Berner Fachhochschule
Technik und Informatik
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006
Berichte der Forschenden Dozierende der Berner FH Technik und Informatik
Forschungsbericht der BFH-TI Nr. 2 vom 01. November 2007
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. 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 2005/2006
Berichte der Forschenden Dozierende der Berner FH Technik und Informatik
Forschungsbericht der BFH-TI Nr. 2 vom 01. November 2007
Zusammenfassung
Dozenten an der Berner FH Technik und Informatik können einen Forschungsauftrag des Departements
über in der Regel 390 Stunden per annum erhalten. Über 60 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
Forschungsschwerpunkten der BFH-TI.
Schlüsselbegriffe
Forschungsberichte BFH-TI, Forschungsauftrag 2005/2006, Berner Fachhochschule, Technik und Informa-
tik
Biel, 01. November 2007
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
Forschungsschwerpunkt
Energie, Verkehr, Mobilität
Point fort de recherche
Energie, Transport, Mobilité
Daniel Debrunner 2
Hansueli Feldmann 3
Dr. Kurt Marcel Graf 4
Dr. Heinrich Häberlin 5
Michael Höckel 6
Markus Moser 7
Dr. Hansjürg Rohrer 8
Jean-François Urwyler 9
Dr. Andrea Vezzini 10
Forschungsschwerpunkt
Mobile Informationsgesellschaft
Point fort de recherche
Société mobile de l‘information
Bernhard Anrig 12
Dr. Emmanuel Benoist 13
Dr. Olivier Biberstein 14
Claude Brielmann 15
Roland Brun 16
Walter Businger 17
Fritz Dellsperger 18
Eric Dubuis 19
Albert Fässler 20
Rolf Gasenzer 21
David-Olivier Jaquet-Chiffelle 22
Rolf Jufer 23
Hansjörg Keller 24
Marcel Pfahrer 25
Peter Raemy 26
Michael Röthlin 27
Urs Sauter 28
Arno Schmidhauser 29
Ngoc-An Tran 30
II BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Forschungsschwerpunkt
Produktionstechnik
Point fort de recherche
Technique de production
Marcel Baak 32
Daniel Bättig 33
Fritz Bircher 34
Max Felser 35
Hans Köppel 36
Alexander Leu 37
Christoph Meier 38
Beat Neuenschwander 39
Peter Walther 40
Roger Weber 41
Dr. Erich Wyler 42
Forschungsschwerpunkt
Technologie am Menschen
Point fort de recherche
Technologie appliquée à l’être humain
Beatrice Amrhein 44
Werner Bäni 45
Dr. Jürgen Burger 46
Roger Cattin 47
Jürgen Eckerle 48
Stephan Fischli 49
Claude Fuhrer 50
Dr. Josef Goette 51
Dr. Marcel Jacomet 52
Urs Josi 53
Urs Künzler 54
Yves Mussard 55
Heinrich Schwarzenbach 56
Andreas Stahel 57
Martin Züger 58
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 1
Forschungsschwerpunkt
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]
Point fort de recherche
Energie, Transport, Mobilité
Il incombe à notre société de trouver des soluti-
ons 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
spécialisations 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 tensi-
on.
Contact: [email protected]
2 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Daniel Debrunner 032 321 63 67
Forschungsschwerpunkt(e) TAM / EVM
Forschungsfeld(er) Fahrzeugbau/Medizintechnik
Forschungsauftrag 368h
Schlüsselbegriffe
Joysteer, Gaitanalysis, embedded networking
Kurzdarstellung des Projektes
EVM-Fahrzeugbau
Joysteer ist ein Lenksystem in Drive-by-Wire
Lösung für Behinderte. Es wird durch Behinder-
tenverbände und die KTI (Projektleiter Bernhard
Gerster) gefördert. Das System wird in Serien-
fahrzeuge eingebaut und mit Einzelzulassung in
Verkehr gesetzt. An joysteer entwickelt ein
Teamarbeit von 8 Ingenieuren der BFH-TI.
TAM-Medizintechnik
Das Projekt Gaitanalysis ermöglicht die Diagno-
se und Therapie von sturzgefährdeten Personen
in der Rehabilitation oder bei sich abzeichnen-
den, spezifischen Krankheiten wie Parkinson.
Die Ganganalyse ist Teamarbeit von 4 beteilig-
ten Ingenieuren der BFH-TI. Es wird finanziert
mit einem KTI Projekt (Leiter Jürgen Burger) und
einem BFH Projekt.
Ich war ursprünglich als Mitglied des HOVISSE-
Projekts eingeplant:
Resultate
Joysteer
Der A-Prototyp des Fahrzeuges wurde in Be-
trieb genommen. Erfolgreiche Fahrversuche mit
einem Testfahrer (Jack Sigrist) sowie behinder-
ten Lenkern wurden durchgeführt. An verschie-
denen einschlägigen Anlässen wurde das Sys-
tem vorgeführt. Die Homologationsvorbereitun-
gen liefen parallel zur Entwicklung. Joysteer
erfüllt die Grundfunktionalitäten der Spezifikati-
on.
Gait-Analysis
Es wurde ein multi-modales Feedback-Device
entwickelt, in mehreren Schritten verfeinert und
zum Patent angemeldet. Eine erste klinische
Studie brachte gute Resultate. In Folgeschritten
wird die Integration mit dem Sensorsystem
(SwayStar) vollzogen und die Produktionsreife
angestrebt werden.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 3
Hansueli Feldmann
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er)
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Kurzdarstellung des Projektes
Stabilitätsuntersuchungen an Zahnradbahnen:
Die Berechnung der Stabilität von Zahnradbah-
nen wurden früher durch SLM den Hersteller der
Fahrzeuge durchgeführt. Wir haben nun das
anerkannte Verfahren von Borgeaud und Prib-
now auf ein Mathcad File umgeschrieben und
ergänzt um die sehr aufwendige Rechnung mit
allen Einflüssen leichter durchführen zu können.
Es ist nun möglich die Berechnung auch Her-
steller – Unabhängig durchzuführen und mit
weniger Aufwand Varianten zu rechnen. Die
Stabilitätsrechnung basiert auf dem quasistati-
schen Kräftegleichgewicht und es werden die
Reaktionen auf die Radsätze berechnet. Kritisch
ist es wenn die Entlastung der Radsätze zu
gross wird was faktisch zu einem Abheben mit
der Gefahr der Entgleisung führen würde
Resultate
Die Berechnung wurde laufend verbessert und
weitere Fahrzeuge wurden durchgerechnet. Mit
der Untersuchung der Stellung des Drehgestel-
les infolge der Reibverhältnisse im Geleise und
der Feststellung Spiessgang Freilauf oder Seh-
nenstellung können auch die Kurvenfahrten
untersucht werden. Diese Rechnung war vorher
nur durch Handeingriff und Korrektur durchführ-
bar und kann jetzt weitgehend automatisch
vollzogen werden. Damit ist das Ziel dieser
Rechnung erreicht.
Eine Verbesserung der Rechnung wäre heute
durch Simulationssoftware der Eisenbahnindust-
rie möglich. Die Rechnung müsste dann dyna-
misch durchgeführt werden. Dazu fanden
Gespräche mit der Firma Stadler statt um das
Projekt fortzusetzen. Das Projekt konnte leider
nicht auf die Dynamik erweitert werden, da die
Firma Stadler durch die Laufenden Aufträge
keinerlei Kapazität für eine Weiterführung des
Projektes mehr hat.
4 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Kurt Marcel Graf 034 426 42 88
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Energie aus Biomasse und
Innovative Trennverfahren
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 landwirtschaftlichen Betrieben oder kleine-
ren Kläranlagen nicht für Treibstoffzwecke
genutzt werden. Ziel ist es eine einfache kosten-
günstige Aufbereitungsanlage zu entwickeln.
