rungszeit ebenso sicher bedienen, wie mit einem
konventionellen Lenkrad. Zudem konnte die
Komplexität des Systems beim Aufbau des
zweiten Prototypen (A2) im Frühjahr 2007 we-
sentlich vermindert werden, womit die Geste-
hungskosten um den Faktor drei gesenkt wer-
den konnten. Zudem wurde ein neuer Ansatz
hinsichtlich MMI (Mensch- Maschinen-Interface)
entwickelt, der eine einzige Aktuatoreinheit
vorsieht, die sowohl für Ein- wie auch für Zwei-
handbedienung einsetzbar ist. An die Aktuato-
reinheit, welche auch die Gas- und Bremsbe-
dienung beinhaltet, kann die Umbaufirma belie-
bige mechanische Betätigungseinrichtungen
anbringen. Im Rahmen des Projektes werden
Varianten für Einhand- und Zweihandbedienung
entwickelt, damit die Systemfunktion überprüft
und den Umbaufirmen ein Komplettsystem
angeboten werden kann. Mit dem zweiten
Prototypen (A2) sind mit 16 Personen Ver-
gleichsversuche zum Lenkrad und zum Prototyp
A1 durchgeführt worden, die eine uneinge-
schränkte Funktion des Prototypen A2 zeigten,
obwohl dieser wesentlich einfacher aufgebaut
ist. Mit den Versuchen wurden die, für behinder-
te Personen kritischen Fahrmanöver doppelter
Spurwechsel, Kreiseldurchfahrt und punktge-
naue Bremsung in einem Fahrparcours unter-
sucht. Als Auswertekriterien kamen subjektive
Eindrücke und eine objektive Qualitätsbemes-
sung der Kurshaltung und Beschleunigungsän-
derung (Abweichung der aktuellen Beschleuni-
gung in Längs- und Querrichtung, relativ zum
gleitenden Mittelwert) zum Einsatz. Die Fahrver-
suche zeigten, dass die Bedienung der Sekun-
därfunktionen (mit Microschaltern) zu vereinfa-
chen ist, was mit einer neuartigen Bedieneinheit
über ein Kontrollpanel mit einer Vierfunktione-
nenbedienung (zwei Scroll- und zwei Bestäti-
gungspositionen) erreicht werden kann.
Die vergleichende Messung der Seitenhaftung
von Reifen der Serie 65 und 30 zeigte, dass das
Maxima der Seitenhaftung von 10° Schräglauf-
winkel (Serie 65) auf 5° Schräglaufwinkel (Serie
30) reduziert wird, womit die Haftungsgrenze bei
einem sehr schnellen Lenkmanöver (bis 90° am
Lenkrad) für einen Serie 30 Reifen bereits über-
schritten wird, das Fahrzeug also geradeaus
weiter fährt. Zudem wird die Rückstellmoment-
Entwicklung der Reifen in Funktion des Schräg-
laufwinkels ebenfalls um 50% gestaucht.
6 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Josef Goette 1/2 032 321 67 31
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Energieeffiziente Perma-
nentmagnetantriebe
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
IPM-Synchronmotoren, "passivity-based
control"
Kurzdarstellung des Projektes
IPM-Motoren sind AC-Synchronmotoren, bei
denen die Rotor-Feldwiklung ersetzt ist durch
Permanent-Magnete, welche innerhalb des
Rotors montiert sind. Durch diese Konstruktion
ergibt sich ein Motor mit ausgeprägten Polen,
dessen dynamisches Model ein nichtlineares
System ist; in der Referenz-Koordinatensystem-
Darstellung (dq-frame, Längsachse/Querachse)
des Systems zeigt sich, dass das elektrische
Moment nicht nur durch den i_q-Strom, sondern
zusätzlich auch durch das Produkt von i_q- und
i_d-Strom erzeugt wird (die effektiven Induktivi-
täten L_d und L_q in Längs- und Querachsen-
richtung sind ungleich). Motoren dieser Art
stellen an ihre Regelung besondere Ansprüche.
In der vorliegenden Arbeit haben wir zwei prinzi-
pell unterschiedliche Regelansätze zur Regelung
von IPM-Motoren untersucht und einander
gegenübergestellt: Regelung durch Input-Output
Linearisierung einerseits und "passivity-based
control" andererseits. Bei der Regelung durch
Input-Output Linearisierung haben wir neue,
dynamische Strategien zum "integrator anti-
windup" ersonnen, bei der "passivity-based
control" haben wir verschiedene in der Spezialli-
teratur bekannt gewordene Ansätze ausprobiert
und für das vorliegende Problem angepasst.
Das Hauptziel der Arbeit ist aber gewesen, die
Behauptungen aus der "passivity-based control"
Literatur zu verifizeren, wonach dieser alternati-
ve, auf Energieüberlegungen basierende Ansatz
anderen Regelansätzen überlegen ist. Wir haben
zeigen können, dass die von uns verwendeten
"passivity-based control" Ansätze tatsächlich
leicht besser abschneiden als die Input-Output
Linearisierungs-Ansätze, wenn das Modell exakt
ist, dass aber unsere Ansätze basierend auf
input-Output Linearisierung weit robuster gegen
Modellfehler sind. In diesem Zusammenhang
haben wir auch ein verfeinertes Modell für IPM-
Motoren entwickelt, das zukünftig sehr wertvoll
werden kann.
Resultate
Mehrere Ansätze zur Regelung von IPM-
Motoren sind untersucht worden. Diese Ansätze
stammen einerseits aus der Familie der Input-
Output Linearisierungsverfahren, anderseits aus
der Familie des "passivity-based control". Ein
positives Ergebnis der Arbeit ist, dass wir nun
wissen, wie wir IPM-Motoren regeln können,
wobei speziell die "integrator anti-windup"
Strategien für die Input-Output Linearisierungs-
ansätze hervorzuheben sind. Ein negatives
Ergebnis ist, dass wir die behauptete Ueber-
legenheit von "passivity-based control" Ansätzen
(noch) nicht haben verifizeren können. Wir haben
erst einige Ansätze aus dieser Familie implemen-
tiert, erst kürzlich bekannt gewordene Ansätze
sollten noch ausprobiert werden.
Ein weiteres positives Ergebnis der Arbeit ist
unser neues erweitertes Modell für IPM-
Motoren, welches auch die magnetische Sätti-
gung berücksichtigt. Die im Abschnitt 2 erwähn-
ten Modell-Parameter L_d und L_q sind keine
Konstanten mehr, sondern werden strom- und
damit zustandsabhängig. Für dieses Modell
haben wir erste Ansätze angedacht, wie die
Modell-Parameter des neuen Modells aus FEM-
Berechnungen, die zur Motorenauslegung
durchgeführt werden, gewonnen werden kön-
nen; wir haben auch Überlegungen angestellt,
wie diese Parameter aus Messungen an einem
existierenden Motor bestimmt werden könnten.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 7
Dr. Kurt Marcel Graf 034 426 42 88
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Verbrennungsmotoren und
Abgastechnik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Biogas, Aufbereitung, Entspannungsdestillation,
Membrantrenntechnik, Gastankstelle
Kurzdarstellung des Projektes
Die heute installierten Biogasaufbereitungsanla-
gen sind aufgrund der aufwändigen Aufberei-
tungstechnologie relativ gross und teuer. Mit
solchen Grossanlagen kann das Biogaspotential
von landwirtschaft-lichen Betrieben oder kleine-
ren Kläranlagen nicht für Treibstoffzwecke
genutzt werden. Ziel ist es eine einfache kosten-
günstige Aufbereitungsanlage zu entwickeln.
Die eigentliche Innovation des neuen Verfahrens
liegt in der Zusammenführung der Biogasaufbe-
reitung und der Gasverdichtung im selben
Anlagenmodul. Damit können kleinere Anlagen
(in Bauernhöfen, Kläranlagen, etc.) ökonomisch
sinnvoll betrieben werden.
Zusätzlich werden am Labor für Energie- und
Fluidverfahrenstechnik Prozessverbesserungen
durch gezielte Kombination von klassischen
Verfahren mit den neueren Membrantrennver-
fahren untersucht. Beim Destillationsprozess
können durch Vor- und Nachbehandlung der
Stoffströme die Produkte in reinerer Qualität,
vollständigerer Ausnützung der Rohstoffe und
mit kleinerem Energieeinsatz gewonnen werden.
Resultate
Biogas-Methananreicherung
In der ersten Projektphase wurden verschiedene
Möglichkeiten zur Trennung von CO2 und
Methan untersucht. Danach wurden von uns als
viel versprechende Verfahren die Entspan-
nungsdestillation und die Membranseparation
weiterentwickelt. Das aufbereitete Biogas wird in
Drucktanks bei 200 bar abgefüllt und als Fahr-
zeugtreibstoff eingesetzt.
Der theoretische Nachweis für die Funktions-
fähigkeit der Entspannungsdestillation wurde
erbracht. Der Energiebedarf für die wirt-
schaftliche Aufbereitung von kleineren Bio-
gasquellen beträgt ca. 4-5 % vom mecha-
nisch nutzbaren Energieinhalt des Rohgases.
Auf der Basis der Entspannungsdestillation
wurde das Konzept für eine Testanlage ent-
wickelt, die Hauptapparate ausgelegt und die
Konstruktionszeichnungen für Spezialteile
gemacht.
Die Testanlage wird beim Wirtschaftspartner
bis Ende November 2007 hergestellt.
Aufbereitung mit Membranverfahren
Durch die neuen Kombiverfahren mit Membra-
nen werden Energie und Rohstoffe eingespart,
einerseits durch verbesserte Prozessführung,
andererseits durch die Rückgewinnung von
Energie und Stoffen.
Es wurde eine Testanlage zur Trennung
wässriger Lösungen konzipiert und ausge-
legt. Die universelle, industrietaugliche Anlage
wurde nach unseren Vorgaben von einem
Anlagebauer hergestellt. Die erste Inbetrieb-
setzung wurde bei Kühni AG in Allschwil
durchgeführt.
Für die Gasaufbereitung mittels Membranen
wurde ein Versuchsstand ausgelegt und auf-
gebaut. Mit den eingesetzten Membranen
wurden Versuche zur Stickstoffanreicherung
von Druckluft erfolgreich durchgeführt. Erste
Versuche mit Biogas sind vielversprechend.
8 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Heinrich Häberlin 034 426 68 53
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Dezentrale und mobile
Energiesysteme
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Photovoltaik: Wechselrichter, Langzeitverhalten,
Sicherheit, Solargenerator-Simulator 100 kW
Kurzdarstellung des Projektes
Das Photovoltaik-(PV-)Labor der BFH-TI führt
seit 1988 erfolgreich Arbeiten auf dem Gebiet
der PV-Systemtechnik durch. Viele dieser Arbei-
ten werden im Rahmen von drittfinanzierten
aF+E-Projekten durchgeführt, die vorwiegend
vom BFE und verschiedenen EWs finanziert
werden. Daneben werden auch vermehrt be-
zahlte Dienstleistungen erbracht für in- und
ausländische Firmen, die auf dem Gebiet PV
tätig sind. Das PV-Labor hat sich eine internati-
onal anerkannte Kompetenz auf dem Gebiet der
PV-Systemtechnik erarbeitet. Im Rahmen der
neuen Energiegesetzgebung ist 2008 auch in
der Schweiz eine landesweite Förderung der
Photovoltaik vorgesehen. Das PV-Labor wird
deshalb wertvolle Beiträge zur Sicherung der
Qualität und der technischen Weiterentwicklung
solcher Anlagen leisten können.
Weitere Infos: www.pvtest.ch .
Es gibt viele Arbeiten im Umfeld dieser Projekte,
die diesen nicht direkt belastet werden können,
die der Projektleiter aber trotzdem durchführen
muss (allgemeine Arbeiten auf dem Gebiet PV,
wie Projektakquisition, Publikationen, Tätigkeiten
in Normenkommissionen, Laborausbau, Kon-
taktpflege, Auskünfte, Schreiben von Anträgen
und Berichten, um überhaupt auf dem Sektor
aF+E arbeiten zu können, Personalführung
usw.). Diese Arbeiten und der Bau eines PV-
Generator-Simulators von 100 kW werden im
Rahmen des vorliegenden Projektes bearbeitet.
Resultate
In der Berichtsperiode wurde Anfang 2007 ein
Antrag für ein BFE-Fortsetzungsprojekt „PV-
Systemtechnik 2007-2010“ eingereicht, nach
Vorgaben des BFE im Sommer 2007 überarbei-
tet und Anfang August 2007 bewilligt. Unter
anderem wurde darin vom BFE gewünscht,
dass die Leistung des im Rahmen eines BFH-
Projektes zu bauenden Solargenerator-
Simulators auf 100kW erhöht wird (weitaus
stärkster PV-Generator-Simulator in Europa),
was eine ganz besondere technische Heraus-
forderung darstellt. Die Arbeiten an diesem
Projekt schreiten plangemäss voran und bis
Ende September waren die Schlüsselobjekte,
die 16 hochpräzisen Stromquellen, bereits fertig
gestellt.
Neben den unter Punkt 2 erwähnten allgemei-
nen Arbeiten wurden im Rahmen dieses Projek-
tes in der Zeit von Januar bis Juni 07 (zwischen
altem und neuem BFE-Projekt) auch einige
effektive Projektarbeiten und die Leitung der
Planungsarbeiten für den PV-SIM-07 durchge-
führt.
Es konnte auch ein neuer Assistent bis Anfang
2010 angestellt werden und die Anstellung
zweier bisheriger Assistenten bis Mitte 2009
verlängert werden. Damit ist der minimal not-
wendige Personalbestand im PV-Labor für die
erste Hälfte des Fortsetzungsprojektes gesi-
chert.
Wegen der im Jahre 2006 an verschiedenen PV-
Anlagen im In- und Ausland durch Lichtbögen
auf der Gleichstromseite von PV-Anlagen verur-
sachten Schwelbrände wurde der in den Jahren
1994 – 1998 vom PV-Labor der BFH-TI entwi-
ckelte Lichtbogendetektor reaktiviert, etwas
verbessert und 2006 ein neuer Patentantrag für
die im ersten Patentantrag 1994 noch nicht
enthaltenen Ideen eingegeben. Da das PV-
Labor der BFH-TI im zwischen 1996 und 1998
durchgeführten EU-Projekt PV safety nur sub-
contractor war, wegen des zu geringen Budgets
gewisse Beschreibungen und Schemas des
Lichtbogendetektors für die Feldtests an die
ausländischen Partner übergeben werden
mussten und der Schweizer Contractor, die
Firma Alpha Real, die inzwischen nicht mehr
aktiv ist, kein Geheimhaltungsabkommen mit
den damaligen Projektpartnern abgeschlossen
hatte, gilt der Inhalt der damals an die Projekt-
partner abgegebenen Dokumente nach Aus-
kunft des angefragten Patentanwaltes heute
patentrechtlich als publiziert (allerdings kaum
recherchierbar), so dass kein sinnvoller Schutz
mehr möglich ist. Das PV-Labor kann somit nur
versuchen, den vorhandenen Informationsvor-
sprung über den Bau von Lichtbogendetektoren
in entsprechende Dienstleistungs- und For-
schungsaufträge von interessierten Wechselrich-
terherstellern umzusetzen.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 9
Michael Höckel 032 321 64 16
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Dezentrale und mobile
Energiesysteme
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, Batterien, Elektrizitätsversor-
gung, Netzanalysen
Kurzdarstellung des Projektes
Unter der Leitung des Berichterstatters wurden
an der HTI wurden 2006/07 diverse Brennstoff-
zellenprojekte durchgeführt:
IFC15S: Weiterentwicklung des Antriebstranges
des Hybrid-SAM.
IHPoS: KTI-Projekt zur Entwicklung eines kom-
merziellen Low-Cost-Stacks; Preisträger Swiss
Technology Award
pem-scoot: Elektroscooter mit einem H2/O2 –
Brennstoffzellensystem
pempac: tragbare Brennstoffzellen-
Stromversorgung in Form eines Rucksackes mit
einer AC-Leistung von 700VA
Ausbau/Erweiterung des Brennstoffzellenlabors
Zudem wurde der Berichterstatter in den Vor-
stand des Vereins Hydropole zur Förderung von
Anwendungen im Bereich Wasserstoff gewählt..
Darüber hinaus wurde mit mehreren ausländi-
schen Partnern ein EU-Projekt erarbeitet und
eingegeben.
Im Forschungsbereich Elektriziätsnetze wurde
der Zertifizierungkurs „Energiemanager“ in
Zusammenarbeit mit dem Managementzentrum
der BFH und externen Partnern (swisspower,
trainel energie) mit Verantwortung für den Wo-
chenkurs Verteilnetzmanager entwickelt. Es fand
eine erst und eine erste Durchführung statt.
Weitere 2 Durchführungen wurden vorbereitet
Resultate
Beim Brennstoffzellenstapel IHPoS wurde ein
vollständig neues Konzept umgesetzt. Der so
genannte Graphitfolienstapel ist ausschliesslich
aus verschiedenen Lagen stanzbarer Folien
aufgebaut. Diese Konstruktion macht die Ferti-
gung einfach und führt zu tiefen Produktionskos-
ten. Darüber hinaus sind diverse Funktionalitä-
ten, wie die Befeuchtung der Prozessgase und
die Abfuhr der Verlustwärme bereits im Stapel
integriert.
Das Stapelkonzept wurde an der BFH mit
finanzieller Unterstützung von Energie Schweiz
entwickelt. Die Anwendungsreife wurde gemein-
sam mit der Firma CEKA in einem KTI-
geförderten Projekt erreicht werden. Das entwi-
ckelte Produkt weist einen einfachen Aufbau,
eine hohe Leistungsdichte und eine gute Lang-
zeitstabilität auf. Verschiedene Stapelprototypen
wurden im Testlabor der BFH Langzeitdauer-
tests bis 1000h unterzogen, wobei keine Leis-
tungsdegradation erkennbar war. Marktuntersu-
chungen und erste Kontakte mit potentiellen
Kunden wie beispielsweise Systemintegratoren
haben gezeigt, dass IHPoS bereits bei Kleinse-
rien preislich äusserst attraktiv ist.
Der Brennstoffzellenscooter pemscoot konnte in
Betrieb genommen werden und im Expodrom
(Murten) in Betrieb genommen werden. Er steht
als Demonstrator zur Verfügung.
Das tragbare Brennstoffzellensystem pempac
wurde in Betrieb genommen. Aufgrund von
schadhaften Zellkomponenten könnte keine
akzeptable Leistung erzielt werden. Der Lieferant
hat zwar eine Ersatzlieferung geleistet, welche
allerdings bislang aufgrund von fehlenden Res-
sourcen nicht getestet werden konnte.
10 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Willi Merk 034 426 68 41
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Fahrzeugsicherheit und
Mechanik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Power Electronics, Control Platform, Electric
Devices
Kurzdarstellung des Projektes
Dieses Projekt ist Teil des Gesamtprojektes
„Hybridmotor“ der Fa. Bombardier Transportati-
on und bezieht sich auf die Control Platform,
welche den Umrichters ansteuert, der für den
Betrieb eines geregelten Antriebs mit einem
solchen Motor erforderlich ist.
Die Control Platform basiert auf einem für solche
Anwendungszwecke optimierten digitalen
Signalprozessor (DSP) der Fa. Texas Instru-
ments. Ihre Hardware enthält die optoelektroni-
schen Treiber zur Ansteuerung zweier dreipha-
siger Zweipunkt-Umrichter oder eines Drei-
punkt-Umrichter, die für Antriebe notwendigen
Sensoreingänge, mehrere Analog- und galva-
nisch getrennte Binärein- bzw. ausgänge sowie
mehrere Kommunikationsschnittstellen wie
CAN, RS232 und USB.
Softwareseitig ist geplant, dass ein Anwender
dieses Systems den DSP mit der grafischen
Programmiersprache „Simulink“ programmieren
kann.
Resultate
Auf der technisch wissenschaftlichen Seite
konnten die folgenden Resultate erzielt werden:
Spezifikation, Konzeptentwurf, Schaltungsent-
wicklung und -dimensionierung, Bauelemente-
evaluation, Erstellung der Layoutrichtlinien und
Layout der Hardware (siehe unten).
Erstellung und Validierung des Simulink-
Simulationsmodells für den Antrieb in Fix-Point-
Arithmetik.
Analyse der notwendigen Funktionsblöcke des
Simulinks-Blocksets für den eingesetzten DSP in
Hinblick auf ihre Praxistauglichkeit.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 11
Markus Moser 032 332 64 21
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Fahrzeugsicherheit und
Mechanik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Kurzdarstellung des Projektes
Die Eisenbahntechnik hat in den letzten Jahren
an unserer Schule einen festen Platz erhalten.
Durch eine Reihe von Vorzeigeprojekten vor
allem auch im Bereich des Fahrzeug-Refit
konnte bei den Bahnbetreibern und der Bahnin-
dustrie ein guter Ruf aufgebaut werden, den wir
erhalten wollen.
Mit dem Ausbau der Kompetenzen und der
Weiterführung der laufenden Projekte im Eisen-
bahnbereich, das bedeutet im speziellen:
Leittechnik für Neubauten und Refit von
Triebfahrzeugen
Einsatz von Funkfernsteuerungen für Loks im
Rangier- und Streckenbetrieb
Fahrzeugleittechnik mit der Erweiterung in die
Umrichtertechnik
ist dieses Ziel erreichbar.
Resultate
Transportation
Die laufenden Projekte im Bereich Leittechnik
von Triebfahrzeugen wurden abgeschlossen,
vorwiegend Optimierungsarbeiten fielen noch an
bei FB (Forchbahn),TN (Tram Neuenburg) und
OC (Chemins de fer Orbe-Chavorney).
Mehrere Projekte wurden offeriert, zu erwähnen
sind TL und tpf. In der Berichtsperiode sind
keine grösseren Aufträge eingegangen.
Das Know how in der Leistungselektronik und
Umrichtertechnik wurde über Literaturstudien
und durch die unten aufgeführten Aktivitäten
erweitert.
Energy Systems
Als alternative F&E-Aktivität erhielt die Indukti-
onsheiztechnik ein grösseres Gewicht. Eine
neue Generation Leistungsgenratoren für die
schonende und energieeffiziente Erwärmung
von angerichteten Speisen in Spitälern und
Heimen wurde entwickelt und zur Seriereife
gebracht.
12 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Hansjürg Rohrer 032 321 63 73
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Fahrzeugsicherheit und
Mechanik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Schienenfahrzeuge, Simulationstechnik, Führer-
stand, Zuglaufrechnung
Kurzdarstellung des Projektes
Für technische Berechnungen im Zusammen-
hang mit Steuerungsumbauten, Störfällen und
Neudimsionierungen von Eisenbahnfahrzeugen
sind Simulationen (sog. Zuglaufrechnungen)
notwendig. Zur Ausbildung von Triebfahrzeug-
führern sind ebenfalls Simulationswerkzeuge
gefordert.
Damit können einerseits Energie-, Fahrzeit- und
Komponenten-Optimierungen betrieben werden,
andererseits sind ausserordentliche betriebliche
Situationen nachbildbar und vom Fahrpersonal
nachvollziehbar. Das richtige Reagieren bei
Störungen von Signal- und anderen Sicherheits-
anlagen kann gefahrlos und ohne Betriebs-
Beeinträchtigung geübt werden. Wegen der
immer stärker belasteten Infrastrukturanlagen
kommt diesem Punkt immer grössere Bedeu-
tung zu.
Das an der BFH vorhandene Simulationspro-
gramm wurde in diesem Sinne weiterentwickelt.
Resultate
In der Berichtsperiode konnten folgende Bestel-
lungen für Führerstand-Simulatoren abgewickelt
werden:
1. Ausbildungssimulator für Railplus AG (Ver-
band der Schweizer Schmalspurbahnen):
Der in einem Container untergebrachte Si-
mulator wurde im Jan.07 in Betrieb genom-
men. Das Engineering und die gesamte
Softwareentwicklung erfolgte an der BFH.
2. Ausstellungs- und Ausbildungssimulator für
die Association pour la Préservation du Ma-
tériel Ferroviaire Savoyard in Chambéry. Es
wurde ein Simulator der Lok CC6500 der
Französischen Staatsbahn SNCF entwickelt,
teilweise durch studentische Arbeiten. Inbe-
triebnahme Dez.07
3. Ausstellungsimulator für die Ausstellung zum
neuen Durchgangsbahnhof in Zürich (in der
Unterführung bei Gleis 18 in Zürich HB). Auf-
trag der SBB. Inbetriebnahme Okt.07.
In diesem Zusammenhang wurden die Funktio-
nalitäten des Loksimulations-Programmes sowie
dessen Bedienoberflächen und Schnittstellen
wesentlich erweitert.
Im Labor Biel konnte das Bewegungssystem
des hauseigenen Führerstand-Simulators in
Betrieb genommen werden. Wegen seiner
Grösse ist dieser Simulator damit nicht mehr an
externe Ausstellungen transportierbar. Als Ersatz
dafür konnte aus einem RBS-Steuerwagen ein
kompletter Führerstand übernommen werden,
der für Ausstellungszwecke hergerichtet und mit
den notwendigen Schnittstellen zum Simulati-
ons-Rechner versehen wurde. Erstmaliger
Einsatz an der Suisse Transport in Bern im
Nov.07.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 13
Bernard Schmutz 032 321 63 60
Point fort(s) de recherche EVM
Champ(s) de recherche Entrainements électri-
ques efficace à aimants permanents
Mandat de recherche 100h
Mot clés
Simulation, Flow, Heat-transfer, Permanent-
magnet, Traction-motor
Description bref du projet
Dans le domaine de la traction électrique, la
substitution de moteurs synchrones à aimants
permanents aux machines asynchrones utilisées
jusqu’ici permettrait de gagner du poids, de la
place et de l’efficacité. Il en résulterait donc un
gain de compétitivité et des économies
d’énergie.
Un projet interdisciplinaire de développement de
moteur synchrone hybride à aimants perma-
nents (HPMSyn) à vocation ferroviaire a donc
démarré entre un groupe d’experts de la hesb-ti
et Bombardier-Suisse. Les bases de dévelop-
pement ont été établies dans le détail et les
interactions entre les aspects électriques et
mécaniques ont été analysées et optimisées, les
flux d’informations entre les différents outils de
simulation ont été organisés, testés et optimi-
sés.
Un prototype de rotor a été conçu, simulé,
optimisé, réalisé, puis testé par Bombardier. Le
fonctionne-ment de ce rotor rempli toutes les
attentes.
Resultats
Pour le groupe
Un prototype de moteur synchrone hybride à
aimants permanents a été conçu, simulé, opti-
misé, réalisé, puis testé au 3ème trimestre 2007.
Son fonctionnement est tout à fait conforme aux
attentes. Pour plus de détails, voir le rapport de
M. Vezzini
Pour moi
Les analyses par simulations numériques de
l’écoulement dans l’entrefer variable du rotor en
forme de trèfle développé par M. Vezzini ont
montré que les bénéfices électromagnétiques
engendrés par une telle forme ne sont pas
entachés par des problèmes d’écoulements :
les dissipations restent semblables à celles
d’un rotor circulaire,
les fluctuations de pression générées sont de
l’ordre de 600 Pa,
il n’y a pas lieu à s’attendre à plus
d’instabilités d’écoulement que sur un rotor
cylindrique,
un effet de pompage-refoulement a lieu aux
extrémités du rotor sur environ 3 cm de pro-
fondeur. Cet effet est légèrement bénéfique
au refroidissement du moteur.
Faute de données sur le champ de dissipations
électromagnétiques du moteur, l’analyse ther-
mique du moteur et l’optimisation de son refroi-
dissement n’a pu être réalisée.
14 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Heinrich Schwarzenbach 032 321 64 15
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Energieeffiziente Perma-
nentmagnetantriebe
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Permanentmagnetmotoren, mechanische
Simulationen, elektromagnetische Simulationen,
FEM
Kurzdarstellung des Projektes
Die PM-Expert Group hat sich zum Ziel gesetzt
das Wissen zur vollständigen Simulation von
Permanentmagnetmotoren zu erarbeiten. In der
ersten Phase haben wir im Berichtsjahr ein
Verständnis der Themenfelder: Elektro-
magnetische Simulation, mechanische Simulati-
on und Strömungssimulation gewonnen. Nur in
der interdisziplinären Zusammensetzung der
Forschungsgruppe konnte dieses breite Wissen
aufgearbeitet werden. Dank diesen Grundlagen
können in Zusammenarbeit mit den industriellen
Partnern Permanentmagnetmotoren ausgelegt
und dimensioniert werden. Die ersten Motoren
auf Basis unserer Berechnungen sind gebaut
und haben auf dem Prüfstand ihre Erwartungen
erfüllt.
Resultate
Verständniss der Zusammenhänge zwischen
elektrischer Auslegung eines Permanentmotors
und der mechanischen Auslegung eines ent-
sprechenden Motors.
Der Stand und auch die Limitationen der vor-
handenen Berechnungshilfsmittel sind bekannt.
Konkrete Motoren wurden dimensioniert, vom
Industriepartner realisiert und getestet, d.h.
Berechnung der Magnetfelder in 2D infolge
der Permanentmagnete und Bestromung
Berechnung der Kräfte und Momente infolge
der Magnetfelder
Berechnung der Deformation des Perma-
nentmagnetrotors
Berechnung der Spannungen des Perma-
nentmagnetrotors
erste Berechnungen des Strömungsverlustes
im Motor
Die Forschungsgruppe hat sich etabliert.
Die Forschungsgruppe kennt die weiteren
notwendigen Schritte damit das Fernziel der
vollständigen Simulation von Permanentmag-
netmotoren erreicht werden kann.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 15
Dr. Andrea Vezzini 032 321 63 72
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Energieeffiziente Perma-
nentmagnetantriebe
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Energieeffizienz, Permanentmagnetmaschinen,
Elektroantriebe, Traktionsantriebe, Antriebstech-
nik
Kurzdarstellung des Projektes
In einer interdisziplinären Forschungskollaborati-
on mit Bombardier Schweiz werden die Grund-
lagen für die Entwicklung von Hybrid-
Permanentmagnet-Synchronreluktanz-
Maschinen (HPMSyn) für die Anwendung im
Transportbereich (Bahn, Bus, Tram) untersucht.
Dies umfasst die Analyse der elektrischen und
mechanischen Probleme, die Optimierung des
Entwicklungsablaufs zwischen elektrischen und
mechanischen Lösungswerkzeugen, sowie eine
exemplarischen Auslegung und der Bau eines
Prototyps zwecks Überprüfung der gemachten
Annahmen.
Die erste Prototypenmaschine wurde erfolgreich
gefertigt und bei Bombardier Schweden erfolg-
reich ausgetestet. Dabei wurde eine hohe
Übereinstimmung mit den berechneten Werten
erzielt.
Im Moment wird an einer zweiten Maschine
gearbeitet und zudem ein Modell für den
schlimmsten Fehlerfall (interner Wicklungskurz-
schluss) erstellt. Dies erfolgt mit Dr. Juliette
Souliard von der KTH Stockholm.
Resultate
1. Im Rahmen der Zusammenarbeit innerhalb
der Kompetenzgruppe erfolgte ein Aus-
tausch von Informationen bezüglich den ver-
wendeten Werkzeuge und Methoden. Dies
betrifft vor allem die elektromagnetische,
thermische und mechanische Auslegung
elektrischer Maschinen (Schwarzenbach,
Schmutz, Vezzini).
2. In Zusammenarbeit mit der mechanischen
Finit Element Berechnung (Schwarzenbach)
wurde untersucht wie die geometrischen Pa-
rameter (optimale Magnetwinkel bei einer 4-
poligen Maschine) gewählt werden müssen
um eine möglichst hohe Ausnutzungsziffer zu
erreichen. Für die mechanische Simulation
wurden die magnetischen Kräfte ausgerech-
net und als zusätzliche Lasten neben der
Zentrifugalkraft definiert.
3. in Zusammenarbeit mit Bombardier Schwe-
den wurde der erste Prototyp einer Perma-
nentmagnetmaschine ausgelegt und nachge-
rechnet. Die Resultate der magnetischen FE-
Berechnung (Vezzini) wurden anschliessend
in selber entwickelten Matlab-Skript ausge-
wertet und die Ersatzschaltbildparameter für
die Regelungstechniker von Bombardier
Schweden daraus abgeleitet
4. Die berechnet Maschine wurde in Zusam-
menarbeit mit Bernhard Schmutz noch be-
züglich der Luftwirbelverluste im Luftspalt un-
tersucht. Dieses Modell wurde auch den Kol-
legen in Schweden vorgestellt.
5. Es erfolgte ein Besuch an der KTH in Stock-
holm, bei welchem mit der dortigen Gruppe
für Permanentmagnetantriebe ein interessan-
ter Erfahrungsaustausch stattfand und die
weiteren Schritte für 2007/2008 geplant
wurden
6. Bombardier Schweiz hat sich bereit erklärt
zwei Masterstudenten des Schwerpunktes
Energie – Verkehr – Mobilität finanziell zu un-
terstützen
7. Bombardier Schweiz hat einen Forschungs-
kollaborationsvertrag mit der BFH TI unter-
schrieben
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 17
Mobile Informationsgesell-
schaft
Dienste und Anwendungen, welche Informatik
und Kommunikationstechnik (ICT) verbinden,
prägen zunehmend unser berufliches und
privates Umfeld. Hier, im Handlungsfeld zwi-
schen Technologien der Mobilkommunikation,
Applikationen und (mobilen) Anwendern liegen
unsere Kernkompetenzen.
In der Vertiefung "Mobile ICT" erarbeiten wir
Konzepte und Lösungen für mobile Applikatio-
nen mit Hard- und Softwarekomponenten. Sie
fliessen in Syteme und Alltagsgüter ein, die im
Sinne eines `ubiquitous and pervasive Compu-
ting` laufend Informationen digital austauschen
und verarbeiten, sei es in Geschäftsprozessen
oder im privaten Alltag. In der Vertiefung „ICT-
based Management“ befassen wir uns mit der
fortschreitenden und vermehrt auch mobilen
Informatik-Unterstützung entlang der Wert-
schöpfungskette. Diese schafft neue Produktivi-
tätspotentiale in Unternehmen und Institutionen,
welche mit informatikgestützter Unternehmens-
führung realisiert werden können. In der Vertie-
fung „Identity, Security und Privacy“ behandeln
und lösen wir Fragen und Problemstellungen
der Sicherheit. Diese schafft bei den Anwendern
das Vertrauen, das notwendig ist, damit die
mobile Informationsgesellschaft ihre Aktivitäten
erfolgreich entfalten kann.
Kontakt: [email protected]
Société mobile de
l‘information
Les services et les applications faisant appel aux
technologies de l’information et de la communi-
cation (TIC) sont de plus en plus présents dans
nos vies professionnelles et privées: notre
compétence réside justement dans ce champ
d’action entre technologies de la communication
mobile, applications et utilisateurs.
Dans le cadre de la spécialisation « Mobile ICT »,
nous élaborons des concepts et des solutions
pour des applications mobiles à l’aide de com-
posants matériels et logiciels. Ces derniers
s’intègrent dans les systèmes et objets usuels,
dans la logique de l’« informatique omniprésente
», échangent et traitent des données numé-
riques en continu, tant pour un usage profes-
sionnel que privé. Dans le cadre de la spécialisa-
tion « ICT-based Management », nous nous
consacrons à l’assistance informatique (mobile)
sans cesse croissante dans la chaîne
d’approvisionnement. Cette dernière génère un
potentiel de gain de productivité dans les entre-
prises et les institutions, à exploiter en informati-
sant la gestion d’entreprise. La troisième spécia-
lisation « Identity, Security and Privacy » englobe
le traitement et la résolution des questions et
des problématiques liées à la sécurité. Le but
est d’instaurer un climat de confiance avec les
utilisateurs, nécessaire pour assurer le succès
des activités de la société de l’information
mobile.
Contact: [email protected]
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 19
Bernhard Anrig 032 321 63 34
Domaine principal de recherche MIG
Champ de recherche Identity, Security and
Privacy
Forschungsauftrag 312h
Schlüsselbegriffe
Privacy, (Virtual) Identity, Anonymisierung,
WebService Security
Kurzdarstellung des Projektes
Meine Forschungsarbeit konzentrierte sich im
vergangenen Jahre vor allem auf
die Mitarbeit in VIP und dort im Projekt FIDIS
(Future of Identity in the Information Society),
einem NoE (Network of Excellence) unter-
stützt durch die EU im 6th Framework Pro-
gramme for Research and Technological De-
velopment. VIP ist im Rahmen von FIDIS in
mehreren Workpackages tätig, hat den Lead
eines Workpackage und ist Editor von div.
Deliverables.
die Mitarbeit im Projekt Biocrypt, einem BFH-
Projekt, welches zum Ziel hat biometrische
Pseudonyme auf der Basis von Iris-Daten zu
entwickeln
die Zusammenarbeit mit der Gruppe „Web-
Service Security“ (DUE1, FHS1, BTE1,
ARB1), als Vertiefung ins Zusammenspiel
Security und WebServices
Resultate
Im Projekt FIDIS war ich an folgenden
Ergebnissen beteiligt
Fertigstellung des Buches „Profiling the
European Citizen“ (Springer-Verlag, Veröffent-
lichung Frühjahr 2008)
Mitarbeit am Deliverable „A Holistic Privacy
Framwork for RFID Applications“, insbeson-
dere zu Fragen der Ethik und Privacy von
RFID Applikationen.
Organisation des Workshops zu „Non-
Human Legal Entities“ in Brüssel (Jan. 07);
u.a. als Folge davon Ausarbeitung des
Workpackage „Abstract Person“ (Lead VIP)
Organisation des General Meeting in Neuen-
burg.
Mitarbeit in der Standardisierungsgruppe:
FIDIS hat ein sog. „Liaison statement“ von
ISO/IEC JTC 1/SC 27/WG 5
Mitarbeit am Artikel „Internet-Voting, Oppor-
tunity or Threat for Democracy?“ für die Kon-
ferenz Vote-ID 2007 (Bochum) [Konferenz
nach Berichtsperiode]
Mitarbeit und Repräsentation von VIP im Pol
„Security and Privacy“ von ICTnet
Im Projekt Biocrypt war ich an folgenden
Ergebnissen beteiligt
Aufbau einer biometrischen Datenbank (Iris)
Aufbau einer Strategie zur Berechnung von
biometrischen Pseudonymen; erste Ansätze
zur Validierung
Im WebService Security war ich an fol-
genden Ergebnissen beteiligt
Ausarbeitung eines BFH-Projekts TrustVote
(Projektleiter DUE1)
Verteifung in Security und WebServices; als
Folge ein Projekt von DUE1 mit der Rolotec
AG.
20 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Endre Bangerter 032 321 64 78
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Identity, Security, Privacy
Forschungsauftrag 357h
Schlüsselbegriffe
Acquisition of EU FP 7 project, IT security,
crypto engineering
Kurzdarstellung des Projektes
BFH is part of the CACE (Computer Aided
Cryptographic Engineering) EU FP 7 consortium.
The project vision is to develop tools that sup-
port security engineers to design and implement
cryptographic protocols. The project consortium
consists of 12 members, including research
Universities, SMEs and Fortune500 companies.
Some of the participating researches are world
class in their field. The CACE project proposal
was very positively received by the EU commis-
sion and received a top ranking in the evalua-
tions. Thereafter, EU has started the funding
process and negotiations for the project and we
expect to sign the funding contracts with the EU
in December 2007. The project is expected to
start beginning of 2008 with duration of 3 years;
Dr. Bangerter of BFH is designated to be one of
the five work package leaders in the project.
Resultate
The main result is the acquisition of the project.
Below are some project details.
CACE - Computer Aided Cryptography
Engineering
Development of hardware devices and software
products is facilitated by a design flow, and a
set of tools (e.g., compilers and debuggers),
which automate tasks normally performed by
experienced, highly skilled developers. However,
in both hardware and software examples the
tools are generic since they seldom provide
specific support for a particular domain. The
goal of this project is to design, develop and
deploy a toolbox that will support the specific
domain of cryptographic software engineering.
Ordinarily, development of cryptographic soft-
ware is a huge challenge: security and trust is
mission critical and modern applications
processing sensitive data typically require the
deployment of sophisticated cryptographic
techniques. The proposed toolbox will allow
non-experts to develop high-level cryptographic
applications and business models by means of
cryptography-aware high-level programming
languages and compilers. The description of
such applications in this way will allow au-
tomatic analysis and transformation of crypto-
graphic software to detect security critical
implementation failures, e.g., software and
hardware based side-channel attacks, when
realizing low level cryptographic primitives and
protocols. Ultimately, the end result will be
better quality, more robust software at much
lower cost; this provides both a clear economic
benefit to the European industry in the short
term, and positions it better in dealing with any
future roadblocks to ICT development in the
longer term.
Project Partners
TECHNIKON, TEC Austria; Ruhr Universität
Bochum, Germany, University of Bristol, United
Kingdom; TU Eindhoven, Netherlands; University
of MINHO, Portugal; Bern University of Applied
Sciences, Switzerland; Aarhus University, Den-
mark; University of Haifa, Israel; Sirrix AG securi-
ty technologies, Germany; Helsinki University of
Technology, Finland; Nokia, Finland; Alexandra
Institute, Denmark.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 21
Dr. Olivier Biberstein 032 32 16 324
Domaine principal de recherche MIG
Champ de recherche Identity, Security and
Privacy / Ubiquitous and Pervasive Computing
Pensum de recherche 390h
Mots clés
WebMetriX: Mesure de similarité, web-
documents, hyperliens, graphes
Anemon: détection à distance, température,
monitoring d'animaux.
Description bref du projet
WebMetrix
Ce projet consiste à réaliser l'étude d'un outil
permettant de déterminer la présence ou l'ab-
sence de propriétés pertinentes pour un site
web donné, et d'extraire certaines informations
syntaxiques voire sémantiques afin de pouvoir
établir une sorte de cartographie d'un site ou
d'une page web. Il s'agit d'établir plus généra-
lement des mesures au sens mathématique du
terme. La nouveauté de ce projet repose sur la
prise en compte des aspects structurels des
sites web pour ces mesures.
Alors que la plupart des outils existants se
chargent d'une analyse dynamique, c'est-à-dire
du trafic, des pages les plus visitées, optimisa-
tion des performances, etc., très peu d'appro-
ches s'intéressent à la structure statique d'un
site web.
Anemon
voir rapport de M. C. Brielmann
Resultats
WebMetrix
Acquisition de connaissances relatives au
domaine de l'infometrics et plus particulière-
ment des "similarity metrics". Une recherche
bibliographique a été réalisée et de très
nombreux articles ont été collectés et étu-
diés.
Différentes similarity metrics ont été étudiées
dans le cadre de ce projet fortement orienté
vers la comparaisons de la structure des
web-documents. Différents types de critères
orientés structure ont été étudiés et sélec-
tionnés à ces fins.
Diverses rencontres avec de potentiels
partenaires ont été réalisées: Institut des
sciences criminelles et HES Yverdon, Fédéra-
tion horlogère suisse, Police Fédérale (Dienst
für Analyse und Prävention).
Un prototype permettant la comparaison de
web-documents est en cours de finission, ce
prototype implémente déjà quelques similari-
ty metrics orientées structures résultant des
études susmentionnées. Ce prototype est
équipé d'un langage simple permettant l'en-
chainement et le filtre de certaines métrics.
Une présentation des travaux en cours a été
faites lors d'un workshop à Berlin en juin
2007.
Une autre présentation des travaux en cours
a eu lieu en septembre au département d'in-
formatique de l'Université de Genève.
Un projet BFH à été déposé en mai portant
sur la classification automatique de web do-
cuments.
Anemon
Un business plan a été établi
Une présentation du projet ANEMON a eu
lieu au CTI afin d'obtenir le coaching CTI-
Startup qui nous a été attribué.
Pour plus de détail voir le rapport de M. C.
Brielmann
22 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Claude Brielmann 032 32 16 379
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive
Computing
Forschungsauftrag 390h
Mots clés
Ne rien publier. Dépôt d'un brevet en cours.
Description bref du projet
ANEMON
Ne rien publier. Dépôt d'un brevet en cours.
InfoBehin
voir rapport de P. Raemy
Resultats
ANEMON
Ne rien publier. Dépôt d'un brevet en cours.
InfoBehin
voir rapport de P. Raemy
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 23
Roland Brun 034 426 68 47
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Mobile Communication
Technologies
Forschungsauftrag 332h
Schlüsselbegriffe
High Speed CMOS, VHDL, Data Communicati-
ons
Kurzdarstellung des Projektes
Entwicklung eines Receivers mit optischem
40Gb/s Eingang zusammen mit IBM Rüschlikon,
FH Nordwestschweiz und der ETH Zürich. Der
Empfänger ist voll digital und wird in CMOS
integriert. Das Forschungsvorhaben ist ein KTI
Projekt welches eine Fortsetzung eines Projek-
tes ist, welches Ende 2003 gestartet wurde.
Diese Fortsetzung war bereits zu Beginn des
ersten Projektes geplant. Die BFH ist in diesem
Projekt für den digitalen Regelkreis für die
Synchronisation verantwortlich. Es besteht hier
ein Zusammenarbeitsvertrag mit IBM Rüschli-
kon. Das Projekt wird auf Ende Nov. 2007
abgeschlossen.
Resultate
Inzwischen sind die ASICs vom zweiten Run
eingetroffen und auf einem provisorischen
Testsubstrat montiert. Erste erfolgversprechen-
de Messresultate liegen vor. Im Gegensatz zum
ersten Chip, in welchem wegen nicht funktionie-
renden Teilprogrammen nicht alle Layoutfehler
erkannt werden konnten, scheinen alle Module
zu funktionieren. Da das Testsubstrat noch
zulange Zuleitungen hat, konnte noch nicht bis
zur maximalen Geschwindigkeit getestet wer-
den.
Unsere Optimierung der VHDL Beschreibung
der State Maschinen hat sich als Erfolg erwie-
sen. Diese Tatsache ist für uns sehr wichtig für
zukünftige industrielle Projekte wie auch für
Arbeiten mit den Studenten. Auch das Pipelining
der Funktionen hat sich als richtig und wichtig
erwiesen. Es wurde keine Frequenzbereiche
festgestellt, wo das System nicht richtig funktio-
nierte.
Wir erwarten von den Messungen mit Flip Chip
gute Resultate für unseren Teil.
Die Dokumentation ist mittlerweile zum grössten
Teil erstellt. Sobald dass die letzten Messergeb-
nisse vorliegen können wir die Dokumentation
vervollständigen. Bis Ende November 2007 soll
das KTI Projekt abgeschlossen sein. Der Ab-
schlussbericht ist in Arbeit.
24 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Walter Businger 032 321 63 19
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Lyme-Borreliose, Datenbank mit Patienten-
Daten, statistische Auswertungen und Tests
Kurzdarstellung des Projektes
In dieser Arbeit geht es darum, die durch Ze-
cken übertragene Lyme-Borreliose einerseits
besser diagnostizieren zu können und anderer-
seits besser behandeln zu können. In einer
Datenbank sind umfangreiche und sehr komple-
xe Patienten-Daten abgelegt, wie beispielsweise
über 100 Symptome pro Patient und zu ver-
schiedenen Zeitpunkten und natürlich auch
Therapie-Daten. Die Implementierung dieser
Datenbank war übrigens der erste Schritt in
unserem Projekt.
Seit einigen Jahren schon beschäftigen wir uns
mit der Auswertung dieser Daten. In der Periode
2005/06 ging es vor allem mögliche Therapie-
verbesserungen.
Resultate
In dieser Berichtsperiode wurde in erster Linie
die Wirksamkeit der intravenösen Therapien
gegenüber den übrigen Therapien untersucht.
Intravenöse Therapien sind teurer und aufwen-
diger.
Es hat sich gezeigt, dass die Verminderung von
gewissen Symptomen bei intravenösen Thera-
pien in der Tat grösser ist als bei nichtintravenö-
sen Therapien.
Anschliessend wurden gewisse Teilmengen von
Patientinnen und Patienten untersucht, die eine
intra-venöse Therapie erhalten haben. Es wurde
festgestellt, dass Männer noch besser auf die
intravenöse Therapie ansprechen als Frauen.