Die eigentliche Innovation liegt in der Zusam-
menführung der Biogasaufbereitung und der
Gasverdichtung im selben Anlagenmodul.
Danach steht aufbereitetes Biogas für die Fahr-
zeugbetankung zur Verfügung.
Diese Kombination von Aufbereitung und Ver-
dichtung birgt grosses Potential zur Kostenre-
duktion im Vergleich zur üblichen Trennung der
beiden Verfahrensschritte in industriellen Gross-
anlagen. Damit können kleinere Anlagen (in
Bauernhöfen, Kläranlagen, etc.) ökonomisch
sinnvoll betrieben werden. In Serie produzierte,
standardisierte Kleinanlagen können kosten-
günstig hergestellt werden. Diese Vorteile und
die Synergien mit Erdgastankstellen gilt es zu
nutzen.
Resultate
In einer Vorstudie „Biogasaufbereitung‚ wurden
verschiedene Möglichkeiten zur Trennung von
CO2 und Methan untersucht. Als viel verspre-
chende Verfahren werden von uns die Entspan-
nungsdestillation und das Membrantrennverfah-
ren weiterentwickelt. Gesucht wird ein Anlagen-
konzept, das für die Aufbereitung von kleineren
Biogasquellen, wirtschaftlich eingesetzt werden
kann. Das gereinigte Biogas wird für den
Gebrauch als Fahrzeugtreibstoff in Tankstellen
aufbereitet und bei 200 bar gelagert. Das Gas
wird also, unabhängig vom Aufbereitungsverfah-
ren, auf diesen Enddruck verdichtet. Für diese
Verdichtung wird ein 4- Stufiger Kolbenverdich-
ter verwendet, der von der Firma Apex zur
Verfügung gestellt wird.
In der ersten Projektphase wurde der theoreti-
sche Nachweis für die Funktionsfähigkeit der
Entspannungsdestillation erbracht. Dazu wurden
die neusten Simulationstechniken für die Stoff-
datenbestimmung und Berechnung der Wärme-
und Stofftransportprozesse eingesetzt. Der
Energiebedarf für die Aufbereitung beträgt ca. 4-
5 % vom mechanisch nutzbaren Energieinhalt
des Gases. Im laufenden vom BFE geförderten
Folgeprojekt wird eine Pilotanlage erstellt und
getestet.
Für das Membrantrennverfahren war es uns in
der Berichtsperiode noch nicht möglich eine
geeignete Membrane zu beschaffen. Für Früh-
jahr 2007 wurde uns, von einem deutschen
Forschungsinstitut, eine neue selektivere Memb-
ran mit genügend grossem Fluss in Aussicht
gestellt. Wir werden also auch dieses Verfahren
weiter vorantreiben. Bei einem Erfolg könnte der
Energiebedarf für die Reinigung halbiert und das
Anlagenkonzept wesentlich vereinfacht werden.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 5
Dr. Heinrich Häberlin 034 426 68 53
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Dezentrale und mobile
Energiesysteme
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Photovoltaik, Wechselrichtertests, PV-Anlagen,
Blitzschutz, Solargenerator-Simulatoren
Kurzdarstellung des Projektes
Das PV-Labor der BFH hat sich eine internatio-
nal anerkannte Kompetenz auf dem Gebiet der
PV-Systemtechnik erarbeitet. Da im Rahmen der
neuen Energiegesetz-gebung ab 2007/2008
vermutlich auch in der Schweiz eine landesweite
PV-Förderung vorgesehen ist, wird es wertvolle
Beiträge zur Sicherung der Qualität und der
technischen Weiterentwicklung solcher Anlagen
leisten können.
Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurden
insbesondere Tätigkeiten im Umfeld dieser
Forschungsprojekte durchgeführt, die nicht
direkt diesen Projekten belastet werden können
(allgemeine Arbeiten auf dem Gebiet PV, wie
Projektakquisition, Publikationen, Tätigkeiten in
Normenkommissionen).
Resultate
Im Rahmen des erwähnten Projektes wurden
die allgemeinen Arbeiten auf dem Gebiet PV-
Systemtechnik im Umfeld des BFE-
Rahmenprojektes „Photovoltaik-Systemtechnik
2003-2006‚ im Auftrag des BFE, der Gesell-
schaft Mont Soleil, der Localnet AG und der
Elektra Baselland durchgeführt, die nicht direkt
diesem Projekt belastet werden konnten. Im
Laufe von 2005 wurde im Rahmen eines BFH-
Projektes die PV-Anlage von 855 kW auf dem
Dach des Stade des Suisse ins Langzeit-
Messprogramm im Rahmen des oben genann-
ten Projektes integriert. Messdaten dieser
Anlage und weiterer Anlagen sind unter
www.pvtest.ch verfügbar.
In der Berichtsperiode wurden die halbautomati-
schen Tests von Solarwechselrichtern im PV-
Labor weitergeführt und neue Geräte mit noch
höherer Messgenauigkeit in die Mess-
Infrastruktur und -Software integriert. Es wurde
auch versucht, neben den Messungen der
statischen MPP-Trackings auch das dynami-
sche MPPT-Tracking-Verhalten von Wechsel-
richtern durch die Grösse „dynamischer MPP-
Tracking-Wirkungsgrad‚ besser zu charakteri-
sieren.
Dank der publizistischen Tätigkeit und der guten
Infrastruktur stieg in der Berichtsperiode auch
die Nachfrage nach bezahlten Tests für Firmen
in Deutschland beträchtlich. Es wurde auch ein
Antrag für ein BFH-Projekt eingereicht und
bewilligt, der den Bau eines neuen Solargenera-
tor-Simulators von 60 kW vorsieht.
Im August 2006 wurde bekannt, dass in den
letzten Jahren an vielen PV-Anlagen in Deutsch-
land durch Lichtbögen auf der Gleichstromseite
verursachte Schwelbrände aufgetreten sind. Am
PV-Labor wurde bereits in den 1990er Jahren
ein Lichtbogendetektor entwickelt. Damals war
das Interesse der Industrie damals jedoch nicht
vorhanden. Deshalb wurde das Projekt auf Eis
gelegt und ein damals eingereichter Patentan-
trag nicht mehr weiter verfolgt. Da diese Prob-
lematik wieder aktuell geworden ist, wurden
einige noch vorhandene Lichtbogendetektoren
reaktiviert, mit einigen neuen Ideen verbessert
und für diese neuen Ideen ein neuer Patentan-
trag eingereicht. Inzwischen hat sich auch die
EMV-Situation bei Wechselrichtern stark verbes-
sert, so dass ein solcher Lichtbogendetektor
nun zu relativ geringen Kosten als zusätzliches
Sicherheitselement in einen PV-Wechselrichter
eingebaut werden könnte. Es ist geplant, im
nächsten Jahr durch Konferenzbeiträge und
Publikationen auf diesen Lösungsansatz auf-
merksam zu machen.
Im November 2005 bereiste eine 6-köpfige
Delegation aus China Forschungseinrichtungen
auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien in
Europa und besuchte dabei auch das Photovol-
taiklabor der BFH. Am 29.9.2006 fand dort
zudem eine Tagung der VDE-
Normensubkommission PV-Wechselrichter statt.
6 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Michael Höckel 032 321 64 16
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Dezentrale Energiesysteme
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, Elektrizitätsversorgung, Netz-
analysen
Kurzdarstellung des Projektes
Im Forschungsgebiet Brennstoffzelle wurden im
Berichtsjahr 2005/06 folgende Projekte initiiert,
weiterverfolgt bzw abgeschlossen werden:
I15FCS: Entwicklung eines hybriden Antrieb-
stranges mit einer 6 kW–PEM-Brennstoffzelle
und Lithium-Polymerbatterien und Integration
des Systems in das Leichtelektromobil SAM.