Ebenfalls sprechen ältere Patientinnen und
Patienten besser an als jüngere.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 25
Fritz Dellsperger 034 426 68 [email protected]
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Mobile Communication
Technologies
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Smart Antenna, Aircraft, Videoübertragung,
Antennenarray, Beamformer
Kurzdarstellung des Projektes
In einer speziellen Anwendung soll das Sende-
signal beweglicher, mobiler Bodenstationen in
einem Flugzeug auf 8'000 bis 10'000 m Höhe
empfangen werden können. Für den Frequenz-
bereich von 2.5 GHz wird damit eine Hochge-
winnantenne mit adaptiver, automatischer
Steuerung und Nachführung der Strahlungskeu-
le notwendig. Das in diesem Projekt zusammen
mit dem Industriepartner entwickelte Antennen-
array steuert die vertikale Strahlungskeule in der
x-y-Ebene. Für die Entwicklung des Antennenar-
rays wird eine leistungsfähige 3D-EM-Simulation
eingesetzt.
In einem Suchmode wird die Richtung für die
maximale Empfangsfeldstärke jedes Bodensen-
ders gesucht und anschliessend in einem Tra-
cking-mode die Strahlungskeule automatisch
der Signaleinfallrichtung nachgeführt. Die Kon-
zeption für den Empfänger im Flugzeug ermög-
licht, gleichzeitig auf mehreren Empfangskanälen
je eine unabhängige Strahlungskeule mit dem
gleichen Antennenarray zu realisieren.
Resultate
Mit Bewilligung vom 21.7.2006 und Vertrag vom
20.3.2007 konnte das KTI-Projekt am 1.3.2007
begonnen werden.
KTI-Zwischenbericht Aug. 2007
Bis heute verlief das Projekt entsprechend dem
Projektplan. Größere Schwierigkeiten haben sich
keine ergeben.
Stand Phase I: Detailkonzept abgeschlossen
Stand Phase II: Entwicklung
WP2 Antenneneinheit
Es wurden verschiedene Lösungsansätze der
Einzelantennenelemente simuliert und unter-
sucht. Zwei Lösungen werden zur Zeit realisiert
und ausgemessen. Die Simulation der Array-
funktion zeigte, daß mehr Einzelelemente als
ursprünglich angenommen verwendet werden
müssen um die geforderten Eigenschaften zu
erreichen. Die Resultate der Messungen in den
nächsten Wochen werden die endgültige Array-
grösse bestimmen.
WP3 Antenneneinheit mechanisch
noch keine Konstruktionsarbeiten durchgeführt
WP4 Downconverter, ZF-Verstärker, Trackin-
gempfänger, Oszillatoren
Mit Ausnahme des Trackin-gempfängers konnte
ein ganzer Empfangszug als Funktionsmuster
aufgebaut und ausgemessen werden. Er erfüllt
alle Spezifikationen. Der Trackingempfänger
befindet sich in der Designphase.
WP 5 Beamformer
Hier konnte gegenüber den ersten Ideen eine
innovative Lösung der Phasenschiebung mit
Digital-Direct-Synthesizern, deren Phasenlage
digital verändert werden kann, gefunden wer-
den. Ein Funktionsmuster ist aufgebaut und wird
in den nächsten Wochen zusammen mit dem
Empfangszug und eines Antennenarrays aus-
gemessen.
WP6 Signalverarbeitung, Steuerung, Bussystem
Zur Zeit wird das Rechnersystem, bestehend
aus Komponenten von National Instruments,
aufgebaut und in Betrieb genommen.
WP7 Überwachung, Alarmierung, Speisung
Am Speisungskonzept und dessen Realisation
wird zur Zeit gearbeitet und soll Ende August
abgeschlossen sein. Überwachung und Alarmie-
rung: Konzept vorhanden, noch keine Realisati-
on
WP8 Software
SW-Konzept und Strategie erarbeitet. Realisati-
on in Arbeit.
WP9 Inneneinheit mechanisch
Konzept vorhanden. In Arbeit.
26 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Eric Dubuis 032 321 63 18
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Informationssysteme, Business Application
Integration, Web Service Security, KMU
Kurzdarstellung des Projektes
Nebst einer Vielzahl von betrieblichen Informati-
onssystemen stehen Unternehmen und Verwal-
tungen heute auch unzählige Konzepte und
Technologien zur Verbindung dieser Systeme
zur Verfügung. Ziel des vorliegenden Projektes
ist es, "best practices" zu erarbeiten, welche es
KMUs und Institutionen der öffentlichen Verwal-
tung ermöglichen, sich in dieser Komplexität
zurechtzufinden, sinnvolle Beschaffungsent-
scheide für Integrationsprodukte zu treffen und
ihre Prozesslandschaft auf die Anforderungen
untereinander integrierter Informationssysteme
anzupassen. Für eine breite Abstützung der
"best practices" ist der Einsatz sicherer Web
Services untersucht worden. Zur Sicherung der
Web Services gibt es viele offen Standards wie
XML und SOAP. Kommerzielle und Open-
Source-Implementationen dieser Standards sind
am entstehen. Der Ausbau eines Prototyps
wurde weitergetrieben. Das vorhandene Wissen
wurde in die Fachgruppe „Technologie“ des
Fachvereins eCH (www.ech.ch) eingebracht.
Resultate
Mitwirkung in eCH und eCH-
Fachgruppen
GV eCH vom 9.3.07: Kontaktaufnahme zu
FG-Leitern
FG Technologie: Sitzungen vom 22.3.07
(Verabschiedung SAGA 4), 29.8.07 (SAGA 5)
Mitwirkung FIDIS (Prof. Dr. D.-O. Jaquet-
Chiffelle)
Sitzungen
Teilnahme am „Research Meeting“ in Athen
vom 10. bis 12. September 2007); Bestäti-
gung des Beitrags zu „E-Government-
Strategie Schweiz und Deutschland“
Review des Deliverables D2.13 über „Virtual
Persons“
Projektvorschläge und Projektakquisitionen
Projektvorschlag „Dokumentarchivierungs-
dienst“ zuhanden der Bedag AG, Bern, vom
10. November 2007.
Projektvorschlag „TrustVote“ zuhanden der
BFH Forschungskommission; Rolle des An-
tragstellers, zusammen mit weiteren Kolle-
gen.
Mitarbeit in der Ausarbeitung der KTI-
Projektvorschlages „Strategische Führungs-
plattform für kleinere und mittlere Gemein-
den“ (Federführung Prof. Dr. Urs Sauter). Sit-
zung Gemeinde Brügg.
Akquisition Projekt „Rolotec“: Dienstleis-
tungsprojekt im Bereich Know-how-Transfer
„sichere Webdienste“, 1.10.07 bis 31.10.07,
CHF 15'000.
Referate
Informatik-Kolloquium, „Web Services and
Security – eine Auswahl“ in Biel vom 27. No-
vember 2007.
CHOOSE / SWEN Talk in Bern vom 19.
Februar 2007 zum Thema „Sicherheit in Web
Services“.
Aufbau einer Assistenzstelle im Bereich
Webdienstsicherheit und BAI.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 27
Dr. Albert Fässler 032 321 62 62
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Lyme-Borreliose, Datenbank mit Patienten-
Daten, statistische Auswertungen und Tests
Kurzdarstellung des Projektes
Die Ziele der Forschungsarbeit liegen in der
Verbesserung bzw. Vereinfachung sowohl der
Diagnose als auch der Therapie von Lyme-
Borreliose bei schwerem Krankheitsverlauf.
Bekanntlich gibt es keine Impfung gegen die
besagte Krankheit.
Zu diesem Zweck werden Therapie- und um-
fangreiche Symptomdaten von Patienten statis-
tisch ausgewertet.
Resultate
In dieser Berichtsperiode wurde in erster Linie
die Wirksamkeit intravenöser Therapien gegen-
über den übrigen Therapien untersucht. Intrave-
nöse Therapien sind teurer und aufwendiger.
Es hat sich aber gezeigt, dass intravenöse
Therapien statistische relevante bessere Ergeb-
nisse liefern. Bei differenzierterer Untersuchung
stellte es sich heraus, dass Männer bedeutend
besser auf die intravenöse Therapie ansprechen
als Frauen. Im Weiteren sprechen ältere Patien-
tinnen und Patienten besser an als jüngere.
Da bei schwerem Verlauf auch wirtschaftliche
Betrachtungen sehr ins Gewicht fallen können
(man denke etwa an langfristige oder bleibende
Arbeitsunfähigkeit), bekommt die Arbeit auch
eine ökonomisch nicht zu unterschätzende
Bedeutung.
28 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Ulrich Fiedler 032 321 63 29
[email protected]@bfh.ch
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive
Computing
Forschungsauftrag 300h
Schlüsselbegriffe
Mobile Ad hoc Netzwerke, Netzwerksicherheit,
Intrusion Detection, Intrusion Response
Kurzdarstellung des Projektes
Mobile Ad-hoc Netzwerke (MANETs) verbinden
Geräte wie VoIP Terminals, Personal Digital
Assistants und Notebooks über mehrere Zwi-
schenstationen drahtlos und ohne feste Infra-
struktur.
In einem solchen Netz können zwei Geräte,
welche im Empfangsbereich des jeweils anderen
sind, direkt miteinander kommunizieren. Falls
dies nicht möglich ist, können sie Datenpakete
via andere Geräte austauschen, die dann als
Zwischenstationen fungieren. MANETs können
flexibel auf Mobilität und Ausfälle von Geräten
reagieren, da die Wegleitung in Funktion der
Position der Geräte und Linkqualitäten situati-
onsabhängig arbeitet.
Jedoch sind MANETs – verglichen mit verkabel-
ten Netzwerken - einem erhöhten Risiko bezüg-
lich Angriffen ausgesetzt, da jedermann Zugriff
zum Uebertragungsmedium hat und mithören
kann. Darüber hinaus ist es einem Angreifer
unter gewissen Umständen auch möglich, die
physische Kontrolle über ein mobiles Gerät zu
übernehmen. Daher kommt der Erkennung und
der Reaktion auf Einbruchversuche und Angriffe
in einem mobilen Ad-hoc Netzwerk besondere
Bedeutung zu.
Resultate
In den letzten Jahren hat das Interesse in Theo-
rie und Praxis an mobilen Ad-hoc Netzwerken –
auch bedingt durch beachtliche Fortschritte in
der WLAN und WiMAX Technologie - rapide
zugenommen. Als Konsequenz wurden ver-
mehrt Forschungsanstrengungen im Bereich
Intrusion Management in MANETs unternom-
men.
Zwar gibt es schon seit ungefähr zwanzig Jah-
ren Arbeiten, die sich mit Intrusion Detection und
Response in Computernetzwerken allgemein
befassen, Intrusion Detection und Response
drahtlosen und mobilen Netzwerken ist jedoch
ein eher neues und aktuelles Forschungsgebiet,
in welchem immer noch laufend neue Resultate
veröffentlicht und neue Technologien entwickelt
werden.
Um für ein mögliches Industrieprojekt in diesem
hochaktuellen Gebiet gerüstet zu sein, habe ich
mir zum Ziel gesetzt, einen Überblick über
aktuelle Trends und die offenen Fragen in der
Forschung und in der Praxis im Bereich Intrusion
Management in MANETs zu erarbeiten.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst viel
Zeit für die Literaturrecherche und das Studium
bestehender Arbeiten verwendet. Dabei waren
Gespräche mit verschiedenen Hochschul- und
Industriepartnern hilfreich, da diese wertvolle
Anhaltspunkte liefern konnten, welche wissen-
schaftlichen Beiträge als Einstiegspunkt für ein
Projekt mit einem Wirtschaftspartner wie Sie-
mens, Ascom oder armasuisse dienen können.
Im Laufe dieser Arbeit wurden dann folgende
Themen vertieft angeschaut:
Signatur- und Protokoll-basierte Intrusion
Detection
Anamalie-basierte Intrusion Detection
Intrusion Detection in MANETs und hier
insbesondere Detection von Attacken auf die
Wegleitung wie Black-Hole Attacken, Leicht-
gewichtige System zur verteilten Detektion
und die Evaluation von Vertrauen in MANETs.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 29
Rolf Gasenzer 032 321 63 28
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
ICT-systemgestützte Corporate Performance
Management Methodik, Business Intelligence,
Mass Customization, Data Mining
Kurzdarstellung des Projektes
Im Projekt DAMBI (Data Mining – DM - and
Business Intelligence - BI) werden Fragestellun-
gen auf dem Gebiet der systemgestützen Da-
tenaufbereitung und Datenanalyse sowie der
daraus folgenden systemgestützen Entschei-
dungsvorbereitung und -untersützung für Ge-
schäftsführungsprozesse angegangen: Wie
können relevante firmeninterne und speziell
aufbereitetete firmenexterne Daten (Knowledge
Discovery in Databases) in einer integrierten BI-
Lösung für Management-Cockpits aufbereitet
werden, welche die Unternehmensführung in der
Tagesdisposition, bei operativen Umsetzungs-
entscheiden und in der strategischen Ausrich-
tung unterstützen? Im Rahmen dieser über
mehrere Phasen angelegten Projektabfolge wird
für die Periode Oktober 2006 bis Oktober 2007
das folgende Teilziel verfolgt: Entwicklung
geeigneter systemgestützter Methoden zur
Behandlung der Kundenbewertung und –
profilerstellung im Hinblick auf die Kundenseg-
mentierung sowie der Ansätze zur Kundenbin-
dung und -rückgewinnung.
Resultate
In Zusammenhang mit der Erweiterung des
Produktionsprozesses von Informationsproduk-
ten wurden Konzepte für eine Methodik ausge-
arbeitet, um bestehende mobile Datenapplikati-
onen für Mobiltelefone (Darstellung der Informa-
tionsausgabe auf dem Display, Eingabe via
Tastatur) in eine Audiotex-Struktur überzuführen
(Informationsausgabe via Sprache [reiner Text-
to-Speech-Ansatz]/Ton, Eingabe via Spra-
che/Stimme und Zahlentastatur.
Die Resultate aus dem Teilprojekt Data Mining
(Ngoc-An Tran) wurden laufend in die konzipier-
ten Management-Cockpits als Unterstützungs-
werkzeuge eingegliedert und hinsichtlich ihrer
Eignung für die Unternehmensführung (von
KMU) bewertet. Daraus folgend entstanden ein
Konzept und die Spezifikation für die Weiterent-
wicklung der Instrumente zu systemgestützten
Führungswerkzeugen. Hinzu kamen Ergebnisse
aus den Validierungsarbeiten zum Konzept
anhand des Anwendungsbeispiels "foodgui-
de.ch". Dazu wurden eine Bibliothek an Soft-
ware-Komponenten erstellt, welche aufgrund
des Kundenverhaltens innerhalb der Service-
Applikation, das Angebot und die Ausgabefor-
men entsprechend steuern, um höhere Transak-
tionsvolumina zu generieren.
30 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. David-Olivier Jaquet-Chiffelle 032 32 16 266
Point fort(s) de recherche MIG
Champ(s) de recherche Identity, Security and
Privacy
Mandat de recherche 390h
Mot clés
Projet européen, identité virtuelle, pseudonymes
biométriques
Description bref du projet
FIDIS
VIP a renforcé son activité dans le cadre du
projet européen FIDIS. Et cette activité sera
encore plus importante durant l'année acadé-
mique 2007-2008. Recherche et dévelopement
dans le domaine des personnes abstraites. Un
nouveau workpackage intitulé "Abstract per-
sons" a été créé et est dirigé par VIP.
BioCrypt
Le projet BioCrypt, financé par la BFH, devrait
permettre la création de pseudonymes biomé-
triques qui possèdent les propriétés de convivia-
lité liées à la biométrie, tout en éliminant certains
des faiblesses de la biométrie (données sen-
sibles, personnelles, immuables, etc).
JLD1 est esponsable de VIP et du champ de
recherche "Identity, Security and Privacy"
JLD1 aide à la mise en place du master.
Résultats
FIDIS
JLD1 a été élu responsable du domaine "Priva-
cy" pour le projet FIDIS (plusieurs workpackages
dé-pendent de ce domaine).
JLD1 a organisé (avec le soutien de BIE1, de
ARB1) le General Meeting en mars 2007 en
Suisse (Neuchâtel)
JLD1 a participé à la réalisation de plusieurs
deliverables et a été le reviewer pour le delive-
rable 5.3 sur "Identity related crime". L'impor-
tance des commentaires de JLD1 a fait que les
auteurs ont proposé à JLD1 d'être co-auteur
dans la publication externe qui suivra (Revue
internationale)
VIP a réussi à introduire un nouveau workpac-
kage "Abstract persons". VIP est le leader de ce
work-package.
JLD1 a été membre du comité scientifique de
IFIPsec2007, Security and Control of Identity in
Society (SCITS 4), Sandton, en Afrique du Sud
JLD1 a été membre du comité scientifique "The
Future of Identity in the Information Society"
Third In-ternational Summer School organized
by IFIP WG 9.2, 9.6/11.7, 11.6 in cooperation
with FIDIS and HumanIT, Karlstads University,
en Suède
JLD1 a été membre du comité scientifique
VOTE-ID 2007 First Conference on E-Voting and
Identity, Bochum, en Allemagne
JLD1, ARB1 et BIE1 ont soumis un papier qui a
été accepté dans la conférence VOTE-ID 2007
First Conference on E-Voting and Identity,
Bochum, en Allemagne
BioCrypt
Le projet BioCrypt a débuté en février. Les
résultats à la fin septembre sont encore prélimi-
naires, mais très prometteurs. L'assistant qui a
été engagé est particulièrement bon et donne
donc entière satis-faction.
Autres
JLD1 a fait en mars 2007 une expertise pour la
Commission européenne.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 31
Rolf Jufer 032 321 64 63
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Enterprise Application Integration (EAI), ICT-
based Management, Prozessunterstützung
Kurzdarstellung des Projektes
Ziel des Projektes war die Entwicklung und
Validierung von Konzepten und Lösungsansätze
für die inner- und überbetriebliche Integration
von Daten, Funktionen, Anwendungen sowie
Prozessen unter Berücksichtigung strategischer,
betriebswirtschaftlicher, sozialer und technologi-
scher Faktoren. Die heute bekannten und
publizierten Ansätze betrachten jeweils nur eine
Untermenge der genannten Faktoren, d.h. es
fehlen nach wie vor eine umfassende, integrierte
BAI-Methodologie und Konzepte. Mit unseren
Arbeiten konnten wir diese Lücke zumindest
teilweise schliessen und ein praxisorientiertes
Methodenbündel entwickeln, welches sich an
den Bedürfnissen der Schweizerischen KMU’s
sowie den Institutionen der öffentlichen Verwal-
tung orientiert.
Die Validierung der Ergebnisse erfolgt zurzeit im
Rahmen eines Praxisprojektes mit einer Bieler
KMU (Geburtsjahrbuch.ch Vertriebs AG) sowie
im Zusammenhang mit einem departementsin-
ternen Projekt (PM TI).
Resultate
Im Verlaufe der vergangenen Montate haben
grosse Hersteller wie SUN oder open source
Communities wie Apache und JBOSS einige
vielversprechende neuen Standards und Tech-
nologien entwickelt und publiziert, welche sich
hervorragend für die von uns erforschten Integ-
rationslösungen eignen. Wir haben zahlreiche
von diesen Technologien und Architekturen
genauer auf ihre Eigenschaften und Vorteile
untersucht und im Rahmen von zwei Praxispro-
jekten (Kiwj.net mit der Geburtsjahrbuch.ch
Vertriebs AG sowie dem departementsinternen
Prozessmanagement TI) validiert. Ein weiterer
Erkenntnisgewinn ergibt sich zudem aus zwei
eben erst abgeschlossenen Diplomarbeiten,
welche ich betreut habe. Die Ergebnisse aus
den genannten Praxisprojekten und Diplomar-
beiten werden z.Z. noch ausgewertet und zur
gegebenen Zeit in entsprechenden Fachbeiträ-
gen veröffentlicht.
Plattform für die strategische Führung kleiner
und mittlerer Gemeinden sowie KMU's:
In den genannten Bereichen wurden in der
Berichtsperiode je ein BFH- und ein KTI For-
schungsantrag gestellt. Bei Erstgenanntem habe
ich als Hauptantragsteller mitgewirkt, bei Letzte-
rem habe ich den Hauptantragsteller (U. Sauter)
bei der Ausarbeitung und dem "Networking"
unterstützt.
Am der von den Firmen DV Bern und Mimacom
AG Burgdorf organisierten Fachtagung vom
20.9.07 organisierten hielt ich das Keynote-
Referat zum Thema "Erfolgreiche Anwendung
von Open Source Lösungen in der Praxis".
32 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Hansjörg Keller 032 321 63 12
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive
Computing
Forschungsauftrag 312h
Schlüsselbegriffe
Behinderte, Navigationssystem, mobile Terrmi-
nals, Symbian-Programmierung
Kurzdarstellung des Projektes
Teil A
Da sich zeigte, dass WLAN Simulationen nur
begrenzten Nutzen für das Gruppenprojekt
erbringen, wurde darauf verzichtet. Die Aktivität
beschränkte sich auf den PROSIM Unterhalt.
Teil B
Neben dem Abschluss der Telephonie-Plattform
(Portierung von Linphone auf ein Foxboard)
erfolgte schwergewichtig die Unterstützung des
Blinden-Navigationssystems ( vgl. REP1 ). Hier
wurden die SW für Nokia Mobiltelephone der E
und N- Serie unter Symbian erstellt und wesent-
liche Beiträge zur Fehlersuche der DRC Soft-
ware geleistet.
Als Ergebnis liegt ein lauffähiges System ( Ser-
ver, E60, DRC Box ) in 2 Prototypen vor.
Resultate
Teil B
Linphone Portierung auf Foxboard: Diese Aktivi-
tät wurde softwareseitig abgeschlossen. Das
embedded LINUX auf dem Foxboard unterstützt
jetzt die VoIP Telephonie mit dem Signalisie-
rungsprotokoll SIP sowie die RTP – Audio
Ströme. Da die entsprechende Hardware (
Unterstützung von Mikrophon und Hörer ) noch
nicht bereit ware, wurden für die Tests als Quelle
und Senke der Audioströme Dateien verwendet.
Es liessen trotzdem sich erfolgreich Verbindun-
gen zu VoIP Softphones aufbauen und Audio in
beiden Richtungen übertragen. ( Vgl. Gesuch
BAC1 ).
Als nicht geplante Aktivität wurde im Rahmen
von InfoBe-ÖeV die Programmierung der Nokia
Mobiltelefone für das Projekt „Blindennavigation“
( REP1 ) übernommen, da die Schule den damit
beschäftigten Assistenten keine marktkonfor-
men Löhne mehr bieten konnte. Dabei wird
selbst-entwickelte Hardware „DRC Box“ ( ent-
haltend eine GPS und eine DRC Einheit ( elekt-
ronischer Schrittzähler / Kompass ) ) via Blue-
tooth mit dem Mobiltelephon verbunden, wel-
ches über GPRS die Lagekoordinaten an einen
Server weitergibt. Dieser gibt dem Handy In-
struktionen für den Sehbehinderten zurück,
welche mit einer Text-to-Voice Software hörbar
gemacht wird.
Um die Systemintegration zu erleichtern, wurde
im Handy zusätzlich eine Logging Funktion
implementiert, welche alle Meldungen von/nach
DRC-Box und Server in eine Datei ablegt. Sie
erwies sich als unverzichtbar für die Fehlersuche
während der Systemintegrationsphase.
Da erste Feldtests zeigten, dass die Software
der „DRC-Box“ schwerwiegende Mängel auf-
wies wurde hier zusätzlich Hilfe beim Suchen
und Beheben der Fehler nötig.
Auf Ende der Berichtsperiode entstanden 2
Prototypen, welche von mehreren blinden
Personen getestet wurden. Im Augenblick findet
ein offizieller Test durch den Schweizerischen
Blinden- und Sehbehindertenverband statt.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 33
Marcel Pfahrer 032 3216 335
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-Based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
E-Government, ERP, EAI, Sharepoint, ASP.NET
Kurzdarstellung des Projektes
Projekt 1: Plattform für die strategische
Führung kleiner und mittlerer Gemeinden
Gemeinsam mit einigen Pilotgemeinden entwi-
ckelt eine Gruppe der BFH-TI und der HES-SO
Sierre Führungsinstrumente, die Gemeinden bei
der Formulierung und Umsetzung ihrer strategi-
schen Zielset-zungen helfen. Um eine nachhalti-
ge Wirkung zu erzielen, will die Gruppe die
Partnergemeinden während 4 Jahren begleiten.
In der Berichtsperiode sind die Vorbereitungsar-
beiten für ein grösseres KTI-Projekt vorangetrie-
ben worden. In zahlreichen Meetings mit den
potentiellen Partnern konnten 7 Pilotgemeinden,
das Amt für Gemeinden und Raumordnung des
Kantons Bern, der Schweizerische Gemeinde-
verband, Microsoft Schweiz (Public Sector), die
Talus Informatik AG und eine Arbeitsgruppe der
HES-SO für eine Mitarbeit gewonnen werden.
Der KTI-Antrag ist nach Ablauf der Berichtsperi-
ode eingereicht worden und wird voraussichtlich
im November durch die KTI behandelt werden.
Projekt 2: Microsoft Dynamics NAV
Im Rahmen dieses Projektes werden langfristig
technisches und betriebswirtschaftliches Know-
How rund um das ERP System „Microsoft
Dynamics NAV“ aufgebaut. Aktuelle Arbeiten
konzentrieren sich auf die Integration mit ande-
ren Systemen (z.B. Sharepoint, BizTalk, andere
ERP Systeme usw.) sowie die Vertiefung der
Zusammenarbeit mit Microsoft und Partnern im
wirtschaftlichen und akademischen Umfeld.
Projekt 3: Microsoft Sharepoint
Umfasst den Auf- und Ausbau von Kenntnissen
und die Realisierung von Software für die Nut-
zung von Sharepoint als Informations- und
Integrationsplattform. Ergebnisse aus diesem
Bereich werden insbe-sondere in den Projekten
1 und 2, aber auch im TI-internen Projekt „Mo-
ve“ genutzt.
Resultate
Projekt 1: Plattform für die strategische
Führung kleiner und mittlerer Gemeinden
(siehe Bericht U. Sauter)
Projekt 2: Microsoft Dynamics NAV
(siehe Bericht U. Sauter)
Projekt 3: Microsoft Sharepoint
In der Berichtsperiode wurde das Prototyp-
Framework für die Realisierung von Sharepoint-
Applikationen weiter ausgebaut. Dies umfasst
insbesondere zwei Bereiche:
Individuelle resp. rollenbasierte Navigation,
Funktionalität und Inhalte. Zusätzlich ist die
Rollenzugehörigkeit gekoppelt mit der Organisa-
tionshierarchie.
Integration der GUI-Komponenten mit XML-
basierten Meta-Informationen aus der Daten-
schicht.
34 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Peter Raemy 032 321 67 63
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive
Computing
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Drahtlose Information, Behinderte, öffentlicher
Verkehr, Navigationssystem, mobile Terminals
Kurzdarstellung des Projektes
Das Bundesgesetz über die Gleichstellung von
behinderten Personen (BehiG) im öffentlichen
Verkehr (öV) bedingt grosse Investitionen und
flächendeckende Installationen bei den öV-
Betreibern in der ganzen Schweiz. Es gibt aber
erst ansatzweise Lösungen und die Übergangs-
frist für bestehende Anlagen läuft bereits im Jahr
2013 ab. Bei Neubauten gilt das Gesetz seit
2004.
Nach unserem Ansatz sollen die Informationen
drahtlos auf mobile Endgeräte (Handy) übertra-
gen werden. Dies erfordert aber, dass jeder
Betreiber die Informationen gleich anbietet, was
nur durch Normen erreicht werden kann. Aus
diesem Grund wurde mit dem ETSI eine interna-
tionale Standardisierung in Angriff genommen.
In der Berichtsperiode ergab sich ein Projekt mit
dem Schweizerischen Blindenverband (FSA),
welches zum Ziel hat, blinde Personen in einer
Stadt zu führen. Dieses Projekt nahm einen
derart grossen Umfang an, dass die anderen
Aktivitäten zurückgestellt werden mussten.
Resultate
Vom Schreibenden wurde das Thema bei
zahlreichen Gelegenheiten vorgetragen (ASUT-
Lunch, Ta-gung öV, FAEL, etc.).
Beim ETSI wurde ein Work-Item akzeptiert und
der Schreibende ist ETSI-Rapporteur
In der Berichtsperiode gab es zwei Sitzungen
und eine Veranstaltung mit Schwerpunkt zum
Thema Informationen für Hörbehinderte beim
ETSI an der der Schreibende teilgenommen hat.
In Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen
Blindenverband (FSA) ergab sich ein Projekt,
welches zum Ziel hat, blinde Personen in einer
Stadt zu führen. Dieses Projekt weitete sich
derart aus, dass insbesondere im letzen Halb-
jahr alle verfügbaren Kräfte beansprucht wur-
den.
Es wurden zwei Prototypen entwickelt. Diese
enthalten im Wesentlichen einen GPS-
Empfänger, einen Dead Reckoning Compas, ein
Bluetooth-Modul, einen Mikroprozessor und
eine Li-Ion-Batterie. Über Bluetooth wird die
momentane Position zum Mobiltelefon (Handy)
übertragen, welches seinerseits über GPRS mit
einem Server kommuniziert. Mit Ausnahme der
Server-Software wurde alles von uns entwickelt.
Die Tests mit den beiden Prototypen verliefen
derart vielversprechend, dass nun eine verbes-
serte Version entwickelt wird, die im Rahmen
des Blindenweltkongresses UMA 2008 in Genf
(Union mon-diale des aveugles) vorgestellt
werden sollen. Die Finanzierung erfolgt über den
Blindenverband und es wird ein KTI-Antrag
vorbereitet.
Zusammen mit Robert Ruprecht wurde in der
Sondernummer zum Thema Societal Interface –
Solving Problems – Affecting Changes der
Zeitschrift ‚interactions’ ein Artikel unter dem
Titel Making Public Transport Information Ac-
cessible Through ICT verfasst. Erschienen ACM,
New York 9/07 S. 33-35.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 35
Michael Röthlin 032 321 63 17
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT based Management
Forschungsauftrag 312h
Schlüsselbegriffe
Enterprise Application Integration (EAI), SOA,
KMU
Kurzdarstellung des Projektes
Nebst einer Vielzahl von betrieblichen Informati-
onssystemen stehen Unternehmen und Verwal-
tungen heute auch unzählige Konzepte und
Technologien zur Verbindung dieser Systeme
zur Verfügung. Ziel des vorliegenden Projektes
ist es, "best practices" zu erarbeiten, welche es
KMUs und Institutionen der öffentlichen Verwal-
tung ermöglichen, sich in dieser Komplexität
zurechtzufinden, sinnvolle Beschaffungsent-
scheide für Integrationsprodukte zu treffen und
ihre Prozesslandschaft auf die Anforderungen
untereinander integrierter Informationssysteme
anzupassen. Als Vehikel für die Formulierung der
"best practices" dient ein Prototyp, welcher
modellhaft mehrere Beschaffungs- und Absatz-
prozesse zwischen verschiedenen mittelständi-
schen Unternehmen resp. deren ERP-
(Enterprise Resource Planning) Systemen abbil-
det. Mithilfe der Transaktionsplattform Microsoft
BizTalk werden dabei Daten zwischen Ge-
schäftspartnern ausgetauscht und Aktivitäten
synchronisiert; für die Übertragung zwischen
den verschiedenen Plattformen und Technolo-
gien werden dabei offene Standards (XML,
openTRANS, etc.) verwendet.
Resultate
Vorträge an Tagungen
Vortrag am 2006-11-06 im Rahmen des "QoIS
2006 - 2nd International Workshop on Quality of
Information Systems" an der Konferenz "25. ER
2006" Tucson, Arizona, USA, basierend auf
Publikation Knolmayer, G., Röthlin, M.: "Quality
of Material Master Data and its Effect on the
Usefulness of Distributed ERP Systems." In:
Roddick, J.F. et al. (Eds.): Advances in Concep-
tual Modeling - Theory and Practice. Lecture
Notes in Computer Science 4231, Ber-
lin/Heidelberg: Springer 2006, Seiten 362-371
(http://www.springerlink.com/content/w660uq1
744523801/).
Realisierung einer Integrationslösung
(Single Sign On) für webbasierte Platt-
formen der BFH
Produktivstart der Lösung anfangs Sommerse-
mester 2007 (Einbindung der Middlewarelösung
Shibboleth in Lernplattform Moodle der BFH,
Integration der Registrierung und Authorisierung
von Benutzenden, Anbindung an AAI-Lösung
von Switch).
Arbeiten an Gruppenprojekt (Single Sign
On)
Einbindung Meldungsübertragung über
SMTP/SOAP, Evaluation Datenkommunikation
zwischen .NET (BizTalk-Server) und PHP (Pear).
Schulungen für Externe
Vorbereitung und Durchführung eines eintägigen
Workshops für einen externen Kunden zum
Thema Datenqualitätsmanagement.
KTI-Antrag "Strategische Führungsplatt-
form für kleinere und mittlere Gemein-
den" (Gemeindecockpit), Projektleitung
Urs Sauter:
Dank Kontakten und Vorbereitungstreffen mit
Hochschulpartnern, Kanton Bern, Gemeinde-
partnern, Gemeindeverband, Softwareanbietern
nun Einbindung der Partner in Projekt
KTI-Antrag liegt vor und kann im November
2007 eingereicht werden.
36 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Robert Ruprecht 032 321 63 54
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive
Computing
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Öffentlicher Verkehr, Drahtlose Information,
Behindertengleichstellungsgesetz
Kurzdarstellung des Projektes
Das öffentliche Transportwesen ist in starkem
Wachstum begriffen. Die entsprechenden
Informationsinfrastrukturen haben sich stark
entwickelt, so erhalten z.B. Reisende an grösse-
ren Bahnstationen und Flughäfen neben ver-
schiedenartigen optischen Informationen (z.B.
Fahrpläne, schriftliche Hinweise auf Änderungen,
Angaben über Panels) manche auch akustisch
(Lautsprecherdurchsagen). Innerhalb dieser
Stationen gibt es auch Leitlinien für Sehbehin-
derte.
Dies deckt allerdings nicht alle Bedürfnisse ab:
Kleine Stationen, Haltestellen (von Bussen und
Trams) kennen solche Möglichkeiten nur im
Ansatz, die Fahrzeuge selber (Eisenbahnwagen,
Busse) haben zwar auch sehr aufgeholt, trotz-
dem ist die Information nicht allen Reisenden
gleich gut zugänglich. Das Behindertengleich-
stellungsgesetz verlangt in dieser Hinsicht
Verbesserungen.
Ziel ist, die Grundlagen für ein drahtloses Sys-
tem zu schaffen, das Hör- und Sehbehinderten
die gleichen Informationsmöglichkeiten gibt, wie
normalen Reisenden.
Resultate
Die Auseinandersetzung mit dem Problem hat
ergeben, dass man in zwei Richtungen arbeiten
muss:
Die eine ist die Erarbeitung eines technischen
Konzepts, das möglichst handlich ist, also z.B.
über ein normales Handy genützt werden kann,
das die Informationen je nach Bedürfnis des
Nutzers optisch oder akustisch vermittelt. Das
System sollte so ausgelegt sein, dass man es an
zentralen Punkten gleich gut nutzen kann wie an
peripheren.
Dazu muss ein gewisser Standard erarbeitet
werden, der lokal nicht begrenzt ist. – Eine
Aufgabe ist es also, diesen Standard festzulegen
und in einem Testbett auszuprobieren.
Andererseits geht es darum, abzuklären, wer
konkret die Zielgruppe ist. Da ergibt sich, dass
das System nur auf Menschen zugeschnitten
sein kann, die sich trotz ihrer Behinderung
autonom bewegen können (Rollstuhlabhängige,
Seh- oder Hörbehinderte). Ist die Zielgruppe so
definiert, ergibt sich die Folgerung, dass das
System eigentlich allen Reisenden zugängig sein
könnte, dass sie also mit ihrem Handy Informa-
tionen über – beispielsweise – Zugsverspätun-
gen, Anschlussmöglichkeiten, Zugeinteilungen
(nach Sektoren – Blinde müssten dann ein
Signal erhalten, in welchem Sektor sie sich
gerade aufhalten) etc.
Sind die technischen Normen einmal festgelegt
(das geschieht im Zusammenhang mit der ETSI)
und ist das das Verkehrs-Informationssystem
einmal etabliert, kann es auch z.B. zur allgemei-
nen Tourismusinformation ausgebaut werden.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 37
Dr. Urs Sauter 032 321 63 26
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
ICT-based Management, eGovernment, ERP,
EAI
Kurzdarstellung des Projektes
Plattform für die strategische Führung
kleiner und mittlerer Gemeinden
Der 2006 entwickelte Prototyp eines Führungs-
cockpits für Gemeinden ist auf einiges Interesse
gestossen. In der Berichtsperiode sind die
Vorbereitungsarbeiten für ein grösseres KTI-
Projekt vorangetrieben worden. Bisher konnten
7 Pilotgemeinden, das Amt für Gemeinden und
Raumordnung des Kantons Bern, der Schwei-
zerische Gemeindeverband und interessante
Wirtschaftspartner für das Projekt gewonnen
werden. Voraussichtlich wird die KTI im Novem-
ber 2007 über den Antrag entscheiden.
Microsoft Dynamics NAV
In den Projekten der Jahre 2005 (eETNA) und
2006 (MobAfNa) wurden verschiedene Schnitt-
stellen zu Microsofts ERP Microsoft Dynamics
NAV realisiert. Gleichzeitig konnten Beziehungen
zu 2 führenden Microsoft Business Partnern
aufgebaut werden. An 2 internationalen Konfe-
renzen stellte sich heraus, dass unser For-
schungsschwerpunkt dank den fundierten
betriebswirtschaftlichen und technischen Kennt-
nissen unseres Teams und den guten Bezie-
hungen zu Wirtschaftspartnern auf diesem
Gebiet zu den führenden Hochschulen Europas
zählt. Zurzeit erarbeiten wir vertiefte Kenntnisse
auf dem Gebiet des Datenaustausches zwi-
schen verschiedenen Unternehmungen mit
verschiedenen ERPs, was für die Entwicklung
von Supply Chains von grosser Bedeutung ist.
Winterdienstmanagement in der Ge-
bietseinheit X
Das bestehende Winterdienstmanagementsys-
tem des Kantons Luzern wird nun wesentlich
erneuert und so ausgebaut, dass das National-
strassennetz der anderen Kantone der Gebiets-
einheit X (NW, OW, ZG) ebenfalls abgedeckt ist.
Eine interdisziplinär zusammengestellte Arbeits-
gruppe der Berner Fachhochschule, Technik
und Informatik berät die Gesamtprojektleitung
während der Umsetzungsphase.
Resultate
Plattform für die strategische Führung
kleiner und mittlerer Gemeinden
Im letzten Quartal 2006 realisierten 2 Studieren-
de im Rahmen ihrer Diplomarbeit einen Prototy-
pen eines Führungscockpits für Gemeinden. Im
Januar 2007 haben wir ihn Vertretern des
Kantons Bern, ca. 20 Gemeinden und einigen
interessierten Unternehmungen vorgestellt und
anschliessend beschlossen, einen KTI-Antrag für
die Entwicklung und Einführung einer Plattform
für die strategische Führung kleiner und mittlerer
Gemeinden in Angriff zu nehmen. In Meetings
konnten 7 Pilotgemeinden, das Amt für Ge-
meinden und Raumordnung des Kantons Bern,
der Schweizerische Gemeindeverband, Micro-
soft Schweiz (Public Sector), die Talus Informatik
AG und eine Arbeitsgruppe der HES-SO für eine
Mitarbeit gewonnen werden. Der KTI-Antrag ist
eingereicht worden und wird voraussichtlich im
November durch die KTI behandelt werden.
Microsoft Dynamics NAV
Ende 2006 konnte das Projekt MobAfNa erfolg-
reich abgeschlossen werden.
2007 wollten wir den Datenaustausch zwischen
Microsoft Dynamics NAV und anderen ERPs
unter Verwendung des BizTalk Servers von
Microsoft in den Griff bekommen. Vorerst hatten
wir grössere Probleme. Mit der Einführung der
neuen Version (NAV 5.0) sind einige dieser
Probleme verschwunden, so dass wir dieses
Projekt wieder mit erhöhter Priorität aufnehmen.
In der Microsoft Dynamics Academic Alliance
spielen wir eine recht aktive Rolle. An den
internationalen Konferenzen der Alliance bietet
sich die Gelegenheit, unsere Schule und unsere
Aktivitäten zu präsentieren. Es besteht eine gute
Chance, dass wir uns auf diesem Gebiet auch
international einen Namen machen können, da
es offensichtlich nicht viele Schulen gibt, die
über Teams mit fundierten betriebswirtschaftli-
chen und technischen Kenntnissen verfügen.
Winterdienstmanagement in der Ge-
bietseinheit X
Nach der erfolgreichen Ist-Analyse hat unsere
Gruppe einen Auftrag zur Begleitung der Ge-
samtprojektleitung erhalten. Leider sind viele
unserer Vorschläge für eine wesentliche Moder-
nisierung des bestehenden Systems abgelehnt
worden. Manuel Pfäffli half bei der Realisierung
einer neuen Schnittstelle zwischen Meteo
Schweiz und dem Kanton Luzern. Zurzeit stehen
mehr organisatorische als technische Probleme
an.
38 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Ngoc-An Tran 032 321 63 13
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
ICT-systemgestützte Corporate Performance
Management Methodik, Business Intelligence,
Mass Cus-tomization, Data Mining
Kurzdarstellung des Projektes
Im Projekt DAMBI (Data Mining – DM - and
Business Intelligence - BI) werden Fragestellun-
gen auf dem Gebiet der systemgestützen Da-
tenaufbereitung und Datenanalyse sowie der
daraus folgenden system-gestützen Entschei-
dungsvorbereitung und –untersützung für Ge-
schäftsführungsprozesse angegangen: Wie
können relevante firmeninterne und speziell
aufbereitetete firmenexterne Daten (Knowledge
Discovery in Databases) in einer integrierten BI-
Lösung für Management-Cockpits aufbereitet
werden, welche die Unternehmensführung in der
Tagesdisposition, bei operativen Umsetzungs-
entscheiden und in der strategischen Ausrich-
tung unterstützen? Im Rahmen dieser über
mehrere Phasen angelegten Projekt-abfolge
wird für die Periode Oktober 2006 bis Oktober
2007 das folgende Teilziel verfolgt: Entwicklung
geeigneter systemgestützter Methoden zur
Behandlung der Kundenbewertung und -
profilerstellung, der Kundenbindung und –
rückgewinnung im Hinblick auf die Kundenseg-
mentierung.
Resultate
Um das im Antrag formulierte Ziel zu erreichen,
wurde die bestehende grosse Menge an Me-
thoden und Algorithmen in einem ersten kon-
zeptionellen Ansatz in geeigente Gruppen
hinsichtlich der vielfältigen Fragestellungen im
Customer Relationship Management und bei
Mass Customization klassifiziert.
Da die vorhandenen Methoden zur Bildung der
Cluster auf einer statischen und/oder determi-
nistischen Betrachtung basieren, war eine
Erweiterung der Methoden auf dynamische
und/oder stochastische Elemente notwendig.
Dies wurde vorgenommen.
Die Resultate wurden unter anderem mit Hilfe
der Software "Clementine"/SPSS erarbeitet. Im
empirischen Teil der Projektaktivitäten konnte
zur Validierung der Methodik teilweise mit Daten
aus der Praxis (Aartesys Biel, Raumplanung des
Kantons Bern) gearbeitet werden.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 39
Rolf Vogt 032 321 63 88
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Mobile Communication
Technologies
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Smart Antennen Array, elektronisch steuerbare
Antenne, digitale drahtlose Videoübertragung
Kurzdarstellung des Projektes
Die TV-Übertragung von grossen „Live-Events“
wie Radrennen (Tour de Romandie, Tour de
Suisse, Deutschland Tour, usw.) erfordert ein
grosses Know-how in der Übertragungstechnik.
In diesem Projekt wird in Zusammenarbeit mit
unserem Industriepartner eine Relaisstation
entwickelt, welche in einem Kleinflugzeug unter-
gebracht werden kann: Die Live-Kamerabilder
des Sportanlasses werden per Funk an diese
Relaisstation im Flugzeug gesendet und von
dort drahtlos an das betreffende Fernsehstudio
weitergeleitet. Herkömmliche Systeme dieser Art
arbeiten auf analoger Basis, vergleichbar mit
dem analogen Fernsehen, welches störanfällig
ist. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung
eines digitalen Systems, welches neben der
besseren Bildqualität auch einen störungsfreie-
ren Betrieb erlauben soll. Das Besondere an
diesem System ist vor allem auch die Emp-
fangsantenne im Flugzeug: Es handelt sich
dabei um eine sogenannte „Patch-Antenne“.
Diese hat die Form einer rechteckigen Platte.
Ohne, dass eine mechanische Justierung der
Antenne nötig wäre, richtet die Antenne elektro-
nisch (bewegungslos) ihre maximale Empfind-
lichkeit selbsttätig in Richtung des einfallenden
Funksignals der Reportagekamera. Dadurch
wird einerseits eine massive Verbesserung von
Signalqualität erreicht, anderseits können Stör-
signale, welche aus einer anderen Richtung
einfallen, wirkungsvoll unterdrückt werden.
Resultate
Zuerst wurde die Schnittstelle definiert zwischen
den Arbeiten bei Herrn Dellsperger und bei mir.
Meine Gruppe befasst sich mit der Entwicklung
des Smart Antennen Arrays, die Gruppe von
Herrn Dellsperger mit der Verarbeitung des vom
Array gelieferten Signals. Dabei wurden folgende
Ergebnisse erzielt:
1. Es wurde in Zusammenarbeit mit der Ar-
beitsgruppe von Herrn Fritz Dellsperger ein
Konzept auf Stufe Blockschaltbild für das zu
realisierende Gesamtsystem erarbeitet.
2. Es wurde untersucht, welcher Antennentyp
(z.B. Helix, Patch, Dipol) sich als Elementar-
strahler eignet. Im Verlaufe dieser Untersu-
chungen stellte sich heraus, dass eine Pat-
chantenne die erfolgversprechendste Varian-
te ist.
3. Verschiedenste Patchantennen-Varianten
wurden mit aufwendigen, elektromagneti-
schen dreidimensionalen Simulationen auf
ihre Tauglichkeit für die avisierte Applikation
untersucht. Konkret wurde eine Bauform ge-
sucht, deren Strahlungscharakteristik, An-
tennengewinn und Breitbandigkeit möglichst
gut an die Spezifikationen angepasst sind. Es
zeigte sich bald, dass die benötigte Anzahl
Antennenelemente deutlich höher liegen
muss, als im ursprünglichen Spezifikations-
entwurf vorgesehen. Dies liegt daran, dass
gleichzeitig ein grosser elektronisch steuer-
barer Schwenkwinkel und ein grosser Anten-
nengewinn gefordert wird. Infolge des gros-
sen Schwenkwinkels kommen nur Anten-
nen(einzel)elemente mit grossem Öffnungs-
winkel in Frage, was wiederum zwangsläufig
mit einem kleinen Antennengewinn verbun-
den ist.
Unter den diversen Patchantennenvarianten
wurden sodann 2 Typen ausgewählt, welche
die besten elektrischen und mechanischen
Eigenschaften für die zur realisierende Appli-
kation aufweisen. Bei diesen Varianten han-
delt es sich um den sogenannten L-Feed
Patch, sowie den Podestpatch. Die ständige
starke Beanspruchung der Konstruktion
durch Vibrationen während des Fluges sowie
der enorme Betriebstemperaturbereich von -
35…+65C stellen besondere Herausforde-
rungen dar.
4. Von den 2 Varianten wurden Protoypen
angefertigt, und bereits erste Messungen
durchgeführt, und zwar sowohl von einzelnen
Antennenelementen, als auch von ersten Ar-
ray-Prototypen.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 41
Produktionstechnik
Die Produktionstechnik, also die Herstellung
neuer Güter, neuer Verfahren und neuer Ferti-
gungstechniken zum Nutzen von Gesellschaft
und Industrie, ist ein faszinierendes Gebiet mit
wirtschaftlichem Potenzial. Unsere Forschung
basiert auf einem dynamischen und kompeten-
ten Team, modernen Infrastrukturen und der
Nähe zur industriellen Praxis.