IHPoS: Entwicklung eines luftgekühlten fort-
schrittlichen PEM-Brennstoffzellenstapels im
Leistungsbereich bis 500W, welcher aus kos-
tengünstigen Materialen und mit einfachen
Prozessen hergestellt werden kann.
PemPac: Tragbare Stromversorgung von
Elektrowerkzeugen mit einem IHPoS-System
und SuperCaps
PemScoot: Einbau eines Brennstoffzellensys-
tem in einen Scoot’elec der Firma Peugeot
Im Forschungsbereich Elektriziätsnetze wurden
weitere Forschungsprojekte durchgeführt:
Dynasim II: Erstellung eines Dynamikmodells
des schweizerischen Hochspannungsnetzes
sowie der wesentlichen Kraftwerke.
EFEN: Entwicklung neuer Netzkonzepte für
das elektrische Verteilnetz zur Verringerung
der Energieverluste und zur Erhöhung der Ver-
fügbarkeit.
VN-Speicher: Ermittlung von Auslegungs-
grundlagen für gesteuerte Speicher im Verteil-
netz.
Energiemanager.ch: Aufbau eines Ausbil-
dungsprogrammes zum Energiemanager in
Zusammenarbeit mit der Uni St.Gallen,
Swisspower und Trianel.
Resultate
Im Oktober‘05 wurde das KTI-Projekt IHPoS mit
einem Gesamtvolumen von über 1 Mio.Fr.
gestartet, in welchem in Zusammenarbeit mit
dem Paul Scherer Institut (PSI) der luftgekühlte
low-cost Brennstoffzellen-Stack der HTI mit dem
Ziel der Kommerzialisierung durch den Indust-
riepartner CEKA weiterentwickelt wird.
Die Ziele in den diversen Projekten wurden
weitgehend erreicht. Der Zeitplan beim Projekt
FC-SAM und IHPoS musste aus Kapazitätseng-
pässe und aus Lieferproblemen der Partner
gestreckt werden. Der Abschluss der Projekte
wird sich um ¼ bis ½ Jahr verzögern.
Die Ergebnisse der Projekte fliessen in die
Vertiefungsmodule „neue Energietechnologien‚
und „Elektrizitätsversorgung‚ ein.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 7
Markus Moser 032 332 64 21
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er)
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
Leittechnik für Neubauten und Refit von
Triebfahrzeugen:
Leittechnikprojekt MOB, Pendelzüge Serie 5000
ist mit der Inbetriebnahme der Doppeltraktion
abgeschlossen worden.
Das Projekt FB, Triebwagen B8/8 ist bis auf
Optimierungen im Betrieb abgeschlossen.
Einsatz von Funkfernsteuerungen für Loks
im Rangier- und Streckenbetrieb:
Das Projekt OC, Rangierlok E2/2 wurde erfolg-
reich abgeschlossen.
Fahrzeugleittechnik mit der Erweiterung in
die Umrichtertechnik:
Das Projekt TN Tram ist abgeschlossen und
steht vor der Abnahme durch das Bundesamt
für Verkehr.
Know how in der Umrichtertechnik wurde über
Literaturstudien erweitert.
Ein Fachvortrag im Rahmen der ACN wurde
abgehalten.
8 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Hansjürg Rohrer 032 321 6373
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Fahrzeugtechnik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Eisenbahnsimulation, Triebfahrzeug, Zuglauf-
rechnung
Kurzdarstellung des Projektes
Die Eisenbahntechnik hat in den letzten Jahren
an unserer Schule einen festen Platz erhalten.
Dazu gehören schwergewichtig auch Simulatio-
nen von Triebfahrzeugen (Lokomotiven, Trieb-
wagen). Die Simulationen dienen
technischen Berechnungen im Zusammen-
hang mit Steuerungsumbauten, Störfällen und
Neudimensionierungen,
Ausbildungszwecken (Bedienung eines Fahr-
zeuges, Störfallbehebung, Nachbildung von
betrieblichen Spezialfällen).
Die vorhandene Simulationssoftware wird wei-
terentwickelt und durch Messfahrten verifiziert.
Die Hardware wird weiter ausgebaut, um das
Fahrgefühl zu verbessern und Störfälle nachbil-
den zu können.
Die hervorstechenden Ergebnisse der Berichts-
periode sind neue Unterlagen für Zuglaufrech-
nungen (zusammen mit SBB und Stadler Rail)
sowie die Bestellung eines Ausbildungssimula-
tors durch Railplus AG (Verband der schweizeri-
schen Schmalspurbahnen wie RhB, RBS, ASm
usw.)
Resultate
Bestellung eines Ausbildungssimulators durch
Railplus (Verband der schweizerischen Schmal-
spurbahnen) und Beginn von dessen Entwick-
lung (Inbetriebnahme im Jan.2007).
Aufbau eines Bewegungssystems für den
Führerstandsimulator im Labor in Biel
Einführung von Videofilmen als Alternative zu
gerechneten 3D-Bildern mit ersten Umsetzun-
gen in einer Diplomarbeit Ende 2006 für Che-
mins de fer du Jura. Bestellung von solcharti-
gen Streckennachbildungen der Strecke Turin-
Chambéry für die EURREG-finanzierten Muse-
en in Bussoleno (I) und Chambéry (F).
Einführung von Fahrzeuggeräuschen im
Führerstandsimulator.
Voruntersuchungen zur Entwicklung folgender
Projekte, für welche wir 2007 Bestellung rech-
nen:
- Retrofit Verkehrshaus Luzern (3 Simulato-
ren)
- zweiter Ausstellungssimulator in Bussole-
no (Niederflurzug Minuetto von FS Trenita-
lia)
- Ausstellungssimulator für Eisenbahnmu-
seum Chambéry (F) [Bestellung erfolgt,
2.07]
- Nachbildung der Gotthardsüdrampe für
125-Jahr-Jubiläum
Eichung des Zuglaufprogrammes aus Mess-
fahrtenbeantragt.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 9
Jean-François Urwyler 032 3216652
Point fort(s) de recherche EVM
Champ(s) de recherche Transmission
Mandat de recherche 390h
Mot clés
Robotisation boîte de vitesses, banc de test
boîte de vitesses, transmission hybride
Description bref du projet
L’objectif du travail est de construire et mettre
au point un banc de test de boîte de vitesses de
véhicule. Ce banc de test est formé de quatre
moteurs électriques qui sont réglé de manière
individuelle ou par groupe de eux. Les moteurs
sont capables de travailler également en mode
frein. L’énergie récupérée en mode frein est
remise au réseau électrique qui alimente le
système.
Ce système permet de tester des solutions de
robotisation de boîte de vitesses existante.
Rappelons que la robotisation de boîte à vites-
ses mécaniques est une des solutions qui
permet de réduire la consommation des véhicu-
les et d’améliorer le confort des usagers.
Ce banc de test doit également offrir la possibili-
té de vérifier des concepts et des performances
de système de transmission hybride de petite
puissance.
Actuellement ce système est disponible, à été
étalonné et fonctionne. Des travaux de diplôme
sur le thème de la robotisation de boîte de
vitesses ont été réalisés.
Resultats
La mise à disposition de l’installation est termi-
née. Les étudiants ont tous le nécessaire à
disposition pour être en mesure de prendre en
main cette dernière.
Les travaux d’étalonnage ont mis en évidence la
précision et la résolution de la commande de
l’installation. Les courbes d’étalonnage permet-
tent la conversion entre valeurs de consigne et
valeurs réelles.
Un travail de diplôme a été mené avec cette
installation. Un système de mesure et de com-
paraison des vitesses des arbres primaire et
secondaire a pu être testé et mis au point sur
une boîte de vitesses de voiture. La validation de
l’appareil développé a pu être faite sur toute la
plage de vitesse de rotation.
Un concept de base relatif à la méthode de
fixation des entités à mesurer est disponible.
Une méthode de réalisation et d’adaptation à
moindre coût des fixateurs est établie et à été
utilisée.
La sécurité des utilisateurs et des spectateurs
était un souci. La disposition du banc d’essais
ainsi que mise en place de protections assurent
une sécurité active. Une procédure de formation
des utilisateurs par un assistent expérimenté
assure la sécurité passive.
L’installation en fonction a été présentée au
public à l’occasion de l’exposition des travaux
de diplôme début 2006.
Un travail de diplôme sur le sujet de la robotisa-
tion d’une boîte de vitesses de moto est mis en
route pour la période des travaux de diplôme fin
2006.
10 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Andrea Vezzini 032 321 63 72
Forschungsschwerpunkt(e) EVM
Forschungsfeld(er) Dezentrale und Mobile
Energiesysteme
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Batteriemanagement, Lithium-Ionen Batterien,
Elektrofahrzeuge
Kurzdarstellung des Projektes
Der ursprüngliche Antrag hatte den Aufbau
eines Kompetenzbereiches Automobilelektronik
im Visier. Diese Tätigkeit hat sich aufgrund
verschiedener Veränderungen verschoben:
Einerseits sind auf ihren eigenen Wunsch die
Herren Fuchs und Blatter, beides eigentliche
Leistungsträger des Bereichs Antriebstechnik für
Leichtbaufahrzeuge, aus dem Dienst an der
BFH ausgeschieden. Der zwischenzeitlich
ebenfalls zum Team gehörende Kurt Wenger
verliess auf Ende 2005 ebenfalls das Team, so
dass trotz eines markanten Umsatzes von über
200kFr im Jahre 2005 nun nichts mehr von
dieser Kompetenzgruppe an der HTI existiert.
Dafür gewannen die Tätigkeiten rund um das
Batteriemanagement von Li-Ionen Batterien
zunehmend an Bedeutung. Zusammen mit den
wissenschaftlichen Mitarbeitern Stefan Brönni-
mann und René Vollenwieder hat man beachtli-
che Resultate erzielt. Namhafte Kooperationen
und Kunden im In- und Ausland konnten ge-
wonnen werden. Insbesondere entstand An-
fangs eine Kollaboration mit Leclanché, welche
bis heute noch bestens funktioniert.
Ende 2006 sollte dieses Projekt auslaufen und
durch ein neues Projekt ersetzt werden, welches
zum Ziel hat eine Kompetenzgruppe im Bereich
Berechnung und Konstruktion Elektrischer
Maschinen aufzubauen. Dabei wird die Zusam-
menarbeit mit anderen Dozenten im Vorder-
grund stehen, um langfristig den Kompetenz-
aufbau zu gewährleisten
Resultate
Auf der Wissenschaftlichen Seite konnten fol-
gende Punkte verbessert werden:
Erhöhte Genauigkeit des Energiemanage-
ments durch Einführung eines adaptiven Mo-
dels
Verbesserung der Messgenauigkeit durch
Offsetabgleich
Erhöhen der Gesamtspannung des Systems
durch galvanische Abkopplung der Einzelzel-
len
Verminderung des Energieverbrauchs auf
wenige Mikroampere durch Stromsparmass-
nahmen
Implementierung eines CiA - konformen CAN-
Open Protokolls
Auf der kommerziellen/Projektplanerischen Seite
konnte folgendes erreicht werden:
Patent am Europäischen Patentamt: Nr
06405038.8- Device for improving the charg-
ing or discharging process of a battery. / In-
ventor: A. Vezzini; St. Brönnimann
Spin-off Firma nutech gmbh zur Kommerziali-
sierung des BMS gegründet
Partner zur Kommerzialisierung, Vertrag
abgeschlossen.
Verkauf von 10 Prototypen an Leclanché SA,
tägliches Einsatz in den Zügen der SBB
Beta-Testphase mit Impact Automotive Tech-
nologies in Warsaw, Poland vereinbart.
Beta-Testphase Hybrid Technologies in
Mooresville, USA vereinbart.
Teilnahme im Namen des BFE an 2
Workshops der Internationalen Energieagen-
tuer (IEA) zum Thema Sicherheit bei Lithium-
Ionen Batterien
Auftragsreisen nach China, Besuch bei ver-
schiedenen Batterieherstellern
Teilnahme im Auftrag des CCEM
(PSI/ETH/FHNW) am Workshop „Roadmap for
automotive power electronics‚ des ECPE (Eu-
ropean Center for Power Electronics)
Workshop im Auftrag der SBB zum Thema
Wartungsfreie Bleibatterien in SBB Zügen ge-
plant für Mai/Juni
10 Komplette Batteriesysteme im Einsatz in
Elektrofahrzeugen in Polen
Lizenzvereinbarung mit Power4You in Vorbe-
reitung als logische Konsequenz des Partner-
vertrags aus dem Jahre 2006
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 11
Forschungsschwerpunkt
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]
Point fort de recherche
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 numéri-
ques en continu, tant pour un usage profession-
nel que privé. Dans le cadre de la spécialisation
« ICT-based Management », nous nous consac-
rons à l’assistance informatique (mobile) sans
cesse croissante dans la chaîne d’approvision-
nement. Cette dernière génère un potentiel de
gain de productivité dans les entreprises et les
institutions, à exploiter en informatisant la gesti-
on d’entreprise. La troisième spécialisation «
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]
12 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Bernhard Anrig 032 32 16 334
Domaine principal de recherche MIG
Champ de recherche Identity, Security and
Privacy
Forschungsauftrag 312h
Schlüsselbegriffe
Projet européen, identité virtuelle, profiling,
anonymat
Kurzdarstellung des Projektes
Die Forschungsarbeit von VIP konzentrierte sich
im vergangenen Jahre vor allem auf
die Mitarbeit in FIDIS (Future of Identity in the
Information Society), einem NoE (Network of
Excellence) unterstützt durch die EU im 6th
Framework Programme for Research and
Technological Development
weitere Kontakte mit anderen EU-Projekten
und Initiativen
Vorbereitung von FP7 (EU 7. Framework
Program)
die Zusammenarbeit mit dem MEM Research
Center der Universität Bern und dem Fachbe-
reich Mikro- und Medizinaltechnik im Projekt
MEMdoc. MEMdoc ist eine internationale
Plattform für klinische Dokumentation.
weitergehende Forschung im Themenbereich
von „Virtual Identities‚
Resultate
Die folgenden konkreten Resultate wurden
erarbeitet:
B. Anrig, E. Benoist, D.-O. Jaquet-Chiffelle:
Mitarbeit an verschiedenen FIDIS-Deliverables,
die z.T. noch unveröffentlicht sind, insbeson-
dere dem Buch „Profiling the European Citi-
zen‚ (Springer-Verlag, Veröffentlichung geplant
2007). Siehe www.fidis.net
B. Anrig partizipierte an der Security-Zone'05
(Messe zum Thema Informationssicherheit) in
Zürich, in Zusammenarbeit mit dem Kompe-
tenz-Schwerpunkt „Security & Privacy‚ des
ICTnet.