Den Studierenden stehen vier Vertiefungsrich-
tungen zur Auswahl: Anwendung der Laser-
technik (Oberflächen schneiden und strukturie-
ren, Qualität in der Messtechnik sichern). Verän-
derung von Werkstoffen (mittels Wärme oder
Dünnschichttechnologien) und Analyse von
Oberflächen (chemisch und strukturell). Systeme
und Verfahren der Maschinen- und Fertigungs-
technik (mechatronische Systeme) und deren
Automatisierung mittels Steuerungen und Bus-
systemen. Management von Produkt- und
Finanzrisiken. Dabei geht es sowohl um die
technische Machbarkeit von Produkten und
Verfahren wie auch um die Beherrschung der
technischen, ökologisch-sozialen (Mensch und
Umwelt) und ökonomischen Risiken in Herstel-
lung und Anwendung.
Kontakt: [email protected]
Technique de production
La technique de production (fabrication de
nouveaux procédés, marchandises et tech-
niques de fabrication au profit de la société et
de l’industrie) constitue un domaine fascinant
qui présente un grand potentiel économique.
Une équipe compétente et dynamique, une
infrastructure moderne et une proximité avec le
monde de l’industrie caractérisent notre unité de
recherche.
Les étudiants ont la possibilité d’approfondir l’un
des quatre domaines suivants: application de la
technique laser (découpage et structure de
surfaces, qualité de la métrologie); modification
de matériaux (au moyen de la chaleur ou de la
technologie de couches minces) et analyse de
surfaces (chimique et structurelle); procédés des
machines et des techniques de fabrication
(systèmes mécatroniques) ainsi que leur auto-
matisation au moyen de commandes et de
systèmes de bus; gestion des risques financiers
liés au produit. L’enjeu porte autant sur la
faisabilité technique des produits et des procé-
dés que sur la maîtrise des risques techniques,
économiques, écologiques, sociaux (pour
l’homme et l’environnement) au niveau de la
production et de l’application.
Contact: [email protected]
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 43
Dr. Marcel Baak 032 321 64 17
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Werkstoffe und Oberflächen-
technologien
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Oberflächenanalytik, GDOS-Analyse, gewölbte
Oberflächen, Tiefenprofilanalyse
Kurzdarstellung des Projektes
Für die Arbeitsgruppe von Jean-Martin Rufer
und externen Kunden ist es sehr hilfreich, wenn
Bulk- und Tiefenprofilanalysen auf gewölbten
(„runden“) Oberflächen verlässlich messbar sind.
Das Ziel des Projektes war es daher, aufzuzei-
gen, dass bei ausgewählten Werkstoffen die
Resultate in der Praxis vergleichbar sind. Wir
haben zuerst die dafür notwendigen Methoden
(Software) für die Analysen adaptieren müssen.
Anschliessend haben wir anhand von verschie-
denen Stahl-Proben (hochlegierte Stähle, nied-
riglegierte Stähle, nitrierte Stähle, galvanisch
beschichtete Proben) einen Vergleich der Bulk-
Analysen von flacher zu gewölbter Oberfläche
gemacht. Dabei wurden einerseits Randschich-
ten (thermisch diffundierte Nichtmetallatome) als
auch chemische und elektrochemische Be-
schichtungen analysiert, um ein abgerundetes
Bild des Verfahrens zu erhalten. Zusätzlich
wurden die Daten aus dem QDP (Tiefenprofil-
analyse, Messung mittels USU-Adapter) mit den
Bulk-Analysen verglichen.
Resultate
Die Methoden-Anpassungen konnten erfolgreich
integriert werden, was eine Voraussetzung für
die nachfolgenden Messungen war. Mit den
erweiterten Methoden konnten die Analysen von
den flachen auf die gewölbten Oberflächen
mittels des USU-Adapters übertragen werden.
Die anschliessenden Messresultate an den
ausgewählten Proben sind unten aufgeführt.
Die Resultate zeigen:
dass die Resultate auf der flachen Seite bei
den untersuchten Proben vergleichbar sind
mit denen auf der gewölbten Fläche, sofern
der Durchmesser nicht unter 6mm liegt. Bei
kleineren Durchmessern können höchstens
qualitative Vergleiche angestellt werden, die
je nach Fall immer noch von Bedeutung sein
können.
dass beispielhaft am eingeschlossenen
Element Phosphor in einer chemisch abge-
schiede-nen Nickelschicht bei diversen ge-
krümmten Oberflächen bis zu kleinsten Ra-
dien (Durch-messer 6mm) vergleichbare Re-
sultate erzielt werden konnten.
dass bei einer Probe mit gewölbter Oberflä-
che eine Bulk-Analyse ohne weiteres aus
dem Tiefenprofil (QDP-USU) ablesbar ist
dass sowohl diffusionserzeugte Randschich-
ten als auch Beschichtungen von geringsten
Abmessungen (ca. 0.5 – 100m) quantitativ
analysierbar sind.
dass die Oberflächenbeschaffenheit, speziell
dieRauhigkeit eine wichtige Rolle bei gewis-
sen Elementen spielt.
44 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Daniel Bättig 034 426 43 26
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Risikomanagement
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Risikomanagement, Modellierung von
Wetterphänomenen, technische Risiken,
Biodiversitätsmonitoring
Kurzdarstellung des Projektes
Road Forecast Tool RFT
Zusammen mit der Meteo Schweiz wurde auf
der Basis eines Energiebilanzmodells ein Prog-
nosetool für die Vorhersage der Strassenober-
flächentemperaturen entwickelt, um den Winter-
dienst von Strassen zu planen. Das Tool soll ab
2008 produktiv eingesetzt werden.
IMWD
Für die Vorhersage der Strassenverhältnisse auf
dem Strassennetz des Kantons Luzern wurde
erfolgreich ein Expertensystem entwickelt. Damit
kann der Winterdienst situationsbezogen, effi-
zient und kostengünstig geleistet werden. Dies
erhöht die Sicherheit auf den Strassen wie auch
die Zufriedenheit der Verkehrsteilnehmer.
Local-METEO-Toolbox
Zuverlässige Windtrendprognosen erhöhen die
Sicherheit beim Betrieb der Jungfraubahnen,
Regionale Hochwasserprognosen unterstützen
die erfolgreiche Abflussregulierung exponierter
Fliessgewässersysteme.
Resultate
Road Forecast Tool RFT
Das Projekt hat eine leichte zeitliche Verzöge-
rung erfahren, weil die Meteo Schweiz mit der
Aufbereitung und Bereitstellung der meteorolo-
gischen Daten in Verzug kam. Das Ergebnis ist
einerseits ein Modell zur Prognostizierung der
Strassenoberflächentemperaturen (Energiebi-
lanzmodell) sowie eine Javaapplikation, die
dieses Modell in einem Grafikeditor mit geeigne-
ten Datenschnittstellen für den In- und Output
einbindet. Die Validierung des Programms ist am
Laufen. AkDie Schnittstellen zu den verschiede-
nen Datenbankservern müssen noch konfiguriert
werden. Das Tool soll ab 2008 produktiv einge-
setzt werden. Die Java-Applikation befindet sich
auf: https://www2.ti.bfh.ch/rft/webstart/
IMWD
Das Expertensystem wurde erfolgreich imple-
mentiert. Infolge eines Führungswechsels in der
Leitung des Werkhofes sowie einer dadurch
vorgenommenen Neubeurteilung der Prioritäten,
wird das Expertensystem jedoch zukünftig nicht
operativ eingesetzt.
Local-Meteo-Toolbox
Der Teilaspekt der Windtrendprognose wurde
erfolgreich implementiert. Via Web-Applikation
können die Prognosen und Windmessungen
Online verfolgt werden
http://194.209.119.167/WTP.HTM . Für den
Teilaspekt der Hochwasserprognosen der Zulg
wurden erste Modelle studiert und anhand der
Messdaten überprüft.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 45
Fritz Bircher 062 426 43 85
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Drucktechnologie, Blindenschrift, Antriebe,
Handling
Kurzdarstellung des Projektes
Die Forschungsaktivitäten im Bereich „Druck-
technologien“ unterstützen alle Prozesse, die im
weitesten Sinn mit Drucktechnik zu tun haben.
Dazu gehören die klassischen Massendruck-
techniken, Laser- und Tintenstrahldruck sowie
alle diesen Drucktechnologien verwandten
Prozesse wie Spritzen, Dosieren, Markieren,
Gravieren und Beschichten. Die Industrialisie-
rung des an der Hochschule entwickelten und
zum Patent angemeldeten Verfahrens zum
Druck von Blindenschrift (KTI-Projekt + BFH-
Projekt) ist auf Ende der Berichtsperiode fast
abgeschlossen.
Die Forschungsaktivitäten im Bereich „Mechtro-
nische Systeme“ liegen hauptsächlich bei der
Entwicklung von Messverfahren und modernen
Lösungen für Antriebs- und Handlingaufgaben.
Die Entwicklungsarbeiten des "Automatischen
Flachbildschirmhalters" konnte ebenfalls erfolg-
reich abgeschlossen werden, er wird Anfang
2008 auf den Markt gebracht.
Es wurden wiederum mehrere Projektstudien
und viele Semester- und Diplomarbeiten durch-
geführt.
Im Rahmen des vorliegenden Projektes konnten
die bestehenden Kompetenzen ausgebaut und
durch weitere Projekt-Akquisitionen ergänzt
werden.
Resultate
Bereich Drucktechnologien (Umsatz im
Berichtsjahr 600 kFr.):
Industriebraille (Fritz Gyger AG Thun/Gwatt,
Industrialisierung des Braille-Verfahrens)
Etikettendruck (Stralfors AG Aesch, Bau einer
Versuchsanlage)
Das Verfahren zum Druck von Blindenschrift
wurde im Berichtsjahr international zum Patent
angemeldet (WO2007/065287).
Das Forschungsteam hat zusammen mit Studie-
renden am Technologiewettbewerb „darwin21“
mit der Firma Bechhoff Automation AG als
Partner teilgenommen (Vorbereitungsdauer 10
Monate).
Bereich Mechatronische Systeme (Um-
satz im Berichtsjahr 200 kFr.):
Automatische Flachbildschirmhalterung (m-
engineering Münsigen, Bau eines Prototyps und
Begleitung der Industrialisierung)
Chemilumineszenz (BFH-Projekt, Bau des
Grundgerätes, der Ofenzelle und der Einheit zur
Gaskonditionierung)
Das Patent des letzjährigen Projektes „Lock-
Bottle“ mit dem Beachvolleyballer Paul Laciga
wurde im Berichtsjahr international angemeldet
(WO 2007/076616).
Mit der Firma PD-M, Oberscherli zusammen
wurde eine Projektofferte „Wickelmaschine“ für
einen asiatischen Konzern im Umfang von 700
kFr. (100 kFr. Vorprojekt und 600 kFr. Haupt-
projekt) ausgearbeitet. Leider wurde der Auftrag
an eine US-amerikanische Firma erteilt.
Es wurden 3 BFH-Projekte ausgearbeitet und
eingegeben. Das Projekt „Mikroventilsimulation“
entspricht der strategischen Ausrichtung des
Forschungsteams, die Kompetenz in der Simu-
lation mechatronischer Systeme auszubauen.
Weiter wurde ein BFH-Projekt „LED-
Flächenstrahler“ in Zusammenarbeit mit der
AHB eingegeben. Ein weiteres BFH-Projekt „CL
Differential Heat Flow“ wurde im Verbund mit
der HKB und der AHB ausgearbeitet und einge-
geben. Die Bewilligungsentscheide stehen noch
aus.
Im Forschungsgebiet wurden 6 Diplomarbeiten
und 10 Semesterarbeiten durchgeführt.
Mit einem Team von Studierenden wurde am
Europäischen Roboterwettbewerb „Eurobot“
teilgenommen. Das Studententeam wurde
während der ganzen Vorbereitungsdauer (7
Monate) durch das Forschungsteam betreut.
Als neue Werbeplattform wurde weiter die
Entwicklung eines Skiroboters mit der Simulati-
on und dem konstruktiven Aufbau vorangetrie-
ben. Die Werbeaktivitäten sind für die Wintersai-
son 2007/2008 geplant.
46 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Max Felser 034 426 68 32
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronik
Forschungsauftrag 390
Schlüsselbegriffe
Feldbus, Industrial Ethernet, PROFIBUS, PRO-
FINET
Kurzdarstellung des Projektes
Das PROFIBUS und PROFINET Kompetenz-
zentrum an der BFH-TI in Burgdorf hat eine
internationale Ausstrahlung.
Die Dienstleistungen des Kompetenzzentrums
mit Beratungen, individuellen und massge-
schneiderten Kursen und Ausbildung zu PROFI-
BUS und PROFINET finden einen regen Zu-
spruch aus der Industrie. Die grosse Nachfrage
besteht nach dem „gewusst wie“. Die PROFI-
BUS Systeme funktionieren in der industriellen
Anwendung, aber nicht allen Anwendern ist
bekannt warum und wie.
Die neue Technologie PROFINET auf der Basis
von Industriellem Ethernet stellt eine neue Her-
ausforderung. Diese neuen Normen und Pro-
dukte müssen allgemein verständlich dargestellt
und präsentiert werden. Mit verschiedenen
Publikationen und Kursen werden die Erkennt-
nisse in die industrielle Anwendung transferiert.
Resultate
PROFINET IO Topologie-Erkennung und
Netzwerkdiagnose
Die herstellerübergreifende Demonstrationsanla-
ge mit PROFINET IO Produkten ist weiter aus-
gebaut und die Möglichkeiten der Topologieer-
kennung und Netzwerkdiagnose sind in der
Berichtsperiode weiter untersucht und doku-
mentiert worden.
Die neuen Erkenntnisse erlaubten die Publikati-
onen von Papers an der IEEE International
Conference on Emerging Technologies and
Factory Automation ETFA 2006 in Prag und der
ETFA 2007 in Padras. Eine Zusammenstellung
der Erfahrungen wurde im Handbuch für Auto-
matisierungstechnik des STZ dargestellt und in
den Unterricht im Bachelor Studium und in den
Workshop für die Industrie integriert.
Die Firma Hirschmann zeigt Interesse an einer
Weiterführung dieser Untersuchungen.
Hardware für PROFINET mit dem Iso-
chronem Real-Time (IRT) Protokoll
Die Anforderungen an eine Hardware für die
Realisierung eines PROFINET Gerätes mit dem
Isochronen Real-Time Protokoll (IRT) wurden
zusammengestellt und die am Markt vorhande-
nen Lösungen und Angebote zusammengetra-
gen. Mit der Realisierung von Funktionsmuster
soll die Machbarkeit aufgezeigt werden. Diese
Arbeiten werden zusammen mit der Firma
MESCO Engineering durchgeführt und durch ein
BFH Forschungsprojekt unterstützt. Erste
konkrete Resultate können 2008 erwartet
werden.
PROFIBUS Netzwerkunterhalt
Jedes Jahr werden weltweit über 3,5 Millionen
PROFIBUS Knoten verkauft. Die Nachfrage nach
Diagnosewerkzeugen, Beratung und firmenspe-
zifischen Ausbildungskursen bleibt auch im
Berichtsjahr konstant hoch. Durch Teilnahme
und Mitorganisation an PROFIBUS Konferenzen
hält sich das Kompetenzzentrum auf dem
aktuellen Stand der Entwicklung und bietet
erfolgreich seine Dienstleistungen und Produkte
an.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 47
Dr. Hans Köppel 034 426 68 29
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Werkstoffe und Oberflächen-
technologien
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Wasserstrahlschneiden ; Laserschneiden,
Laserstrahljustierung
Kurzdarstellung des Projektes
Detektionssystem für defekte Wasser-
strahldüsen
Prof. Heiniger, Experte für die Wasserstrahl-
schneid-Technologie, schlägt vor, unser erarbei-
tetes akustisches Prinzip als Detektionssystem
für defekte Wasserstrahldüsen (siehe Projektar-
beit von 05-06) zu miniaturisieren und damit
weitere Messserien in einer praxisnahen Anlage
an der FH Brugg-Windisch durchzuführen. Im
Falle von positiven Resultaten kann danach mit
einem bereits interessierten Industriepartner ein
KTI-Projekt gestartet werden.
Entwicklung eines Sensors zur Justie-
rung von Laserstrahlen
Justierung und Optimierung des Laserstrahls
eines Schneidlasers sind essentiell, um optimale
Ergebnisse bei minimaler Strahlleistung zu
erhalten. Die heute bekannten und eingesetzten
Positionierungssysteme sind entweder zu un-
präzise oder sehr kostspielig.
Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung eines
Sensors zur Online-Vermessung von Laserstrah-
len. Hauptanforderungen sind eine genügende
Empfindlichkeit, grosser Dynamikumfang, sowie
minimale Kosten in der Anschaffung und im
Unterhalt. Im Berichtsjahr wurden die Voraus-
setzungen für die experimentelle Durchführung
dieser Forschungsarbeiten geschaffen. Diese
beinhalten die Simulation mit einer speziellen
Simulations-Software sowie die Anpassung der
dazu notwendigen Prozesse im Reinraum.
Diese Arbeiten konnten durchgeführt werden
und es resultierten Vorschläge für das Vorgehen
bei den Forschungsarbeiten, aber auch ein
nahezu vollständig neu überarbeiteter Reinraum.
Damit können nun die Experimente in Angriff
genommen werden.
Resultate
Detektionssystem für defekte Wasser-
strahldüsen
Recherchen von uns haben gezeigt, daß ein
Mikrophon in Chip-Form mit den Dimensionen
von ca. 3x3 mm in kleinen Stückzahlen nicht
erhältlich ist. Deshalb befassen wir uns nun mit
der Eigenentwicklung eines Mikrophon-
Mikrosystems. Aus Kapazitätsgründen ist dieses
sehr aufwändige Vorhaben aktuell unterbrochen.
Entwicklung eines Sensors zur Justie-
rung von Laserstrahlen
Anpassung der Prozesse im Reinraum
Erste einfache Experimente für den Sensor
zeigten auf, dass das eingesetzte Equipment im
Reinraum, aber auch die durchgeführten Pro-
zesse (wie Fotolithographie, Ätzen) zuwenig
reproduzierbar arbeiten. Aus diesem Grund
haben wir uns entschlossen, das Equipment
und die Prozesse zu optimieren und damit die
Grundlagen für das Projekt zu schaffen.
Die Hochvakuum-Einrichtungen Aufdampfanla-
ge, Sputteranlage und Plasma-Ätzanlage wur-
den zum Teil komplett revidiert. Zudem haben
wir einen Quarz-Oxidationsofen eingerichtet.
Den Gelbraum, in dem die Nasschemie inkl.
Fotolihographie durchgeführt wird, haben wir
komplett neu eingerichtet. Alle diese Arbeiten
erfolgten vorwiegend in Eigenleistung.
Die Gasversorgung haben wir mit verschiedenen
weiteren Gasen erweitert. Damit läßt sich präzi-
se und reproduzierbar arbeiten.
Simulation und theoretische Bearbeitung des
Projekts
Nach der Evaluation und Beschaffung von
Mikrosystemtechnik-Simulations-software
zeigten erste Berechnungen, daß sich die
einzelnen Temperatur-Messpunkte in einer
Matrixschaltung gegenseitig beeinflussen. Wir
müssen also Dünnfilm-Dioden oder –
Transistoren als Schaltelemente zu jedem
Messpunkt einbauen, deren Entwicklung sehr
aufwändig ist:
1. Ausser der Fotolithografie ist die Entwicklung
oder Optimierung aller Prozesse nötig.
2. Dioden bzw. Transistoren müssen spezifiziert
und anschliessend Simulationen und Ver-
suchsreihen mit unterschiedlichen Schicht-
parametern durchgeführt werden.
3. Es sind noch einige Anschaffungen nötig:
Sputtertargets, evt. Dotierstoffe/gase und ein
Vierpunkt-Messgerät.
Der Zeitaufwand alleine für die Entwicklung der
Dünnfilm-Dioden/Transistoren könnte gut ein
halbes Jahr und mehr in Anspruch nehmen.
48 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Reinhold Krause 034 426 42 83
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
3D-Navigation, kinematische Vermessung,
Messverfahren
Kurzdarstellung des Projektes
Es soll ein Messverfahren entwickelt werden,
welches eine 3D-Erfassung von beliebigen
grossflächigen Objekten in hoher Genauigkeit
ermöglicht. In der Grundkonfiguration soll das
System die exakte absolute Position (x, y, z)
sowie die Orientierung während der Bewegung
ermitteln. Die Positionserfassung soll entweder
mit GPS oder mit trackenden Tachymeter
erfolgen. Für die kinematische Bestimmung der
Orientierungswinkel soll je nach Anforderung
entweder ein INS (Intertial Navigation System)
oder mehre GPS-Atennen bzw. Prismen sollen
direkt am Systemgehäuse oder an einem belie-
bigen Ort des Trägerfahrzeuges möglich sein.
Resultate
Das neue entwickelte On-Board-3D-
Navigationssystem basiert auf einer Kamera mit
panoramaähnlicher Optik, die ohne mechanisch
bewegliche Teile auskommt. Es wurde ein
Prototyp entwickelt, der aus einer 360 Grad
Digitalkamera und einer gegenüberliegenden
spiegelnden Kugel besteht. Die absolute Positi-
on wird über ein Programm anhand der Auf-
nahmebilder der Kamera und die im Gelände
positionierten Miniaturmarker berechnet. In
Kombination mit einem Laserscanner lassen
sich 3D-Modelle von Gebäuden und Gebäu-
deinnenräumen entwickeln. Mit der Kamera ist
es möglich, 14 Beobachtungen pro Sekunde zu
erstellen. Die mit Matlab entwickelte Software ist
in der Lage, eine Sequenz von Bildern auszu-
werten und daraus automatisch die Markerko-
ordinaten zu extrahieren.
Mit komplexen Algorithmen kann die Position
und die Orientierung des sich bewegenden
Navigationssystems berechnet werden. Die
Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit des neuen
Navigationssystems lässt sich durch die Ver-
wendung anderer Kalibiertools und/oder Algo-
rithmen noch verbessern.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 49
Alexander Leu 034 426 42 28
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Risikomanagement
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Operationelle Risiken, Extremwertanalyse,
Prozesse, Risikokennzahlen, Abhängigkeiten
Kurzdarstellung des Projektes
Der vorliegende Bericht umfasst einen Leitfaden
für die Erfassung operationeller Risiken in Unter-
nehmen. Dabei wird immer wieder auch auf den
Spezialfall der KMU verwiesen, dem eigentlichen
Publikum der Fachhochschulen. Für die Akqui-
rierung von F+E Projekten ist es von zentraler
Bedeutung, dass der potentielle Auftraggeber
ein Dokument zur Verfügung hat in welchem die
gesamte Problematik über-sichtlich dargestellt
wird. Im Bericht wird einerseits dargelegt, wie
sich der Begriff „operationelle Risiken„ über die
letzten Jahre weiterentwickelt hat.
Die zur Zeit erfolgende Revision des Aktien-
rechts wird auch die Unternehmer in der
Schweiz zwingen ein Risikomanagementsystem
in ihrer Unternehmung zu implementieren. Die
Methodik zur Erfassung der operationellen
Risiken hat sich ebenfalls weiterentwickelt. Auf
der einen Seite werden grobe Schätzungen
zugelassen (die eher qualitativ orientiert sind),
auf der anderen Seite sind aber auch sehr
detaillierte quantitative Methoden entwickelt
worden.
Die Integration von Risikokennzahlen in ein
allgemeines Managementmodell wird ebenfalls
im Ansatz dargestellt. Ein spezielles Augenmerk
wird auf die Handhabung von kleinen Daten-
mangen gelegt.
Resultate
Der Bericht umfasst eine Aufarbeitung der
aktuellen Literatur im Bereich der operationellen
Risiken und deren Applikation auf die spezielle
Situation von KMU. Die Berechnung von Risiko-
kennzahlen verlangt Informationen (Daten) über
die sich im Unternehmen befindlichen Risiken.