D.-O. Jaquet-Chiffelle, E. Benoist, B. Anrig:
Präsentation der Gruppe VIP und der For-
schungsarbeitenen zum Thema „Virtual Identi-
ties‚ am Seminar of the Computer Science
Departement an der HTI
Unter der Leitung von B. Anrig wurden zwei
Diplomarbeiten am Post-Grad-Lehrgang des
Departements für Informatik der Universität
Freiburg i.Ü. fertiggestellt unter den Titeln
„Electronic Government Schweiz – von der off-
line zur online Verwaltung‚ und „Une analyse
des effets sociopolitiques de l'E-Government
en Suisse dans le contexte actuel‚
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 13
Dr. Emmanuel Benoist 032 321 63 22
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy
/ Techniques Médicales
Forschungsauftrag 389h
Mot clés
Projet européen, identité virtuelle, profiling,
anonymaisation
Description bref du projet
Ma recherche s'est concentrée autour des
thèmes suivants:
Travail dans le projet FIDIS (Future of Identity
in the Information Society) un NoE (Network of
the Excellence) financé par l'Union Européen-
ne dans le cadre du 6ième programme cadre
pour la recherche et le dévelopement techno-
logique.
Préparation du Programme Cadre 7 de l'Union
Européenne.
Travail avec le Centre de Recherche MEM
(MEM-Center/IEFO) de l'Université de Berne et
avec la section de Microtechnique et techni-
ques médicales dans le projet MEM-Doc.
MEM-Doc est une platteforme pour la collec-
tion sur internet de données médicales (princi-
palement orthopédiques) à but scientifique.
Nous devons fournir aux médecins un service
pratique, efficace rapide, assurant tout à la fois
la sécurité et la confidentialité des données
médicales. Ce but nécessitant une anonymisa-
tion des données saisies sur le web, qui soit
transparente pour le médecin.
Resultats
Nos travaux de recherche ont produit les résul-
tats suivants:
B. Anrig, E. Benoist, D.-O. Jaquet-Chiffelle:
- Travail sur différents deliverables Fidis, en
particulier:
- Participation à l'écriture du livre „Profiling
the European Citizen‚ (publication prévue
en 2007 chez Springer-Verlag)
- Edition de la brochure: Identity in a Net-
worked World – Use Cases and Scenarios
- Traduction en Français de la „Declaration
de Budapest‚ sur les documents d'identi-
té à lecture automatique. Cette déclara-
tion a eu un retentissement très grand au
niveau européen.
D.-O. Jaquet-Chiffelle, E. Benoist, B. Anrig:
Présentation du groupe VIP et des travaux de
recherche en cours sur le thème de l'Identité
Virtuelle au Seminar of the Computer Science
Departement à la BFH-TI.
E. Benoist, J.Burger: Encadrement de 4
assistants (2 HTI+ 2 Université) et developpe-
ment du projet Memdoc. Memdoc est un pro-
jet de collection de données médicales pour
des études scientifiques portant principale-
ment sur des données orthopédiques.
- Maintenance et résolution de Bugs sur le
serveur
- Développement d'un système d'acquisi-
tion de données provenant du système de
gestion des stocks des hopitaux.
- Développement d'une stratégie en vue
d'une anonymisation des données des
patients,
- Amélioration drastique de la qualité de
service (temps d'attente pour la validation
d'un formulaire passant de 5 minutes à
quelques secondes).
- Mise en place d'une politique de sécurité
de niveau professionnel.
14 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Olivier Biberstein 032 32 16 324
Domaine principal de recherche MIG
Champ de recherche Ubiquitous and Pervasive
Computing
Pensum de recherche 390h
Mots clés
Description bref du projet
La recherche proposée à deux objectifs. L'od-
jectif principal consiste à acquérir une solide
expertise dans l'Ubiquitous computing, en
particulier l'utilisation de la technologie "Radio
Frequency IDentification" (RFID). Cette acquisi-
tion de connaissances se fera de différentes
manières:
1. Lectures d'articles et d'ouvrages spécialisés
2. Participations à des conférences et workshops
dans la mesure du possible
3. Contacts avec différents départements de
notre institution concernés par l'Ubiquitous
computing, en particulier les chercheurs du
département d'informatique travaillant dans le
domaine du mobile computing et du départe-
ment d'électricité.
L'objectif secondaire de ce travail concerne
l'utilisation des Web-services dans le applica-
tions ubiquitous. Les Web-services semblent
être une réponse adéquate au besoin croissant
de ressources informatiques ainsi qu'aux as-
pects adaptatifs de ce type d'applications.
Resultats De nombreux articles et surtout des revues
spécialisées ont été lues afin d'acquérir des
connaissances dans le domaine concerné.
J'ai suivi une conférence très intéressante
concernant la technologie RFID à l'Université
de Fribourg "RFID - Radio Frequency Identifi-
cation Applications, Outils Logiciels et Vision
Future" A travers cette conférence j'ai noué
des contacts avec deux personnes de l'Uni-
versité de Fribourg et un senior architect de la
companie SUN-Microsystems toutes trois tra-
vaillant dans le domaine RFID. Par la suite,
l'équipe de Fribourg s'est déplacée dans nos
locaux.
Autre conférence spécialisée dans le domaine
de l'ubiquitous et RFID: "RFID Radio Frequen-
cy Identification - Journées techniques de
l'ITG (HES-SO Yverdon)". Contacts établis la
Haute Ecole Valaisanne (HEV) et une entrepri-
se leader dans la fabrication de chips RFID.
Une collaboration avec les professeurs M.
Claude Brielman et Hug Kurt HUG (profes-
seurs au département d'Electricité de BFH/TI)
a été initiée. Le projet de cette collaboration
vise exactement le sujet la présente recher-
che, c'est-à-dire l'utilisation de la technologie
RFID et informatique mobile pour le monitoring
de d'animaux. Une collaboration avec
"Schweizerische Horschule für Langdwirt-
schaft" a été également établie. Ce projet vi-
se la mise sur pied d'un projet CTI et un dépot
de brevet. Nous sortons aujourd'hui même
(23.2.07) d'une réunion chez une entreprise
(leader mondial dans l'RFID) qui serait intéres-
sée à une participation dans un projet CTI.
Présentation au colloques du département
d'informatique de la BFH/TI. Le talk présenté
a résumé une partie de la présente recherche,
il s'intitulait "Ubiquitous and Pervasive Compu-
ting: State of the Art". J'en étais le conféren-
cier.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 15
Claude Brielmann 032 32 16 379
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive
Computing
Forschungsauftrag 390h
Mots clés
Mobile autonomous webcam, plant surveillance
Description bref du projet
Une caméra "mobile", c'est-à-dire une caméra
autonome au niveau de l'alimentation et avec
communi-cation par un réseau mobile a été
développée pour la société BKW-FMB Energie
AG. Cette caméra sera utilisée d'une part pour
la retransmission d'images lors de manifesta-
tions, soit pour la surveillance d'installations
électriques.
La caméra possède trois modes de fonctionne-
ment: le mode Webcam, le mode Surveillance et
le mode Detection.
La configuration des paramètres de la caméra et
des paramètres du contrôleur peuvent se faire à
dis-tance par une application Java (Remote
Control).
Resultats
Le développement est terminé. Un prototype de
laboratoire a été construit. La documentation a
été transmise à BKW.
Nous attendons une décision de BKW pour
construire un système à tester dans des condi-
tions réelles.
16 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
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 Demonstrators für einen
Empfänger mit optischem 40Gb/s Eingang und
4x10Gb/s elektrischem Ausgang zusammen mit
IBM Rüschlikon, ETHZ und dem FH Aargau. Der
ganze Empfänger wird auf einem CMOS-Chip
integriert. Alle Komponenten des Data-recovery
loops sind digital.
Die BFH übernimmt die Entwicklung des digita-
len Regelkreises in diesem Projekt. Die Be-
schreibung der Funktionen erfolgt vollständig in
VHDL.
In diesem ersten Teil des Projektes wurde eine
komplette Schaltung entwickelt und integriert.
Bis jetzt konnten erst wenige Messungen ge-
macht werden. Das Projekt wird jetzt fortge-
setzt.
Resultate
Ein komplettes System wurde in 90nm Techno-
logie integriert. Die bis jetzt gewonnen Messer-
gebnisse stimmen gut mit den Simulationen
überein. Das System kann 25Gb/s verarbeiten
Die Schaltungen wurden dokumentiert. Für die
Tests stehen Testbenches zur Verfügung. Für
die KTI wurde ein Zwischenbericht verfasst und
ein neuer Antrag für die Verlängerung des
Projekt um ein weiteres Jahr gestellt, welcher
inzwischen bewilligt wurde. Die Bottlenecks aus
dem ersten Design wurden analysiert und die
Erkenntnisse sind mittlerweile in das zweite
Design eingeflossen sodass mit einer wesentli-
chen Steigerung der Geschwindigkeit im zwei-
ten Run gerechnet werden kann. Die Vorberei-
tung für den zweien Run unsererseits sind
praktisch vollständig abgeschlossen. D.h. die
Daten für die Integration liegen bereit.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 17
Walter Businger
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Datenbank, deskriptive Statistik, Korrelations-
rechnung, Tests
Kurzdarstellung des Projektes
Statistische Untersuchungen über mögliche
Zusammenhänge zwischen einer Vielzahl von
Symptomen und verschiedenen Laborwerten
bei PatientInnen mit chronischer Borreliose.
Die Borreliose (bakterielle Infektionskrankheit
durch Zeckenbiss) ist eine Krankheit, die in den
letzten Jahren nicht nur in der Schweiz, sondern
weltweit von Jahr zu Jahr zugenommen hat.
Schwere Krankheitsverläufe sind eher selten,
aber dramatisch.
Exportierung der relevanten Daten von der
Datenbank in eine Mathematik-Software. Zur
Aufbereitung und Verarbeitung der Daten waren
umfangreiche Programmierarbeiten erforderlich.
Entgegen ersten medizinischen Vermutungen
ergaben sich überraschenderweise kaum Korre-
lationen.
Resultate
Die negativen Ergebnisse (geringe oder keine
Korrelationen) liefern für die Medizin wertvolle
Hinweise darauf, dass gewisse aufwendige
Laboruntersuchungen nicht die Bedeutung
haben, wie bisher vermutet. Es handelt sich also
um einen konkreten Beitrag zu einer möglichen
Verbesserung der Diagnose. Die im For-
schungsplan 2005/06 aufgeführten statistischen
Untersuchungen wurden vollständig durchge-
führt.
Vertiefung der theoretischen Statistik-Kenntnisse
durch das Bearbeiten von konkreten medizini-
schen Daten.
Die Fähigkeit komplexe medizinische Daten in
ein vernünftiges mathematisches Modell abzu-
bilden.
Aneignung gewisser medizinischer Kenntnisse.
Die Synergien mit der Lehre sind durch den
Umstand gegeben, dass Statistik Bestandteil
des Curriculums der Ingenieur- und Informatik-
Ausbildung ist.
18 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Fritz Dellsperger 034 426 68 38
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Mobile Communication
Technologies
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Software Defined Radio, RF Power Semicon-
ductor, Leistungsverstärker
Kurzdarstellung des Projektes
RF Power Semiconductor Parameter Ex-
traction and Power Amplifier Linearization
Für die Modellierung und Simulation von Leis-
tungsverstärkern werden möglichst genaue
Modelle benötigt. Die Parameter dieser Modelle
können nur durch aufwändige Messungen
(mehrere Tausend Messpunkte) und anschlies-
sende Extraktion und Kurvenanpassung ermittelt
werden.
Das ICT-Labor in Burgdorf verfügt über die
notwendige Hard- und Software zur Durchfüh-
rung dieser Messungen.
Die Methodik der Messungen und Auswertun-
gen wurden erweitert und die Hardware durch
spezielle Aufnahmeeinrichtungen der Prüflinge
ergänzt. Die elektrischen Eigenschaften der
Aufnahmeeinrichtungen der Prüflinge werden
messtechnisch erfasst und durch sogenanntes
„Deembedding‚ aus der Messung der Kombina-
tion Aufnahmeeinrichtung plus Prüfling entfernt,
so dass anschliessend die Daten des Prüflings
zur Verfügung stehen.
Software Defined Radio
Ziel des Projektes ist es eine universelle Soft-
ware Defined Radio Platform bereitzustellen, die
eine Implementierung von Softwareroutinen zur
Modulation und Demodulation sämtlicher in der
modernen Kommunikationstechnik verwendeten
Modulationsarten erlaubt. Im Rahmen dieses
Projektes werden Softwareroutinen für die
Modulation und Demodulation von normgerech-
ten GSM-Signalen mit Gauss filtered Minimum
Shift Keying (GMSK)-Modulation entwickelt.
Resultate
Der Forschungsplan ist direkt gekoppelt mit
dem BFH-Forschungsprojekt „RF-PE‚ und dem
Mittelbauförderungsprojekt „Software Defined
Radio‚ Das BFH-Forschungsprojekt konnte
Ende 2005 mit einem Anschlussprojekt ergänzt
werden und läuft bis Ende 2006 weiter.
BFH-Forschungsprojekt „RF-PE“ 2005:
WP3: Konzept, Funktionsmuster und Charakte-
risierung von Transformationsgliedern für sehr
kleine Impedanzen
Das Konzept, die Untersuchung der Machbar-
keit und die Simulation geeigneter Topologien
sind erfolgt. Es wurden erfolgreich einige Funkti-
onsmuster hergestellt und gemessen.
WP4: Erarbeitung eines Konzeptes und einer
Methodik für Deembedding der Daten
Die Messdaten konnten von der Messebene auf
die Ebene der Halbleiteranschlüsse umgerech-
net werden, so dass die Rohdaten der zu mes-
senden Halbleiter bestimmt werden können.
BFH-Forschungsprojekt „RF-PE“ 2006:
WP1: Implementierung und Validierung der
Deembedding Daten
Die Rohdaten der gemessenen Halbleiter konn-
ten in der Simulationssoftware ADS eingebun-
den und erfolgreich validiert werden.
WP2: Extraktion der Konturen konstanter Aus-
gangsleistung und Intermodulation
Es wurden 5 Transistortypen verschiedener
Leistungsklassen ausgemessen und detailliert
dokumentiert.
WP3: Die Einbindung der Modelle in ADS konn-
te erfolgreich realisiert werden.
WP4: Das Referenzdesign eines linearen Leis-
tungsverstärkers zeigte eine sehr gute Überein-
stimmung der Mess- und Simulationsresultate.
In einer Diplomarbeit konnte ein zweites Refe-
renzdesign erstellt werden.
Resultate „Software Defined Radio‚:
Die Hardwareplattform konnte für universelle
SDR-Anwendungen bereitgestellt werden. Als
Demonstrationsobjekt wurde ein vollständig
digitaler UKW-Stereoempfänger mit direkter
Digitalisierung auf der Empfangsfrequenz reali-
siert. Weitere Applikationen für die Standards
GSM und TETRA konnten ebenfalls erstellt
werden. Eine IAESTE-Austauschstudentin hat
während ihrem Studienaufenthalt in Burgdorf die
Softwareroutinen für eine PI/4-QPSK Demodula-
tion erstellt und ausgetestet.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 19
Eric Dubuis
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT based Management
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Informationssysteme, Business Application
Integration, Java EE, DOT-NET, 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. Mit dem Aufbau von Teilen eines
Prototyps wurde begonnen.