Bei KMU sind diese Informationen ehe spärlich
vorhanden. Dies verlangt eine andere Modellie-
rung der Risiken. Der Bericht äussert sich auch
dazu wie spärliche Daten erhoben werden
können und wie die Interpretation zu verstehen
ist. Die Handhabung von extremen Werten ist
durch die Extremwerttheorie abgedeckt. Den-
noch ist im Bereich operationeller Risiken ein
zusätzlicher Bedarf an Vorsicht gegeben.
Die Schwächen der Extremwerttheorie treten bei
einem kleinen Datensample noch akzentuierter
zu Tage. Die Wahl der richtigen Verteilung wird
zusätzlich erschwert, die Schätzung der Para-
meter ist noch schwieriger. Gleichzeitig wird das
Thema der Abhängigkeiten zwischen Risiken
nicht einfacher. In den meisten zur Zeit in der
Praxis verwendeten Modellen wird von einer
Unabhängigkeit zwischen Risiken ausgegangen.
Diese Lösung kann nur als pragmatisch be-
zeichnet werden. Externe Schocks wirken sich
immer auf verschiedene Risiken aus und können
sich so zu einem Klumpenrisiko entwickeln.
50 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Franz Meyer 032 321 63 05
Forschungsschwerpunkt(e) PT / MIG
Forschungsfeld(er) Mechatronik / Ubiquitous
and Pervasive Computing
Forschungsauftrag 196h
Schlüsselbegriffe
Real-Time Linux, Embedded Systems, Sensor-
netzwerke
Kurzdarstellung des Projektes
Embedded Real Time Linux im Projekt
von Roger Weber
Siehe Bericht Roger Weber
F+E Projekt für die Firma Pawo Unterä-
geri: Embedded Linux System Update mit
USB Stick
Die Firma Pawo liefert Kabelautomaten weltweit,
die mit einem Embedded Linux System gesteu-
ert werden, das nicht in ein Netzwerk eingebun-
den ist, und das nur einfache Interaktionen
durch Tasten und LEDs zulässt. Ziel des Projekt
ist es, neue Software Releases einfach durch
unqualifizierte Mitarbeiter nachzuladen. Dazu
wird die Software per Web oder Mail an die
Kunden versendet, auf einen USB Stick gespei-
chert, und gemäss einem einfachen Protokoll
auf der Zielmaschine installiert.
MIG Kompetenzaufbau Projekt in Wire-
less Sensor Networks: DOPE - Detect Old
People Every-where
In diesem Projekt geht es um die Erkennung
eines Sturzes mit Hilfe eines Sensornetzwerkes.
Der Sensor, den die überwachte Person auf
Schulterhöhe trägt, soll mit Hilfe von Beschleu-
nigungsmessungen einen Sturz erkennen, und
einen Alarmton auslösen. Wird dieser Alarmton
nicht innerhalb einer bestimmen Zeit gestoppt
(alarm cancel time), so wird der Alarm im Netz
verbreitet und an eine Pflegeperson gesendet,
die sich um die Person kümmern kann.
Resultate
CARME-Kit und Embedded Real-Time
Linux
Siehe auch Bericht von Roger Weber
Mein Beitrag bestand in der Entwicklung von
diversen Linux Real Time Kernel Treibern für die
Ansteuerung der Peripherie des IO1 Boards im
CARME-Kit. Diese Treiber erlauben die Interrupt
Latenzzeit einerseits mit Hilfe eines KOs zu
messen, und andererseits softwaremässig zu
bestimmen. Zusätzlich entstand eine RT Test-
applikation unter XENOMAI für den Unterricht.
Siehe auch Bericht von Roger Weber
BikeSafe
Beteiligung an der Ausarbeitung einer Offerte,
Abklärung von Embedded Linux Fragen.
Embedded Linux Software Update mit
USB Stick
Nach der Abklärung der Machbarkeit und der
Ausarbeitung von zwei Varianten hat der Kunde
sich für die Erweiterung des Linux Boot Loaders
entschieden. Ein einfaches Protokoll für den
Update von Software wurde in den Bootloader
eingebaut. Durch Checken von LED Zuständen
und Drücken von Schaltern kann eine Hilfsper-
son Softwareupdates vornehmen. Dadurch kann
bei den Kunden eine beträchtliche Einsparung
von Reisezeit für Spezialisten erzielt werden, vor
allem in Ländern mit grossen Distanzen.
DOPE
Es entstand eine Prototyp für die Sturzerken-
nung. Diese basiert auf der Analyse von Be-
schleunigungsmustern im Sensor selbst. Mus-
ter, die beim Absitzen oder Abliegen der Test-
person entstehen, können von Fallmustern
unterschieden werden. Dazu musste zuerst
Kompetenzen über das Standard Betriebessys-
tem für intelligente Sensoren (TinyOS) erworben
werden, sowie die Programmiersprache (nesC)
erlernt werden. Der Sensor erkennt Stürze mit
einer Zuverlässigkeit von ca. 85 %. Im Moment
wird nur die Weiterleitung des Alarms durch e-
mail unterstützt.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 51
Dr. Beat Neuenschwander 034 426 42 20
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Laser und Photonik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Laser / short and ultrashort pulses / Laser
micro-machining and laser-surface-engineering /
Ablation of transparent materials, ceramics and
metals / 3d-laser-structuring
Kurzdarstellung des Projektes
Laserpulse, die während ihrer Pulsdauer weniger
als ca. 30 mm zurücklegen werden gemeinhin
als ultrakurze Laserpulse bezeichnet. Zum
Vergleich: Das Licht braucht für die Strecke Erde
– Mond (384'400 km) lediglich 1.28 s, das lässt
erahnen, wie kurz die entsprechenden Pulsdau-
ern wirklich sind. Mit ultrakurzen Laserpulsen
wird es deshalb möglich, innerhalb kürzester
Zeit relativ viel Energie sehr lokal in einem Mate-
rial zu deponieren. Dadurch lassen sich in
verschiedenen Materialien feinste Strukturen mit
minimalen Einflüssen auf die Randschichten
erzeugen. Das haben wir an einer breiten Mate-
rialpalette, von Metallen über Kristalle/Gläser bis
zu flexiblen Solarzellen und Banknoten, anhand
von verschiedenen Aufgabenstellungen, vom
reinen Schichtabtrag bis hin zur Erzeugung von
komplexen 3-d Strukturen, eindrücklich gezeigt.
Zusätzlich haben wir unsere Aktivitäten auf
laserinduzierte Verfahren zur Schichtgenerierung
ausgeweitet. Hier ist es uns gelungen Schichten
aus Nanopartikeln mit unterschiedlichsten
physikalischen Eigenschaften (elektrisch leitend,
halb- und nichtleitend) zu erzeugen. Die Arbeiten
an all diesen Technologien werden wir auch in
der nächsten Periode weiterführen.
Resultate
Strukturieren von flexiblen Solarzellen
Mit der Firma FLISOM AG aus Zürich konnte in
einer Diplomarbeit ein Verfahren gefunden
werden, mit welchem sich die einzelnen Schich-
ten einer flexiblen Solarzelle (zur elektrischen
Kontaktierung) mit ultrakurzen Laserpulsen
abtragen lassen. Die Arbeit geht im Rahmen
eines KTI-Projekts weiter.
Strukturieren von transparenten Materia-
lien
Mit ultrakurzen Laserpulsen lassen sich transpa-
rente Materialien hervorragend strukturieren
(bisher waren hierfür UV-laser, mit all ihren
Nachteilen, notwendig). Dabei konnten wir
zeigen, dass sich in Glas und Saphir praktisch
beliebige 3-d Strukturen mit ca. 3 µm lateraler
und <1µm Auflösung in der Tiefe realisieren
lassen. Zusätzlich konnten wir in Zusammenar-
beit mit der Universität Bern in einer Diplomar-
beit zeigen, wie sich durch Laserbohren photo-
nische Kristalle für THz-Wellen in LiNbO3 reali-
sieren lassen.
Induzierten Prozesse
Mittels laserinduzierten Prozessen konnten wir
transparente Materialien beschichten. Die
Schichten zeigen je nach Laserparameter und
Umgebungsbedingen sehr interessante und
unterschiedliche phy-sikalische Eigenschaften,
einige Schichten sind z.B. absolut säurebestän-
dig.
Markieren gekrümmter Flächen
Für die Firma ETA haben wir in einer Studienar-
beit beliebig geformte Metalloberflächen mit
Anlassfarben markiert. Die entsprechenden
Arbeiten gehen weiter.
Strukturieren von Metallen
Ebenso wie transparente Materialien lassen sich
auch Metalle 3-d strukturieren. Hierzu haben wir
z.B. Laserparameter gefunden mit der sich eine
Kupferoberfläche bei minimaler Oxidation bear-
beiten lässt. Für die EMPA haben wir Mikrosäu-
len generiert, mit denen die Grössenabhängig-
keit mikromechanischer Eigenschaften ausge-
messen werden können.
Applikationslabor für TBWP AG
Als Applikationslabor der Time-Bandwidth-
Products AG durften wir diverse Gäste aus dem
In- und Ausland mit interessanten Aufgabenstel-
lungen in unserem Labor begrüssen. Die durch-
geführten Versuche liefen allesamt zufriedenstel-
lend, unterliegen aber der Geheimhaltung.
52 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Jean-Martin Rufer 032 321 62 07
Point fort(s) de recherche PT
Champ(s) de recherche Matériaux et technolo-
gie de surface
Mandat de recherche 390h
Mot clés
Matériaux, Traitements thermiques, Traitements
thermochimiques, Aciers inoxydables
Description bref du projet
Optimisation des traitements thermiques et
thermochimiques de diffusion d’azote dans les
aciers fortement alliés.
Mise en place de l’infrastructure interne pour
l’installation d’un nouveau four à vide
Resultats
Durant cette période, nous étions malheureu-
sement en incapacité de travail suite à une
infection noso-comiale. Les activités du groupe
du laboratoire ont donc étés fortement ralentis
durant cette période.
Les activités principales se sont concentrées sur
divers domaines :
Préparation de l’infrastructure interne pour un
nouveau four à vide (circuit de refroidissement et
de gaz) avec un investissement de env. 20.000
CHF en partie financé par nos avoirs en transfert
de technologie.
1. Optimisation du traitement thermique de
petits instruments pour la chirurgie oculaire
en collaboration avec la maison Griesshaber
à Schaffhouse.
2. Mise au point d’un traitement de
d’enrichissement en azote pour des aciers
inoxydables. Ces traitements se font actuel-
lement exclusivement sous vide. Nos divers
essais ont montré que cela est aussi possible
sous atmosphère gazeuse. Nous avons mis
au point une phase de dépassivation qui se
révèle efficace. Nous avons actuellement une
collaboration avec la maison Gerster AG et
l’école d’ingénieur du Locle.
3. Acquisition de mandats de service auprès de
diverses industries, ce qu nous permet de
financer actuellement un collaborateur sup-
plémentaire et les diverses infrastructures
pour le nouveau four à vide. (Voir liste des
divers mandats et collaboration jointes). Le
chiffre d’affaire du laboratoire se monte à
env. 200'000.- CHF.
4. Reprise du projet BFH - HANG (nitruration de
tôles pour des instruments de musique) avec
la maison PanArt à Berne.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 53
Dr. Peter Walther 032 321 63 81
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Werkstoffe und Oberflächen-
technologien
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Nanotechnik, Oberflächencharakterisierung,
Automatisierung AFM
Kurzdarstellung des Projektes
Automatisierung des Messvorganges
eines Atomkraftmikroskops (AFM).
Messungen mit einem AFM bedürfen eines
relativ grossen Zeitaufwandes (ca. 20Min. pro
Messung). Das ist mit ein Grund, weshalb diese
moderne Messtechnik nur zögerlich Einzug in
die Industrie hält. Ziel dieses Forschungsplans
ist es, die Messtechnik soweit zu automatisie-
ren, die Messzeit auf ein Minimum zu reduzieren
(1 Minute) und die Messung in einem automa-
tisch erstellten Messprotokoll zu dokumentieren,
dass eine angelernte Person die Messung
durchführen kann. Dieser Forschungsplan wird
zusammen mit der Firma mps in Biel und der
Firma nanosurf in Liestal begleitet. Weiter ist in
der Zwischenzeit die Firma Doniar, Biel, hinzu-
gestossen, die ebenfalls an einer automatisierten
AFM-Messeinrichtung für die Charakterisierung
von dekorativen Oberflächen ihrer Uhrenteile
interessiert ist. Die Firma nanosurf hat grosses
Interesse, die Resultate in ihr Verkaufsprogramm
aufzunehmen, um damit die Attraktivität der
AFM Messungen in der Industrie zu erhöhen.
Resultate
Nach erfolgreichem Abschluss des Projektes
stand ein Lehrgang zur Verfügung, der aus 5
Modulen bestand, die wiederum, je nach Modul,
aus 5 bis 7 Wochenkursen, sog. WBK zusam-
mengesetzt sind. Zu den besuchten Wochen-
kursen werden jeweils entsprechende sog.
booklets abgegeben.
Dieser Lehrgang wird seit März 2005 angeboten
und auch durchgeführt. Noch im Laufe der
ersten Studienmonate konnte dieser Lehrgang
zu einem „Master of Advanced Studies in Nano-
and MicroTechnology“ (MAS) mit offizieller
Anerkennung umgewandelt werden.
Dank seiner Modularität kann ein Student das
Studium jederzeit beginnen. Es sind dazu 20
aus einem Angebot von 30 Wochenkursen zu
absolvieren. Bei Erfolg erhält der Student 60
ECTS. Für die für den Abschluss notwendige
Masterarbeit erhalten die Studierenden bei
Erfolg 20 ETCS Punkte.
Um die Informationen zu diesem Lehrgang allen
interessierten zugänglich zu machen, wurde eine
Internetseite kreiert und aufgeschaltet
http://www.nanofh.ch/nmt-master . Diese wird
laufend aktualisiert, so dass der Interessierte auf
die neuesten Informationen zugreifen kann. Dort
findet man auch die Beschreibungen der Modu-
le, der Wochenkurse und die Studienbedingun-
gen, sowie ein Anmeldeformular. Weiter sind die
aktuellen Stellenangebote der Fachhochschulen
der Schweiz in einer Rubrik aufgeführt, die mit
genanntem Master in Verbindung stehen.
Mit diesem Projekt konnte sich die BFH im
Bereich der Nanotechnik innerhalb der Fach-
hochschullandschaft gut etablieren.
54 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Roger Weber 034 426 68 45
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Mikroprozessoren, Echtzeit-Betriebssysteme,
Real-Time Linux, Embedded Systems
Kurzdarstellung des Projektes
Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die
Kompetenzen der MRU Produktionstechnik in
den Bereichen Mikroprozessoren und Echtzeit-
Betriebssystemen weiter auszubauen. Bei den
Mikroprozessoren sollen einerseits low-power
und low-cost Bauelemente in Projekten zum
Einsatz kommen, andrerseits soll das Know-
How für high-end Mikroprozessoren und insbe-
sondere die ARM-Prozessorarchitektur ausge-
baut werden. Bei den Echtzeit-
Betriebssystemen sollen weitere Erfahrungen mit
verschiedenen Betriebssystemen, insbesondere
Embedded Real-Time Linux gesammelt und in
Projekten umgesetzt werden. Von besonderem
Interesse sind Anforderungen bezüglich Echt-
zeitverhalten, Kommunikationsmöglichkeiten
(Internet-Anbindung) sowie Stabilität (Ausfallsi-
cherheit).
Im Bereich low-power Mikroprozessoren haben
wir einen Telemetriesender für die Vogelwarte
Sempach entwickelt. Unsere Kompetenzen in
high-end Mikroprozessoren sowie verschiede-
nen Echtzeit-Betriebssystemen haben wir durch
die Entwicklung eines Ausbildungs-Kits erwei-
tert. Das Kit wird heute im Unterricht in diversen
Modulen eingesetzt.
Resultate
Radio-Telemetriesender
Im Rahmen eines BFH-Projektes wurde für die
Vogelwarte Sempach der weltweit kleinste und
leichteste Radio-Telemetriesender mit vergleich-
barer Funktionalität entwickelt. Der Sender
erlaubt es, kleine Singvögel wie Schwalben oder
Meisen über ein Jahr zu peilen.
CARME-Kit
Für die BFH-TI wurde ein neues Mikroprozes-
sor-Kit für die Ausbildung entwickelt. Es basiert
auf einem ARM-Mikroprozessor und erlaubt
auch den Einsatz verschiedener Echtzeit-
Betriebssysteme. Wir haben 120 Stück für die
Standorte Biel und Burgdorf produziert, welche
nun in diversen Modulen im Unterricht einge-
setzt werden. Weiter haben wir verschiedene
Software-Bibliotheken für die Ansteuerung der
Peripherie des Kits entwickelt.
Embedded Real-Time Linux
Im Bereich Betriebssysteme haben wir uns vor
allem auf Embedded Real-Time Linux fokussiert.
Hier haben wir ein Mittelbauförderprojekt zum
Thema RTAI-Linux durchgeführt sowie eine
Diplomarbeit an der Software-Schule zum
Thema XENOMAI betreut. Weiter haben wir die
komplette Entwicklungsumgebung und die
Treiber für das neue CARME-Kit erstellt.
CAS EBX
Dank unseren Kompetenzen in den Bereichen
ARM-Mikroprozessoren und Embedded Linux
konnten wir in Zusammenarbeit mit der Soft-
ware-Schule ein neues CAS mit dem Titel
„Embedded and Real-Time Engineering with
Linux“ anbieten, welches dieses Winterhalbjahr
erstmals durchgeführt wird.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 55
Dr. Harald Wild 032 321 63 58
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronik
Forschungsauftrag 215h
Schlüsselbegriffe
Piezoaktorik, Hystereseverhalten, Ladungsrege-
lung, Nichtlineare Modellierung
Kurzdarstellung des Projektes
Piezoaktoren sind hinsichtlich der Dynamik und
der Leistungsdichte jeglichem anderen techni-
schen Aktorprinzip überlegen. Diesem steht eine
kleine, stark hysteresebehaftete Ausdehnung
entgegen.
Um diese Hysterese im dynamischen Betrieb
kompensieren zu können, hat sich in den letzten
Jahren die Ladungsregelung erfolgreich durch-
gesetzt. Hierbei macht man sich zunutze, dass
der Aktor eine proportionale Ausdehnung zu
seiner Ladung besitzt, welche durch Integration
des Aktorstromes gemessen werden kann. Im
quasistatischem (Bewegungen unter einem
Hertz) oder statischem Betrieb versagt diese
Methode jedoch. Bis heute behilft man sich
damit, an den Piezoaktor Dehnmessstreifen zu
applizieren, über welche die Dehnung des
Aktors direkt gemessen werden und mittels
unterlagertem Regelkreis geregelt werden kann.
Die Hysterese wird somit automatisch kompen-
siert. Diese Methode bedarf jedoch teurer
Sensorik, Mess- und Regelelektronik. Um eine
Kompensation mittels Kalmanfilter zu ermögli-
chen, müssen möglichst genaue Modellvorstel-
lungen des Hystereseverhaltens vorhanden sein.
Ziel dieser Arbeit war eine erste theoretische
simultane Modellbildung.
Resultate
In einem ersten Schritt wurden eigene Ladungs-
verstärker entwickelt, welche eine Kompensati-
on der Hysterese im dynamischen Betrieb
bestätigten. Auch hier zeigte sich jedoch, dass
im quasistatischen Betrieb eine Kompensation
nicht stattfindet. Dies kann damit begründet
werden, dass bei langsamen Bewegungen und
bei kleinen Strömen die Integration ein zu unge-
naues Bild der Ladung widerspiegelt. Weiterhin
wird das selbstständige Kriechverhalten des
Piezo’s nicht berücksichtigt.
Weiterführende Literatur- und Patentrecherche
zeigen ein weltweit reges wissenschaftliches
Interesse an dieser Thematik. Der jetzige Stand
der theoretischen Ansätze zeigt, dass Modelle
welche auf partiellen Differentialgleichungen
aufbauen, eine erste Widerspiegelung des
Hystereseverhaltens aufweisen. Diese Ansätze
werden nun an realen Piezoaktoren erprobt und
verifiziert. Nachfolgend sollen anhand der Erfah-
rungen welche nun gemacht werden, eigene
theoretische Betrachtungen zum Hysterese-
verhalten von Piezoaktoren gemacht werden.
56 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Erich Wyler 079 820 97 01
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Risikomanagement
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Risikomanagement, Modellierung von Wetter-
phänomenen, Expertensystem, Biodiversitäts-
monitoring, Bootstrap
Kurzdarstellung des Projektes
Road Forecast Tool RFT
Zusammen mit der Meteo Schweiz wurde auf
der Basis eines Energiebilanzmodells ein Prog-
nosetool für die Vorhersage der Strassenober-
flächentemperaturen entwickelt, um den Winter-
dienst von Strassen zu planen. Das Tool soll ab
2008 produktiv eingesetzt werden.
IMWD
Für die Vorhersage der Strassenverhältnisse auf
dem Strassennetz des Kantons Luzern wurde
erfolgreich ein Expertensystem entwickelt. Damit
kann der Winterdienst situationsbezogen, effi-
zient und kostengünstig geleistet werden. Dies
erhöht die Sicherheit auf den Strassen wie auch
die Zufriedenheit der Verkehrsteilnehmer.
Local-METEO-Toolbox
Zuverlässige Windtrendprognosen erhöhen die
Sicherheit beim Betrieb der Jungfraubahnen,
Regionale Hochwasserprognosen unterstützen
die erfolgreiche Abflussregulierung exponierter
Fliessgewässersysteme.
BDM
Beurteilung des Repräsentativitätsverlusts bei
der Datenerhebung der BDM-Stichprobe.
Resultate
Road Forecast Tool RFT
Das Projekt hat eine leichte zeitliche Verzöge-
rung erfahren, weil die Meteo Schweiz mit der
Aufbereitung und Bereitstellung der meteorolo-
gischen Daten in Verzug kam. Das Ergebnis ist
einerseits ein Modell zur Prognostizierung der
Strassenoberflächentemperaturen (Energiebi-
lanzmodell) sowie eine Javaapplikation, die
dieses Modell in einem Grafikeditor mit geeigne-
ten Datenschnittstellen für den In- und Output
einbindet. Die Validierung des Programms ist am
Laufen. AkDie Schnittstellen zu den verschiede-
nen Datenbankservern müssen noch konfiguriert
werden. Das Tool soll ab 2008 produktiv einge-
setzt werden.
https://www2.ti.bfh.ch/rft/webstart/
IMWD
Das Expertensystem wurde erfolgreich imple-
mentiert. Infolge eines Führungswechsels in der
Leitung des Werkhofes sowie einer dadurch
vorgenommenen Neubeurteilung der Prioritäten,
wird das Expertensystem jedoch zukünftig nicht
operativ eingesetzt.
Local-Meteo-Toolbox
Der Teilaspekt der Windtrendprognose wurde
erfolgreich implementiert. Via Web-Applikation
können die Prognosen und Windmessungen
Online verfolgt werden
http://194.209.119.167/WTP.HTM . Für den
Teilaspekt der Hochwasserprognosen der Zulg
wurden erste Modelle studiert und anhand der
Messdaten überprüft.
BDM
Für das Projekt Biodiversitätsmonitoring
Schweiz soll der Monitoringeffekt abgeschätzt
werden. Dabei kommen Methoden wie PRS
(Partial-Replacement-Sampling) zum Zuge. Das
Projekt ist in Bearbeitung.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 57
Technologie am Menschen
Heute gehört die Handhabung elektronischer
Geräte zum gesellschaftlichen Alltag. Moderne
Technologien und deren sinnvolle Anwendung
sollen den Menschen unterstützen und sein
tägliches Leben erleichtern. Um dieses Ziel zu
erreichen, betreiben wir Forschung in "Biomedi-
cal Engineering" und "Human Interface Techno-
logies".
Die Master Vertiefung "Human Interface Techno-
logies" umfasst zukunftsweisende Technologien
wie Computer Perception und Virtual Reality,
Sensorik, Biometrie und Authentifizierung sowie
Hardware Algorithmik in Mikroelektronik.