Resultate
Intensives Studium vieler Web Service-
Standards wie XML Signierung und XML Ver-
schlüsselung, WS-Security, SAML, WS-Trust,
WS-Secure Communication, WS-Reliable
Communication, WS-Federation. Viele dieser
Standards stützen sich auf weitere, detaillierte
Standards ab. Zum Beispiel sind dies bei SAML
ca. 5 weitere, relevante Standards.
Suchen und Auffinden erster Implementationen
ausgewählter Standards. In der Berichtsperiode
habe ich mich auf die Standards XML Signie-
rung und XML Verschlüsselung, SAML und WS-
Trust konzentriert. Realisation erster Prototypen.
Präsentation der Ergebnisse in einem Referat
bei der Bedag AG, Bern.
Web Services Security - Eine Übersicht, 11.
Oktober 2006, Bedag AG, Bern, Inhalt: Web
Service positioniert, XML – die universelle Da-
tensprache, Web Service-Grundlagen, Security-
Grundlagen, Web Service-Aufbau, Sicherheits-
probleme bei Web Services, Web Service
Standards im Security-Bereich. Gutes Feed-
back, die Bedag AG ist an weiterer Zusammen-
arbeit interessiert.
Präsentation der Ergebnisse in einem internen
Referat des Fachbereichs Informatik.
Web Services Security - Ausgewählte Themen,
17. November 2006, Biel, Inhalt: Web Service
positioniert, XML, Web Services, Security-
Grundlagen, Web Service-Aufbau, Sicherheits-
probleme bei Web Services, Web Service
Standards im Security-Bereich. Gutes Feed-
back.
Präsentation der Ergebnisse in einem öffentli-
chen Referat im Rahmen SI-CHOOSE.
Sicherheit in Web Services, 19. Februar 2007,
Universität Bern, Inhalt: Security-Grundlagen,
Sicherheitsprobleme bei Web Services, Web
Service Standards im Security-Bereich. Ca. 25
Teilnehmer.
Erarbeitung eins Modells einer Verkaufsorgani-
sation. Dieses Modell dient als Basis für das
Erstellen der „best practices‚. Das Modell be-
steht aus 10+ Entitäten und ca. ebenso vielen
Assoziationen. Beginn mit der Implementation
mit der Technologie EJB3.
Projektvorschlag: Bedag AG (Thema für eine
studentische Projektarbeit und/oder gemeinsa-
mes Vorschungsvorhaben zum Thema „Sichere
Dokumentarchivierung‚).
20 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Albert Fässler
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Datenbank, deskriptive Statistik, Korrelations-
rechnung, Tests
Kurzdarstellung des Projektes
Statistische Untersuchungen über mögliche
Zusammenhänge zwischen einer Vielzahl von
Symptomen und verschiedenen Laborwerten
bei PatientInnen mit chronischer Borreliose.
Die Borreliose (bakterielle Infektionskrankheit
durch Zeckenbiss) ist eine Krankheit, die in den
letzten Jahren nicht nur in der Schweiz, sondern
weltweit von Jahr zu Jahr zugenommen hat.
Schwere Krankheitsverläufe sind eher selten,
aber dramatisch.
Exportierung der relevanten Daten von der
Datenbank in eine Mathematik-Software. Zur
Aufbereitung und Verarbeitung der Daten waren
umfangreiche Programmierarbeiten erforderlich.
Entgegen ersten medizinischen Vermutungen
ergaben sich überraschenderweise kaum Korre-
lationen.
Resultate
Die negativen Ergebnisse (geringe oder keine
Korrelationen) liefern für die Medizin wertvolle
Hinweise darauf, dass gewisse aufwendige
Laboruntersuchungen nicht die Bedeutung
haben, wie bisher vermutet. Es handelt sich also
um einen konkreten Beitrag zu einer möglichen
Verbesserung der Diagnose. Die im For-
schungsplan 2005/06 aufgeführten statistischen
Untersuchungen wurden vollständig durchge-
führt.
Vertiefung der theoretischen Statistik-Kenntnisse
durch das Bearbeiten von konkreten medizini-
schen Daten.
Die Fähigkeit komplexe medizinische Daten in
ein vernünftiges mathematisches Modell abzu-
bilden.
Aneignung gewisser medizinischer Kenntnisse.
Die Synergien mit der Lehre sind durch den
Umstand gegeben, dass Statistik Bestandteil
des Curriculums der Ingenieur- und Informatik-
Ausbildung ist.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 21
Rolf Gasenzer 032 321 63 28
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
ICT-systemgestützte Corporate Performance
Management Methodik, Mass Customization,
Data Mining
Kurzdarstellung des Projektes
Sollen die Möglichkeiten von elektronischen
Plattformen für die (KM)Unternehmen in der
Interaktion mit den Kunden ausgeschöpft wer-
den, braucht es Ansätze, welche es erlauben,
neben allgemeinen insbesondere auch kunden-
individuelle Produkte und Dienstleistungen
anzubieten und dabei gleichwohl Kostenvorteile
aus der Massenfertigung zu realisieren. Im
Projekt SYCOPMAC werden die Möglichkeiten
der Mass Customization methodisch im Zu-
sammenhang mit Data Mining auch für die
systemgestützten Herstellungprozesse von
Informationsprodukten namentlich für mobile
Anwender entwickelt. Die Zielsetzung des Data
Mining im betrieblichen Umfeld ist das Aufde-
cken strategisch relevanter Informationen aus
(betrieblichen) Datenbanken. Untersuchungsob-
jekte des Data Mining sind grosse Datenbestän-
de, in denen relevante, aber "verborgene" und
schwer aufzuspürende Informationen vermutet
werden.
Im Rahmen dieses umfangreichen Projekts wird
für die Periode Oktober 2005 bis Oktober 2006
das folgende Teilziel verfolgt: Entwicklung einer
Methodenbank zum Customer Relationship
Management (CRM) und zur Einbindung der
Kundeninteraktion in den MC-
Produktionsprozess (MC: Mass Customization)
von individualisierten digitalen Gütern auf der
Basis von Data Mining.
Resultate
Für die Zwischenergebnisse im ersten Teil des
Berichtszeitraums (Okt 2005 – April 2006)
verweisen wir auf den per Ende April 2006
abgegebenen Zwischenbericht. Für die zweite
Halbzeit des Forschungsplans 2005/2006
wurde das Schwergewicht der Arbeiten auf die
systemgestützten Herstellungprozesse von
Informationsprodukten (namentlich für mobile
Anwender) unter direkter Einbindung der DM-
Datenmustererkenung gelegt (Vorgehensme-
thodik). Der erarbeiteten Vorgehensmethodik
folgend wurden verschiedene Ausgangslagen
(Produkt-Markt-Kombinationen) auf typische
Muster, welche direkt in den Produktionspro-
zess einfliessen könnten, hin untersucht. 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, SBB Bern, Die
Post Bern, Raumplanung des Kantons Bern)
gearbeitet werden. Die Beschaffung entspre-
chender grosser Datencluster gestaltete sich
allerdings schwieriger als in der Planung abzu-
sehen war.
Im Rahmen einer grossen Fallstudie eines
Unternehmens der Schweizer Maschinenindust-
rie (welche auch in Buchform publiziert wurde)
konnten weitere Rückschlüssen hinsichtlich der
Wechselwirkungen zwischen Marktbearbei-
tungsaktivitäten und Kundenverhalten, welches
als Handlungsindikator in die Produktion von
Informationsgütern einfliesst, gezogen werden.