Die Resultate unserer Forschung in Computer
Wahrnehmung und virtueller Realität werden
bereits in zahlreichen Anwendungen der Medi-
zin, der Biometrie und des Konsumgüterbe-
reichs eingesetzt. In der Biometrie liegt der
Schwerpunkt bei der Entwicklung von Authenti-
fizierungs-Algorithmen basierend auf Fingerab-
druck und Iris, wobei insbesondere der Metho-
dik der „encapsulated biometry“ eine besondere
Bedeutung zukommt. Aus dem wachsenden
Bedarf nach hohen Rechenleistungen und
Energieeffizienz in tragbaren Anwendungen
ergibt sich der Fokus der Hardware-Algorithmik
wie auch der Kombination von Hardware-
Software-Algorithmen als System-on-Chip-
Lösungen der Mikroelektronik.
Kontakt: [email protected]
Technologie appliquée à
l’être humain
Aujourd’hui, la manipulation d'outils électro-
niques fait partie du quotidien de notre société.
Ces technologies modernes ainsi que leur
application ont pour but d’aider l'être humain et
de lui faciliter son quotidien. Nos recherches
dans les domaines du "Biomedical Engineering"
et "Human Interface Technologies" visent à
atteindre cet objectif.
Le Master en Technologie appliquée à l'être
humain regroupe des technologies telles que la
computer perception et la réalité virtuelle, la
technologie des senseurs et des actuateurs, la
biométrie et l'authentification ainsi que l'algo-
rithmique (hardware) en microélectronique.
Les résultats de nos recherches en perception
d'ordinateur et réalité virtuelle ont déjà trouvé
application dans des secteurs tels que la méde-
cine, la biométrie et l'industrie des biens de
consommation. Le développement
d’algorithmes d'authentification par les em-
preintes digitales et l’iris revêt un caractère
prioritaire en biométrie, sachant que l’accent est
mis en particulier sur la méthode de la biométrie
intégrée "encapsulated biometry". En raison du
besoin croissant en termes de puissance de
calculs et d’efficacité énergétique dans des
applications portables, les efforts dans le do-
maine de l'algorithmique matériel et la combinai-
son d'algorithmes matériels-logiciels se concen-
trent sur les solutions System on Chip pour la
microélectronique.
Contact: [email protected]
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 59
Beatrice Amrhein 031 848 32 76
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 234h
Schlüsselbegriffe
Virtual Reality, Augmented Reality, Osteosynthe-
sis
Kurzdarstellung des Projektes
The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual
Intra-operative Surgery Support Environment)
project is a medical Virtual Reality research
undertaking currently conducted in collaboration
with the University Hospitals of Zurich and Basel
and the Computer Science Department of the
University of Basel.
HOVISSE aims at developing a framework of
software applications to provide a seamless
digital support environment for Osteosynthesis
in trauma care. It will offer assistance starting
with the pre-operative planning phase and
continuing to the intra-operative surgery phase.
Through use of Virtual- and Augmented-Reality
technologies as well as Computer Haptics, the
project tries to improve the Osteosynthesis
workflow through a coherent stereoscopic 3D
immersive data environment. This Hasler Foun-
dation financed research projects started in
January 2006 and has a planned duration of
three years.
Resultate
Work package C consists of the development of
a software framework for modelling an interac-
tive simulation of a surgery operation room in a
3D CAVE system. Here we achieved the follow-
ing results:
Implementation of the workflow engine and the
network protocol between the 3D simulation
and the workflow engine
Validation of the workflow language by using it
for test workflows
Extension of the workflow language by
action groups: actions which have to run in
parallel
action sequences: actions which have to run
sequentially
phases: for a course grained navigation in a
workflow and to be able to define synchroni-
sation points (conditions to be reached)
definition of conditions (pre- and post-
conditions of actions, action groups, action
sequences and phases)
Transformation of the graphical description of
the Proximal Femur Nail (PFN) surgical inter-
vention into a formal description according to
our workflow language. With this at hand, we
are able to run a simulation of a real surgery
operation.
60 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Werner Bäni 034 426 68 39
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Biometrie und Authentifizie-
rung
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Signature Verification, Encapsulated Biometrics,
Signal Processing
Kurzdarstellung des Projektes
BFH-Projekt SignVerif
Gegenstand dieses Projekts ist ein kreditkarten-
grosses persönliches Gerät ("Kärtchen"), das zur
Authentifizierung mittels Unterschrift verwendet
werden kann. Erfassung und Überprüfung der
Unterschriften werden direkt auf dem Kärtchen
vorgenommen, sodass keinerlei persönliche
Daten an andere Systeme übermittelt werden.
Die Spin-off-Firma Axsionics der BFH-TI hat
entsprechende Kärtchen mit Fingerabdruck als
Erkennungsmerkmal bis zur Marktreife entwi-
ckelt. Es besteht jetzt also die Möglichkeit, die
Fingerabdruckprüfung durch Unterschriftenprü-
fung zu ersetzen.
BFH-Projekt DWB-Cardio
Das Institut für Physiologie der Universität Bern
führt Experimente durch, in denen über längere
Zeit die elektrische Aktivität von Herzzellkulturen
gemessen wird. Dabei fallen grosse Datenmen-
gen an, die so aufbereitet und platzsparend
gespeichert werden müssen, dass sie für späte-
re Auswertungen effizient verfügbar sind
Resultate
BFH-Projekt SignVerif
Ein Prototyp des Unterschriftenverfikationskärt-
chens wird bis Ende Jahr zur Verfügung stehen;
die Vorbereitungsarbeiten sind schon weit
gediehen. Das Aufnehmen und Überprüfen von
Unterschriften funktioniert in einer Testumge-
bung, bei welcher die verwendete Hardware
(Display mit Touchpanel, auf das mit einem Stift,
wie er von anderen elektronischen Kleingeräten
bekannt ist, geschrieben werden kann, Mikro-
prozessor zur Ausführung der benötigten Be-
rechnungen) genau derjenigen auf dem Kärt-
chen entspricht. Mit Hilfe dieser Testumgebung
wurde auch eine Datenbank mit je 20 Unter-
schriften von 40 Personen und je 20 Fälsch-
Versuchen aufgenommen. Die statistische
Auswertung dieser Versuche ergab, dass das
miniaturisierte System eine Erkennungsleistung
aufweist, die derjenigen der früheren PC-
basierten Version kaum nachsteht.
BFH-Projekt DWB-Cardio
Mit dem in diesem Projekt entwickelten Pro-
gramm werden die während eines Experimentes
mit Herzzellkulturen (Institut für Physiologie der
Universität Bern) aufgenommenen Signale (bis
64 Kanäle) analysiert; die von Herzzellen stam-
menden Impulse werden aufgrund ihrer charak-
teristischen Form erkannt, von Rauschen und
Stimulierungssignalen getrennt und zusammen
mit einigen Kenngrössen in einer Datenbank
abgelegt. Der Umfang dieser Datenbank beträgt
nur noch 1% bis 3% der ursprünglichen Daten-
menge. Überdies ist sie so organisiert, dass
Auswertungen mit den vom Auftraggeber defi-
nierten Suchkriterien effizient ablaufen können.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 61
Dr. Emmanuel Benoist 032 321 63 22
Point fort(s) de recherche TAM /MIG
Champ(s) de recherche Techniques Médicales /
Identity, Security and Privacy
Mandat de recherche 390h
Mot clés
Projet européen, identité virtuelle, profiling,
anonymaisation
Description bref du projet
J'ai travaillé principalement sur trois
projets
FIDIS (Future of IDentity in the Information
Society) un Network of Excellence du 6ieme
programme cadre de l'Union Européenne. Ce
projet cherche à définir le contenu des nouvelles
formes d'identité apparues avec l'essor des
nouvelles technologies (Internet, RFID, Ambiant
Intelligence, Profiling, Biométrie, Implants,...)
Acquisition de données pour la recherche
évaluative en chirurgie orthopédique (MEMdoc).
Ce projet commun à la BFH, l'Université de
Berne (Institut IEFO) et l'entreprise Qualidoc,
met en place une infrastructure Web pour
collecter des données médicales (principalement
orthopédiques). Elles sont ensuites mises à
disposition des médecins et chercheurs pour
permettre un amélioration des techniques
médicales ainsi que de la qualité des implants.
Biocrypt: Dans ce projet (financé par la BFH)
nous mettons en place une technique permet-
tant l'usage de « pseudonymes biométriques »
dans un processus de reconnaissance de l'iris.
Resultats
Dans le cadre du projet FIDIS, nous
avons eu les actitivés suivantes
Présentation de l'article « Internet-Voting,
Opportunity or Threat for Democracy? » à la
conférence Vote-ID 2007 à Bochum.
Organisation du General Meeting du projet
en Suisse (Neuchâtel).
Organisation du Workshop Non-Human
Legal Entities (Bruxelles 25 janv. 2007)
Participation à la standardisation des notions
connexes à l'Identité (ISO)
Participation au déliverable « A Holistic
Privacy Framework for RFID Applications »
Dans le projet MEMdoc, nous avons
définit une architecture compatible avec le
respect de la vie privée. Cette architecture
comporte un serveur web central collectant
toutes les informations médicales et servant
les pages web, ainsi qu'un ensemble de ser-
veurs (appelés modules), spécifiques à cha-
que pays, chargés de stocker les noms des
patients.
développé des prototypes validants cette
architecture.
développé des algorithmes permettant de
suivre un patient, même si celui-ci change
d'hôpital.
fait le design des différentes bases de don-
nées, pour permettre de stocker les informa-
tions, tout en les protégeant efficacement.
Dans le cadre de Biocrypt, nous avons
collecté des données biométriques de base
(photos d'Iris)
implémenté un processus biométrique
complet de reconnaissance de la personne
(suivant le state of the art)
défini une stratégie pour obtenir des données
qui seront ensuite considérées comme des
« pseudonymes biométriques ».
62 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Jürgen Burger 032 321 63 84
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Medizintechnik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Medizintechnik, Intelligente Operationsinstru-
mente, medizinische Robotik
Kurzdarstellung des Projektes
Die minimalinvasive Injektion von Knochener-
satz- und Biomaterialien wird in der Orthopädie
immer wichtiger. In der Vertebroplastie und der
Kyphoplastie an der Wirbelsäule wird Knochen-
zement, wie zum Beispiel PMMA (Polymethyl-
methakrylat) oder Kalziumphosphat, zum stabili-
sieren von meist osteoporosebedingten Wirbel-
frakturen verwendet.
Während diese Behandlungsmethoden äusserst
minimalinvasive und kostengünstige Eingriffe mit
guten Resultaten darstellen, treten auch einige
ernste Komplikationen auf. Die schwerwie-
gendsten, wie zum Beispiel Querschnittsläh-
mungen oder lebensbedrohende Lungenembo-
lien, sind die Folge von Leckage der Ersatzmate-
rialien in den Spinalkanal oder das vaskuläre
System. Um die Einschränkungen heute ge-
bräuchlicher Injektoren zu überwinden, wurde
ein computerassistiertes Injektionsgerät entwi-
ckelt, welches auf herkömmlichen Spritzen
basiert. Das dampfsterilisierbare Gerät ermög-
licht Hockdruckinjektionen mit bis zu 5 MPa,
und ist in der Lage, die Injektionsparameter zu
messen.
Resultate
Das computerassistierte Injektionssystem be-
steht aus den drei Hauptkomponenten Injektor,
haptischem Interface und Kontrolleinheit (Abb. s.
unten) Optional können an die serielle Schnitt-
stelle der Kontrolleinheit weitere Geräte zur
Anzeige und Protokollierung der Messdaten
angeschlossen werden.
Der Injektor
Der Injektor wurde so ausgelegt, dass er eine
Standardspritze aufnehmen und sie mit einer
Kraft von bis zu 640 N ausdrücken kann, was
einem Injektionsdruck von 5 MPa entspricht.
Das geringe Gewicht von 359 g bei einer Ge-
samtlänge von 167 mm (10 mm länger als die
verwendete Standardspritze) erlauben es, dass
das Gerät direkt über den Luer-Lock der Spritze
auf die Biopsienadel geschraubt werden kann,
durch welche das Material eingespritzt wird.
Das haptische Interface
Die Bedienung des Injektors erfolgt über ein
spritzenähnliches, haptisches Interface. Die
Funktionsweise entspricht weitgehend einer
normalen Spritze: Je schneller der Kolben
vorwärts bewegt wird, desto schneller injiziert
der Injektor das Material. Gleichzeitig wird auf
Basis des in der Spritze gemessenen Drucks
eine Bremswirkung erzeugt, um den Kolbenwi-
derstand zu simulieren. Da der Injektionsdruck
hauptsächlich von der Viskosität des zu injizie-
renden Materials abhängt, wurde zur Simulation
des Widerstandes auf magnetorheologische
Flüssigkeit (MRF) zurückgegriffen. Die MRF
besteht aus einer Trägerflüssigkeit (z.B. Silikon-
öl), die mit magnetisch permeablen Metallparti-
keln angereichert ist. Sobald ein Magnetfeld
angelegt wird, formen die Partikel Ketten entlang
der Feldlinien und erhöhen damit in Abhängig-
keit der Feldstärke die Viskosität der Suspensi-
on. Mittels Regulierung des Spulenstroms wird
die Viskosität der MRF beeinflusst und damit der
Kolbenwiderstand gesteuert.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 63
Roger Cattin 032 321 63 19
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Iriserkennung, Biometrie, Mikrokamera, Coded
Aperture Imaging
Kurzdarstellung des Projektes
Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Mikro-
kamera entwickelt, welche in eine Smartcard
eingebaute werden kann und für Iris- und Ge-
sichtserkennung sowie für die Datenübertragung
von einem Bildschirm in die Karte verwendet
werden kann. Die Arbeit konzentrierte sich auf
die Entwicklung einer extrem kleinen Kamera mit
Mikrolinsenarrays.
Weiter arbeiteten wir an der Entwicklung von
neuen Algorithmen für die Merkmals-Erkennung
in der Iris. Ein Software-Framework wurde
erarbeitet, das zuverlässig Iris-Codes für die
Authentifizierung erzeugen kann. Dieses Paket
so optimiert, dass es in Mikrocomputern einge-
setzt werden kann und dort nur sehr wenige
Ressourcen (Rechenzeit und Memory) benötigt.
In einem weiteren Projekt wurden die Grundla-
gen für eine neuartige Kamera entwickelt, wel-
che Daten mit einer grossen Bandbreite von
einem Bildschirm lesen kann. Für die verwende-
te Technologie ist ein Patent erteilt worden.
Resultate
Nachdem sich gezeigt hatte, dass der erste
Ansatz für eine Iris-Mikrokamera zu licht-
schwach war suchten wir die Zusammenarbeit
mit dem Institut für Mikrotechnologie der Univer-
sität Neuenburg. Dieses forscht unter anderem
über die Verwendung von Mikrolinsenarrays für
Kameras. Die Verbindung dieser Grundlagenfor-
schung mit unserer praktischen Anwendung ist
ein ideales Beispiel der Zusammenarbeit von
Universität und FH. In einem Versuchsaufbau
konnte eine derartige Kamera getestet und
untersucht werden. Erste Algorithmen für die
Zusammensetzung der zahlreichen Einzelbilder
in ein höher aufgelöstes Gesamtbild (Super-
Resolution) sind entwickelt worden und die
Machbarkeit ist nachgewiesen.
Die in einem BFH Forschungsprojekt erarbeite-
ten Grundlagen einer Software für die Erken-
nung der Iris konnten jetzt im Projekt Poly-Iris in
eine praktische Anwendung überführt werden.
Es konnte praktisch gezeigt werden, dass die
Software so angepasst werden kann, dass sie in
einem Mikrocomputer, wie er in eine Smartcard
eingesetzt werden kann, lauffähig ist und in
vernünftiger Rechenzeit die Ergebnisse liefert.
Die Software wird aktuell im BFH-Projekt BioC-
rypt eingesetzt.
Im Rahmen dieses Forschungsplans konnte das
Projekt einer Kamera für die breitbandige Über-
tragung von Daten von einem Bildschirm in eine
Smartcard weiterverfolgt werden. In der Zwi-
schenzeit ist es gelungen, Masken mit den
notwendigen extrem kleinen Strukturen herzu-
stellen und eine Experimental-Kamera aufzu-
bauen. Der Funktionsnachweis konnte erbracht
werden. Weitere Untersuchungen wie zum
Beispiel die Erhöhung der Bandbreite durch
Verwendung von Farben laufen derzeit noch.
64 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Daniel Debrunner 032 321 63 67
Forschungsschwerpunkt(e) TAM / EVM
Forschungsfeld(er) Medizintechnik / Fahrzeug-
sicherheit und Mechanik /
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Mechatronisches Assistenzsystem, ARM Cont-
roller, steer-by-wire
Kurzdarstellung des Projektes
Medizintechnik – Mechatronisches Assis-
tenzsystem
Ein mechatronisches Assistenzsystem ermög-
licht das chirurgische Arbeiten ohne Sichtkon-
takt. Es benötigt 3D-Sensorik mit Kraftrückmel-
dung, eine ausgeklügelte Handhabungssoftware
und eine passende Integration mit der Anwen-
dung.
Steer-by-wire für behinderte Lenker
Das an der BFH-TI entwickelte Produkt
joysteer® ermöglicht es muskelkranken Men-
schen ein Auto sicher zu lenken.
Resultate
Medizintechnik – Mechatronisches Assis-
tenzsystem
Die Verknüpfung eines haptischen 3D Gerätes
(räumliches Eingabegerät mit Positionsrückmel-
dung für den Operator) mit einer kraftüberwach-
ten Materialtrennvorrichtung ohne Sichtkontakt
ist prinzipiell machbar. Die dynamischen Gren-
zen des untersuchten Eingabegerätes schrän-
ken jedoch die Präzision der Anwendung ein.
Ein am Markt neu verfügbarer, hochintegrierter
ARM9 Prozessor wurde umfangreichen Tests
unterworfen, die aufgrund von Hardwarefehlern
nur teilweise erfolgreich waren
Steer-by-wire für behinderte Lenker
Der A-Protoyp des Steer-by-wire Produktes
wurde mit behinderten Lenkern erfolgreich
getestet und der sicherheitstechnische Homolo-
gationsprozess für die Strassenzulassung beim
TÜV ist auf Kurs.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 65
Jürgen Eckerle 032 16 312
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Virtual Reality, Medicine, Simulation, Optimizati-
on, Planning
Kurzdarstellung des Projektes
The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual
Intra-operative Surgery Support Environment)
project is a medical Virtual Reality research
project which is conducted by Urs Künzler in
collaboration with the University Hospitals of
Zurich and Basel and the Computer Science
Department of the University of Basel.
The HOVISSE project is divided into 4 work
packages: WP-A, WP-B, WP-C and WP-D. I am
involved in WP-C: The main goal of WP-C is to
model, to simulate and to visualize the man-
machine interactive workflow of a Proximal
Femur Nail (PFN) surgical intervention. Besides
this main goal, the workflow also needs to be
optimized with respect to selected optimality
criterions. Optimization means to minimize the
personal costs, duration of the operation and X-
radiation exposure. As a result, an interactive
simulation framework is to be developed which
can be used for pre-operative training and
interactively supported optimization. Additionally,
the simulated workflow is visualized as a realistic
life size 3D stereoscopic visualization in the VR
CAVE laboratory.
Resultate
My task is the optimization of the workflow.
Both, the simulation as well as the optimization
is based on solving a planning problem model-
ling den PFNA workflow. in this research period I
focused the main part of my activity on defining
and solving the planning problem which is a key
component in this approach.
First step. The starting point was the detailed
workflow description worked out during our
HOVISSE workshop in October 2006 based on
the videos showing the PFN operation in the
Kantonsspital Aarau. However, by a detailed
analysis I found some failures and missing links
in the workflow description which I corrected by
a repeated analysis of the videos and by an
additional talk with our medical experts.
Second, I formalized the workflow as STRING-
like planning problem which I described in the
XML-specification language of Stephan Fischli
and Beatrice Amrhein. Additionally, I summa-
rized the modelling and formalization process in
a 20 page document.
Third, I outlined a novel two-level problem
solving algorithm in detail for solving the plan-
ning and the corresponding path finding prob-
lem in an combined way. The path planning
algorithm computes a plausible and realistic
path for the simultaneously acting agents simu-
lated and visulized in a 3D virtual world.
Finally, I started the implementation of a proto-
type in Java. I realized a simple forward planner
for solving the planning problem and for verifying
the formalization of the PFNA workflow. Addi-
tionally, Stephan Balmer complemented this
work by the implentation of a parser for the
XML-workflow description and a partial-order
planner, both realized in Java, in his diploma
thesis.
66 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Stephan Fischli 031 848 32 74
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Virtual Reality, Augmented Reality, Osteosynthe-
sis
Kurzdarstellung des Projektes
The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual
Intra-operative Surgery Support Environment)
project is a medical Virtual Reality research
undertaking currently conducted in collaboration
with the University Hospitals of Zurich and Basel
and the Computer Science Department of the
University of Basel.
HOVISSE aims at developing a framework of
software applications to provide a seamless
digital support environment for Osteosynthesis
in trauma care. It will offer assistance starting
with the pre-operative planning phase and
continuing to the intra-operative surgery phase.
Through use of Virtual- and Augmented-Reality
technologies as well as Computer Haptics, the
project tries to improve the Osteosynthesis
workflow through a coherent stereoscopic 3D
immersive data environment. This Hasler Foun-
dation financed research projects started in
January 2006 and has a planned duration of
three years.
Resultate
Work package C consists of the development of
a software framework for modeling an interac-
tive simulation of a surgery operation in a 3D
CAVE system. Here we achieved the following
results:
Implementation of the network protocol
between the workflow engine and the 3D si-
mulation
Implementation of the processing logic of the
workflow engine
Validation of the workflow language by
applying it to test workflows
Extension of the workflow language by
phases, action groups and action sequences
Transformation of the graphical representa-
tion of the Proximal Femur Nail (PFN) surgery
operation into a formal description according
to our workflow language
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 67
Claude Fuhrer 032 321 63 36
Point fort(s) de recherche TAM
Champ(s) de recherche Computer Perception
and Virtual Reality
Mandat de recherche 390h
Mot clés
Collision detection, collisions handling, Virtual
chirurgy, algorithmic optimisation
Description bref du projet
The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual
Intra-operative Surgery Support Environment)
project is a medical Virtual Reality research
undertaking currently conducted in collaboration
with the Uni-versity Hospitals of Zurich and
Basel and the Computer Science Department of
the University of Basel.
HOVISSE aims at developing a framework of
software applications to provide a seamless
digital support environment for Osteosynthesis
in trauma care. It will offer assistance starting
with the pre-operative planning phase and
continuing to the intra-operative surgery phase.
Through use of Virtual- and Augmented-Reality
technologies as well as Computer Haptics, the
project tries to improve the Osteosynthesis
workflow through a coherent stereoscopic 3D
immersive data environment. This Hasler Foun-
dation financed research projects started in
January 2006 and has a planned duration of
three years.
Résultats
Un des buts de la période de recherche 2005 -
2006 était de publier un article dans une revue
ou une conférence internationale. Ce but a été
atteint par la publication de l'article "A survey of
collision De-tection and Response Algorithms
suitable for Six Degree-of-Freedon" que mon
collègue Urs Künzler (klu1) et moi-même avons
fait paraître dans les actes du workshop "Virtual
Reality : Technology and Application" organisé
par l'université transilvanienne de Brasov en
Roumanie et qui s'est tenu entre les 18 et 19
mai 2006.
Dans période de recherche concernée par ce
rapport nous devions implémenter les idées
développées dans l'article. Comme résultat
concret atteint dans cette période de recherche
nous avons montré qu'il n'est pas possible
d'utiliser une bibliothèque de détection des
collisions dont les structures de données ne
sont pas compatibles avec les stuctures utili-
sées par le projet Hovisse. Le fait de devoir
mémoriser plusieurs fois chaque donnée impose
une charge trop importante à la mémoire et la
conversion entre les formats de données ne
permet plus une animation fluide nécessaire
pour que l'utilisateur ne remarque pas les cal-
culs effectués en arrière plan. L'implémentation
de la nouvelle solution (adaptation de la biblio-
thèque Rapid à la structure des données utili-
sées par le projet Hovisse) est une tâche très
complexe et n'a pas pu être complétée pendant
la période couverte par le présent rapport.
Resultats
68 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Josef Goette 2/2 032 321 67 31
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Hardwarealgorithmen
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Analog-Digital Wandler, Sigma-Delta Modulator
Kurzdarstellung des Projektes
Analog-Digital (AD) Wandler sind die notwendi-
gen Schnittstellen zwischen analoger und digita-
ler Welt: analoge Signale wie sie zum Beispiel
von Sensoren für Temperatur, Licht und derglei-
chen herrühren, müssen in eine digitale Darstel-
lung gewandelt werden, um von digitalen Sys-
temen (Mikroprozessor, anwendungsspezifische
digitale Hardware) weiterverarbeitet werden zu
können. Klassische Sigma-Delta AD Wandler
führen die Wandlung in einem zweistufingen
Prozess durch: Ein Sigma-Delta Modulator stellt
das analoge Signal als hochfrequente Bitse-
quenz dar (die eigentliche Wandlung), und ein
nachgeschaltetes digitales Filter übersetzt diese
Bitsequenz (viele aber ungenaue Datenwerte) in
eine niederfrequente Sequenz von Abtastwerten
höherer Auflösung. In der Praxis werden solche
Sigma-Delta AD Wandler als integrierte Schal-
tungen realisiert, sei es als eigenständige AD
Wandler, sei es als Teil einer grösseren anwen-
dungsspezifischen Integration. Integrierte Schal-
tungen sind mit hohen Initialkosten verbunden
und rechnen sich nur für grosse Stückzahlen
(100'000 und mehr); gemischt analog/digitale
integrierte Schaltungen wie sie für Sigma-Delta
AD Wandler benötigt werden sind noch teurer.
Das Ziel einer ersten Phase unseres Projekts ist
es gewesen, einer Idee zur Sigma-Delta AD
Wandler Realisierung zum Durchbruch zu ver-
helfen, bei welcher der analoge Sigma-Delta
Modulator ohne aktive analoge Komponenten,
mit lediglich einem Widerstand und einer Kapa-
zität, realisiert werden kann; damit eine Integra-
tion der analogen Schaltungsteile überflüssig
wird; und damit nur noch das digitale Filter des
Sigma-Delta AD Wandlers „integriert“ werden
muss.
In der zweiten Projektphase haben wir unsere
ursprüngliche Idee optimiert: Zur Zeit forschen
wir, zusammen mit unserem Industriepartner, an
speziellen integrierten Sigma-Delta AD Wand-
lern.
Resultate
Es konnte eine neuartige Minimal-Architektur für
den Sigma-Delta Modulator zum Einsatz in
Sigma-Delta AD Wandlern erarbeitet werden.
Diese Minimal-Architektur ist die Basis für die
Realisierung von AD Wandlern mit nur einem
Widerstand und einer Kapazität als einzige
analoge Elemente. Weil keine aktiven analogen
Elemente nötig sind, lassen sich AD Wandler in
FPGA's oder in der Software von handelsübli-
chen Mikroprozessoren realisieren. Anwendung
findet die neuartige Technologie überall dort, wo
Sensor-Daten gewandelt werden müssen und
strenge Anforderungen an das
Preis/Leistungsverhältnis auch bei kleinen
Stückzahlen (1 bis 100'000) gefordert sind.
Die beschriebene Technologie hat eine struktur-
bedingte beschränkte Auflösung bei moderaten
Abtastfrequenzen. Eine in der Berichtsperiode
neu ersonnene zusätzliche Idee kann diese
Einschränkung stark abschwächen: Wir haben
zeigen können, dass die Injektion von Pseudo-
Rauschen (Dither-Techniken) in den Wandel-
Prozess die theoretische Limite der ursprüngli-
chen Architektur aufheben kann, ohne die
ursprüngliche Idee des „digital-only“ Wandlers
zu verraten.
Die neuartige Architektur des Sigma-Delta AD
Wandlers wurde an nationalen (Technology
Leadership Day 2004, October 2004, Biel-
Bienne) und internationalen (IEEE Symposium
on Integrated Circuit and System Design, Sep-
tember 2004, Brazil) Konferenzen präsentiert.
Erste realisierte Anwendungen wurden an der
internationalen Konferenz "IFIP VLSI-SOC, Perth
October 2005, Australia" unter dem Titel "A
Novel Photo-Sensor Interface Technology
Based on Sigma-Delta Conversion" präsentiert.
Resultate zur neuen Idee der Rausch-Injektion
wurden an der internationalen Konferenz DELTA
"3rd IEEE Workshop on Electronics Design, Test
& Applications, Januar 2006, Kuala Lumpur,
Malaysia" unter dem Titel "Using Dither to
Improve the Performance of Lossy Sigma-Delta
Modulators" vorgestellt (siehe Beilagen zur
vorhergehenden Berichtsperiode); wir haben
diese Ideen in einem Patent geschützt.
Durch die erworbene Kompetenz ist es uns im
ersten Teil des Berichtsjahres möglich gewor-
den, für den Industriepartner HMT einen Consul-
ting-Auftrag durchzuführen. Dieser Auftrag hat in
einen erfolgreichen KTI Projekt-Antrag gemün-
det: Im August 2007 haben wir das KTI Projekt
9110.1, "Modellierung von integrierten Sigma-
Delta Modulator Baublöcken" (Gesamtkosten
CHF 720'950.-), gestartet.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 69
Dr. Marcel Jacomet 032 321 67 31
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Hardwarealgorithmen
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Analog-Digital Wandler, Sigma-Delta Modulato-
ren
Kurzdarstellung des Projektes
Analog-Digital (AD) Wandler sind die notwendi-
gen Schnittstellen zwischen analoger und digita-
ler Welt: analoge Signale wie sie zum Beispiel
von Sensoren für Temperatur, Licht und derglei-
chen herrühren, müssen in eine digitale Darstel-
lung gewandelt werden, um von digitalen Sys-
temen (Mikroprozessor, anwendungsspezifische
digitale Hardware) weiterverarbeitet werden zu
können. Klassische Sigma-Delta AD Wandler
führen die Wandlung in einem zweistufingen
Prozess durch: Ein Sigma-Delta Modulator stellt
das analoge Signal als hochfrequente Bitse-
quenz dar (die eigentliche Wandlung), und ein
nachgeschaltetes digitales Filter übersetzt diese
Bitsequenz (viele aber ungenaue Datenwerte) in
eine niederfrequente Sequenz von Abtastwerten
höherer Auflösung. In der Praxis werden solche
Sigma-Delta AD Wandler als integrierte Schal-
tungen realisiert, sei es als eigenständige AD
Wandler, sei es als Teil einer grösseren anwen-
dungsspezifischen Integration. Integrierte Schal-
tungen sind mit hohen Initialkosten verbunden
und rechnen sich nur für grosse Stückzahlen
(100'000 und mehr); gemischt analog/digitale
integrierte Schaltungen wie sie für Sigma-Delta
AD Wandler benötigt werden sind noch teurer.
Das Ziel einer ersten Phase unseres Projekts ist
es gewesen, einer Idee zur Sigma-Delta AD
Wandler Realisierung zum Durchbruch zu ver-
helfen, bei welcher der analoge Sigma-Delta
Modulator ohne aktive analoge Komponenten,
mit lediglich einem Widerstand und einer Kapa-
zität, realisiert werden kann; damit eine Integra-
tion der analogen Schaltungsteile überflüssig
wird; und damit nur noch das digitale Filter des
Sigma-Delta AD Wandlers „integriert“ werden
muss.
In der zweiten Projektphase haben wir unsere
ursprüngliche Idee optimiert: Zur Zeit forschen
wir, zusammen mit unserem Industriepartner, an
speziellen integrierten Sigma-Delta AD Wand-
lern.
Resultate
Es konnte eine neuartige Minimal-Architektur für
den Sigma-Delta Modulator zum Einsatz in
Sigma-Delta AD Wandlern erarbeitet werden.
Diese Minimal-Architektur ist die Basis für die
Realisierung von AD Wandlern mit nur einem
Widerstand und einer Kapazität als einzige
analoge Elemente. Weil keine aktiven analogen
Elemente nötig sind, lassen sich AD Wandler in
FPGA's oder in der Software von handelsübli-
chen Mikroprozessoren realisieren. Anwendung
findet die neuartige Technologie überall dort, wo
Sensor-Daten gewandelt werden müssen und
strenge Anforderungen an das
Preis/Leistungsverhältnis auch bei kleinen
Stückzahlen (1 bis 100'000) gefordert sind.
Die beschriebene Technologie hat eine struktur-
bedingte beschränkte Auflösung bei moderaten
Ab-tastfrequenzen. Eine in der Berichtsperiode
neu ersonnene zusätzliche Idee kann diese
Einschränkung stark abschwächen: Wir haben
zeigen können, dass die Injektion von Pseudo-
Rauschen (Dither-Techniken) in den Wandel-
Prozess die theoretische Limite der ursprüngli-
chen Architektur aufheben kann, ohne die
ursprüngliche Idee des „digital-only“ Wandlers
zu verraten.
Die neuartige Architektur des Sigma-Delta AD
Wandlers wurde an nationalen (Technology
Leadership Day 2004, October 2004, Biel-
Bienne) und internationalen (IEEE Symposium
on Integrated Circuit and System Design, Sep-
tember 2004, Brazil) Konferenzen präsentiert.
Erste realisierte Anwendungen wurden an der
internationalen Konferenz "IFIP VLSI-SOC, Perth
October 2005, Australia" unter dem Titel "A
Novel Photo-Sensor Interface Technology
Based on Sigma-Delta Conversion" präsentiert.
Resultate zur neuen Idee der Rausch-Injektion
wurden an der internationalen Konferenz DELTA
"3rd IEEE Workshop on Electronics Design, Test
& Applications, Januar 2006, Kuala Lumpur,
Malaysia" unter dem Titel "Using Dither to
Improve the Performance of Lossy Sigma-Delta
Modulators" vorgestellt (siehe Beilagen zur
vorhergehenden Berichtsperiode); wir haben
diese Ideen in einem Patent geschützt.
Durch die erworbene Kompetenz ist es uns im
ersten Teil des Berichtsjahres möglich gewor-
den, für den Industriepartner HMT einen Consul-
ting-Auftrag durchzuführen. Dieser Auftrag hat in
einen erfolgreichen KTI Projekt-Antrag gemün-
det: Im August 2007 haben wir das KTI Projekt
9110.1, "Modellierung von integrierten Sigma-
Delta Modulator Baublöcken" (Gesamtkosten
CHF 720'950.-), gestartet.
70 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Urs Josi 031 332 85 77
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 309h
Schlüsselbegriffe
Virtual Reality, Augmented Reality, Osteosynthe-
sis
Kurzdarstellung des Projektes
The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual
Intra-operative Surgery Support Environment)
project is a medical Virtual Reality research
undertaking currently conducted in collaboration
with the University Hospitals of Zurich and Basel
and the Computer Science Department of the
University of Basel.
HOVISSE aims at developing a framework of
software applications to provide a seamless
digital support environment for Osteosynthesis
in trauma care. It will offer assistance starting
with the pre-operative planning phase and
continuing to the intra-operative surgery phase.
Through use of Virtual- and Augmented-Reality
technologies as well as Computer Haptics, the
project tries to improve the Osteosynthesis
workflow through a coherent stereoscopic 3D
immersive data environment. This Hasler Foun-
dation financed research projects started in
January 2006 and has a planned duration of
three years.
Resultate
Im auf drei Jahre ausgelegten Forschungspro-
jekt HOVISSE beschäftigte ich mich im Rahmen
meiner Forschungstätigkeit eingehend mit der
konzeptionellen Weiter- und Aufarbeitung der
Dichteverteilungsdaten aus CT-Bildern, die
massgebend sind für eine theoretische Berech-
nung die Steifigkeit eines Knochens.
Schwerpunkt der konzeptionellen Arbeiten im
Berichtsjahr bildete die datentechnische Abbil-
dung der Schnittstelle FEM->CAVE. Die sinnvol-
le Kopplung erfordert eine robuste, möglichst
einfache Schnittstelle, welche für die Datenrück-
führung der wesentlichen Simulationsergebnisse
genutzt werden kann. Hauptergebnis der For-
schungstätigkeit ist die Definition der Schnittstel-
le sowie deren FEM-seitige Implementierung
(Preprozessor)
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 71
Urs Künzler 032 321 63 43
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Virtual Reality, Augmented Reality, Osteosynthe-
sis
Kurzdarstellung des Projektes
The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual
Intra-operative Surgery Support Environment)
project is a medical Virtual Reality research
undertaking currently conducted in collaboration
with the University Hospital of Basel, the Com-
puter Science Department of the University of
Basel and the Fraunhofer IPA Institute in Stutt-
gart. HOVISSE aims at developing a framework
of software applications to provide a seamless
digital support environment for Osteosynthesis
in trauma care. It will offer assistance starting
with the pre-operative planning phase and
continuing to the intra-operative surgery phase.
Through use of Virtual- and Augmented-Reality
technologies as well as Computer Haptics, the
project tries to improve the Osteosynthesis
workflow through a coherent stereoscopic 3D
immersive data environment. This Hasler Foun-
dation financed research projects started in
January 2006 and has a planned duration of
three years.
Resultate
The work in the second year of the HOVISSE
research project concentrated on the engineer-
ing of work packages WP-A (osteosynthesis
pre-operative planning), WP-B (FEA modelling of
femur bone) and WP-C (workflow simulation and
optimization in the operation room).
For WP-A the focus was in the integration of
actual medical procedures for repositioning the
individual bone fragments. Therefore several 3D
models for medical implants and screws where
preprocessed and converted into the X3D
standard data format. Additionally a medical
scissor was modeled an integrated as a visual
effector for the haptics device. Furthermore the
development and implementation of the 3D
immersive user interface for multimodal visio-
haptic interaction started and will be continued
during the next project year.
Progress in WP-B was also significant since the
successful extraction and export from e-module
data from CT images could be demonstrated
and successfully used for a FEA numerical
simulation. The collaboration with the Computer
Science Department of the University of Basel
was established and the interface for data
exchange has been specified and will be imple-
mented during the remaining project period.
In WP-C the graphical workflow specification
elaborated in the previous project period, was
successfully transformed into a machine parsa-
ble XML format specification. A prototype of the
workflow simulation engine has been imple-
mented and effectively demonstrated at the
Hasler-Review meeting. The CAVE visualization
could also be demonstrated with a complete 3D
operation room model with PFN surgery needed
equipment and avatars. During the remaining
project period, the avatar animation will be in-
cluded and the integration with the optimization
engine will be implemented.
As HOVISSE is a three year research project,
the tasks conducted in the individual work
packages are still work in progress and there-
fore only preliminary results are available yet.
72 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Christoph Meier 032 321 64 07
Forschungsschwerpunkt(e) TAM / PT
Forschungsfeld(er) Medizintechnik / Laser und
Photonik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Interferometer, OCT Optical Coherence To-
mography
Kurzdarstellung des Projektes
Optical Coherence Tomography (OCT) oder Low
Coherence Interferometry (LCI) bezeichnen
optische Verfahren mit welchen Tiefenscans von
Gewebeteilen in situ und in Mikrometerauflösung
erstellt werden können.
Während der Projektperiode wurden ein miniatu-
risierter Messkopf und ein Spektrometer zur
Datenaus-wertung hergestellt und ausgetestet.
Im Weiteren konnte eine extrem breitbandige
Laserquelle angeschafft und in Betrieb genom-
men werden, diese ermöglicht nun den Aufbau
einer Messeinrichtung mit verbesserter Auflö-
sung. Eine Erweiterung des Messaufbaus zu
einer 2D Abbildung ist im Aufbau. 2D Abbildung
heisst in diesem Fall ein Tiefenscan über eine
Linie, also ein Schnitt durch das Gewebe. Eine
konkrete Anwendung dieser Methode ist die
Messung der Tiefe des Laserschnitts in der
Hornhaut bei Lasik Operationen. Testmessun-
gen an Schweineaugen wurden in Zusammen-
arbeit mit der Firma Ziemer Ophthalmic durch-
geführt.
Resultate
1. Aufbau und Inbetriebnahme einer Auswerte-
einheit bestehend aus einem Spektrometer
Eigenbau und Erarbeitung der zugehörigen
Software.
2. Design und Realisierung eines miniaturisier-
ten Interferometerkopfes. Einsatz des ganzen
Systems zur Tiefenmessung der durch einen
Femtosekundenlaser erzeugten Blasen in der
Hornhaut bei einer Lasik Operation. Diese
Messungen wurden bei der Firma Ziemer
Ophthalmic durchgeführt. Die Resultate sind
zufriedenstellend. Die erforderte Auflösung
der Tiefenmessung wurde erreicht.
3. Die Erweiterung des Messsystems auf eine
2D Abbildung ist in Bearbeitung.
4. Der Einsatz der OCT Technik im nicht medi-
zinischen Bereich konnte gezeigt werden. Es
wurde eine miniaturisierte Variante des Inter-
ferometers in ein handelsübliches Messmik-
roskop der Firma ISOMA eingebaut. Diese
wird z.B. in der Qualitätssicherung in der Uh-
renindustrie eingesetzt. Mit dieser Erweite-
rung ist es möglich neben der Distanzmes-
sung in der Ebene auch Tiefeninformation im
Mikrometerbereich zu erhalten. Im Gegen-
satz zu anderen Messverfahren ist unser
System jedoch nicht vom Öffnungswinkel
des Objektivs abhängig. Dadurch sind Tie-
fenmessungen auch in sehr kleinen aber tie-
fen Einstichen oder Löcher realisierbar.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 73
Yves Mussard 032 321 63 83
Forschungsschwerpunkt(e) TAM / PT
Forschungsfeld(er) Medizintechnik / Mechatro-
nik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Robot Ear Surgery ; Mechatronic Assistance
Head Surgery ; Mini Robot Surgery
Kurzdarstellung des Projektes
Severe hearing losses are a difficult problem for
rehabilitation. Specially when the stapes be-
comes pathologically immobile. Conventional
hearing aids often do not offer sufficient gain in
these situations. Therefore new implantable
hearing aid so called DACS has been developed
by the Head- and Neck clinik at Inselspital. The
surgical procedure includes two steps. First an
access to the middle ear cavity has to be estab-
lished by drilling a tunnel behind the external
auditory canal. This procedure has to guarantee
a precise tunnel to position the implant. Second
a bed for the implant electronic has to be milled
on the scull. Therefore, to assist the surgeon
during this operation a small sized robot has
been developed. This robot should drill the
tunnel and mill the cavity for the electronic part
of the hearing aid. For the control of the robot
following steps are required. First a CT scan of
the temporal bone of the patient is performed
and will deliver images of the relevant structures
of the ear. Then, the surgeon determines the
path of the tunnel and where the electronic
should be placed. During the operation the
robot will be guided with an optical navigation
system and will follow the trajectory defined by
the surgeon.
Resultate
State of the art project at the beginning
of the period (1st Oct. 2006)
As the project started in the previous period
(2005-2006), the state at the beginning of the
reported period was the following :
a first prototype was ever designed, fabri-
cated and assembled. This prototype had 4
degrees of freedom and was built to move in
a plane and to rotate around 2 axes to posi-
tion the driller.
a controller was designed and the different
elements where purchased
WORK DONE during the period 2006-
2007
5th degree of freedom
A linear axis integrated into the driller was devel-
oped to control the depth of the driller. With the
integration of this 5th axis, the robot is now
mechanically able to move in plan, to orient the
driller parallel to the tunnel and to move the drill
toward the middle ear.
Controller
For robot with complex cinematic (non Cartesian
robot) the controller has to be able to synchro-
nise all axes using non linear matrix transforma-
tions. Very few controllers from the market are
able to perform this task. For this reason a
controller based on a framework developed by
the CSEM was used for this application. It was
necessary to adapt it to the structure of the
prototype, to calculate the matrix transformation
and to write the necessary code to control the
robot.
FEM analysis
In order to determine the weaknesses of the
structure of the robot, a complete analyse with
FEM was done. This analysis will be used in the
next project phase when the second version of
the robot will be designed.
Link to the navigation system
To simulate a surgery operation, the robot has
to be controlled by a so called "navigation
system". Thank to this system, the surgeon can
see the CT images of the patient, and define the
points the robot has to drill through. (The MEM-
Center of University of Bern has developed the
system we use for this project). The communi-
cation between the navigation system and the
controller of the robot was going to be done
toward the end of the evaluated period.
74 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Andreas Stahel 032 321 62 58
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Medizintechnik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
FEM, mathematische Modellierung, Medizin-
technik
Kurzdarstellung des Projektes
Für eine klinische Studie an der Christian-
Doppler-Klinik Salzburg wurden in-vivo Messun-
gen an der Wirbelsäule mit einem Distraktor
durchgeführt, um Aussagen über die Steifigkeit
sowie über das biomechanische Verhalten der
Wirbelsäule zu erhalten.
Dazu wurde ein dorsaler Distraktor der Firma
Synthes so modifiziert, dass der Distraktor
zwischen zwei Processi Spinosi eingeführt
werden konnte und auf diese Weise die direkte
Distraktion zweier Wirbelkörper möglich gewor-
den ist. Mittels mechanischer FEM Simulationen
wurde vorgängig verifiziert, dass der Distraktor
während der Operation aufgrund der modifizier-
ten Spitze nicht brechen wird.
Resultate
Der bestehende Distraktor von Synthes wurde
analysiert auf mechanische Beanspruchungen
während einer Operation. Durch vereinfachende
Annahmen ein geeignetes mathematisches
Modell wurde ein Redesign der Distraktorspitze
vorgeschlagen und anschliessend mit Hilfe
sorgfältiger FEM Rechnungen verifiziert. Durch
die Modifikationen konnte eine bessere Signal-
qualität für die intelligenten Sensoren erreicht
werden.
Der modifizierte Distraktor wird für die klinische
Studie an der Christian-Doppler Klinik in Salz-
burg verwendet. Messungen der Steifigkeit der
Bandscheibe (zwischen Wirbel 4 und 5) vor einer
der Operation ergaben 500N/mm bei Kräften bis
zu 400 N. Nach dem bBearbeiten der Band-
scheibe wurde eine reduzierte Steifigkeit von 11
N/mm festgestellt, bei Kräften bis zu 230 N.
BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 75
Martin Züger 031 332 85 77
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 308h
Schlüsselbegriffe
Virtual Reality, Augmented Reality, Osteosynthe-
sis
Kurzdarstellung des Projektes
The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual
Intra-operative Surgery Support Environment)
project is a medical Virtual Reality research
undertaking currently conducted in collaboration
with the University Hospitals of Zurich and Basel
and the Computer Science Department of the
University of Basel.
HOVISSE aims at developing a framework of
software applications to provide a seamless
digital support environment for Osteosynthesis
in trauma care. It will offer assistance starting
with the preoperative planning phase and con-
tinuing to the intra-operative surgery phase.
Through use of Virtual- and Augmented-Reality
technologies as well as Computer Haptics, the
project tries to improve the Osteosynthesis
workflow through a coherent stereoscopic 3D
immersive data environment. This Hasler Foun-
dation financed research projects started in
January 2006 and has a planned duration of
three years.
Resultate
Im Rahmen des auf 3 Jahre angelegten HOVIS-
SE Projektes wird die nichtlineare strukturme-
chanische Simulation gebrochener Knochen in
Verbindung mit Implantaten entwickelt.
Im Rahmen meiner Forschungstätigkeit während
der Berichtsperiode habe ich mich eingehend
mit den Möglichkeiten der Werkstoff-
Modellierung von Knochen in 3D FEM Simulati-
onen auseinander gesetzt.
Schwerpunkt meiner Tätigkeit war die prototypi-
sche Umsetzung des im Vorjahr entwickelten
Konzeptes zur FE-Topologie unabhängigen
inhomogenen Modellierung der Werkstoffeigen-
schaften aus CT Daten. Im Berichtsjahr wurden
echte Femur-Datensätze in ein FE-Modell um-
gesetzt. Dabei waren verschiedene Schritte und
Testmodelle erforderlich: Da die Originaldaten-
sätze teilweise extrem gross sind (70 Mio Punk-
te), wurden Ausschnitte generiert bzw. die Daten
mit Scriptprogrammierung ausgedünnt, damit
die geforderte prototypische Umsetzung des
Modelles möglich wurde.
Folgende beiden Modelle liegen vor und bestäti-
gen die Machbarkeit des Konzeptes