Daraus wurden Handlungsempfehlungen (erste
Theoriebausteine) abgeleitet, welche darauf
abzielen, dass proaktiv aufgrund der Datenlage
aus Kundenverhalten, Maschineneinsatz und
Umfeldparametern kundenindividuelle Informati-
onsbausteine produziert und automatisiert den
Kunden offeriert werden. Dies soll dazu beitra-
gen, Maschinenfehlzeiten zu vermeiden, indem
präventiv mögliche Ausfallkomponenten identifi-
ziert werden und mit geeigneten Massnahmen
das Ausfallrisiko minimiert werden kann.
22 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
David-Olivier Jaquet-Chiffelle 032 32 16 266
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Projet européen, identité virtuelle, profiling,
anonymaisation
Kurzdarstellung des Projektes
Die Forschungsarbeit von VIP konzentrierte sich
im vergangenen Jahre vor allem auf
die Mitarbeit in FIDIS (Future of Identity in the
Information Society), einem NoE (Network of
Excellence) unterstützt durch die EU im 6th
Framework Programme for Research and
Technological Development
weitere Kontakte mit anderen EU-Projekten
und Initiativen
Vorbereitung von FP7 (EU 7. Framework
Program)
die Zusammenarbeit mit dem MEM Research
Center der Universität Bern und dem Fachbe-
reich Mikro- und Medizinaltechnik im Projekt
MEMdoc. MEMdoc ist eine internationale
Plattform für klinische Dokumentation.
weitergehende Forschung im Themenbereich
von „Virtual Identities‚
Resultate
Die folgenden konkreten Resultate wurden
erarbeitet:
D.-O. Jaquet-Chiffelle mit B. Anrig und E.
Benoist: Mitarbeit an verschiedenen FIDIS-
Deliverables, die z.T. noch unveröffentlicht
sind, insbesondere dem Buch „Profiling the
European Citizen‚ (Springer- Verlag, Veröffent-
lichung geplant 2007). Siehe www.fidis.net
D.-O. Jaquet-Chiffelle präsentierte als „invited
speaker‚ unter dem Titel „Biometrics in the
light of Virtual Persons‚ die neuesten Resultate
an einer internationalen Konferenz (organisiert
durch die EU Kommision) Science and Socie-
ty, im Rahmen des BITE project: „Ethical and
Social Implications of Biometric Identification
Technology: Towards an International Appro-
ach‚.
D.-O. Jaquet-Chiffelle, E. Benoist, B. Anrig:
Präsentation der Gruppe VIP und der For-
schungsarbeitenen zum Thema „Virtual Identi-
ties‚ am Seminar of the Computer Science
Departement an der HTI
D.-O. Jaquet-Chiffelle verfasste den For-
schungsbericht Nr. 1 der HTI mit dem Titel
„Action ciphers – A new core component for
E/D similar block ciphers‛.
D.-O. Jaquet-Chiffelle publizierte : "Le projet
européen FIDIS et le concept d'identité." in der
Nr 51 Publikation vom Schweizerischen Insti-
tut für Rechtsvergleichung, «L'individu face
aux nouvelles technologies / Surveillance,
identification et suivi», Schulthess 2005, pp.
31 - 36, ISBN 3 7255 5098 0
D.-O. Jaquet-Chiffelle wurde zweimal als EU-
Expert für die Europäische Kommission beru-
fen.
D.-O. Jaquet-Chiffelle presented ‚Who are we
going to be? FIDIS (Future of Identity in the In-
formation Society)‛, at the European e-Identity
Conference: Managing Employee, Citizen and
Private Identities, eema's 19th Annual Confe-
rence in Barcelona.
D.-O. Jaquet-Chiffelle has been chairman at
the Colloque Anthopos organized by the Uni-
versity of Lausanne.
D.-O. Jaquet-Chiffelle, as an invited speaker,
presents FIDIS and VIP's latest results at the
International Telecommunication Union- at its
headquarters in Geneva during the ITU-T
Workshop on Digital Identity for NGN. Title of
the talk: FIDIS, a FP6 European Network of
Excellence, "Future of Identity in the Informa-
tion Society".
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 23
Rolf Jufer 032 321 64 63
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Business Application Integration (BAI), BAI-
Architekturen, BAI-Methodologie, Best Practices
Kurzdarstellung des Projektes
Eine Kollaboration mehrerer Unternehmen in
entsprechenden Netzwerken ist neben der
Klärung strategischer Interessen der beteiligten
Partner auch mit einem erheblichen organisato-
rischen Aufwand verbunden. Eine der Hauptauf-
gaben hierbei besteht in der Sicherstellung einer
reibungslosen Unterstützung der Geschäftspro-
zesse durch die vorhandenen „gewachsenen‚
IT-Systemlandschaften.
Ziel unseres Forschungsprojektes war die
Entwicklung eines praxisorientierten Methoden-
bündels im Bereich der Analyse, Konzeption und
Implementation im Bereich der Business Appli-
cation Integration (in Fachkreisen auch Business
Application GlueWare genannt), welches sich
insbesondere an den Bedürfnissen der Schwei-
zerischen KMU’s sowie den Institutionen der
öffentlichen Verwaltung orientiert.
Resultate Konzeption und Implementation mehrerer BAI-
Referenzplattform sowie div. Prototypen
zwecks „Proof of Concept‚ (z.B. Kopplung ei-
nes Web-Frontend mit der betriebswirtschaftli-
chen Standardlösung Navision als Backend.
Kopplung mobiler Endgeräte mit Navision als
Backend, dokumentierte Code-Demos für XA-
Transaktionen etc.)
Verfassen eines Paper’s mit dem Titel „Integ-
rationsplattformen und adaptive Middleware:
State of the Art am Beispiel BAI", welches für
die Tagung "Mobile verteilte Systeme" der
FHNW vom 18. Oktober 2006 eingereicht
wurde.
Erfolgreicher Abschluss des BFH-finanzierten
Forschungsprojektes IADAG.
Vorbereitung von zwei KTI Projektanträgen
(Description Logics / lightweight Framework
for Business Rules) mit Praxispartnern (fi-
nebrain AG Basel, mimacom AG Burgdorf).
Diese Anträge werden im Verlaufe der nächs-
ten Woche ausgearbeitet und der KTI einge-
reicht.
Mitwirkung an einem Beratungsprojekt im
Bereich Applikationsintegration (Firma InfoRe-
search in Bern)
Mitarbeit an der Verfassung eines Whitepapers
zum Thema verteilte Datenverarbeitung
Mitwirkung an der Ausarbeitung von „best
practices‚ zur zum Thema Security im Bereich
von heterogenen und verteilten Anwendungen
(XML-Signaturen, XML Verschlüsselung, SO-
APSicherung, WS-Security).
Mitarbeit an der Realisierung eines Persistenz-
Mechanismus mit SQL / WebService-
Integration
Initiierung und Betreuung von verschieden
Projekt- und Diplomarbeiten (z.B. AIBP, intelli-
help – a Collaboration Integration etc.) zwecks
Weiterentwicklung und/oder Überprüfung der
vorliegenden Forschungsresultate.
24 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Hansjörg Keller 032 321 63 12
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive
Computing
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Diskreter Simulator, Netzwerkprotokolle, VoIP,
Platform IP-Telephonie
Kurzdarstellung des Projektes
PROSIM ist ein Framework für zeitlich diskrete
Simulationen allgemeiner Natur. Implementiert
wurden die ARQ Protokolle ( OSI Layer 2 ) sowie
MAC für drahtgebundenes Ethernet und ein
flexibles Router-Modul zur Konfiguration ganzer
Netze. Dabei ermöglicht ein gut ausgebautes
graphisches Benützer-Interface die interaktive
Konfiguration aller relevanten Netzwerk-
Parameter und deren Speicherung im XML File
Format.
Der Netzwerk-Simulator wird an der HTI Biel im
Telematik-Unterricht zur Erläuterung der Theorie
und in Laborübungen eingesetzt.
Für eine detailliertere technische Beschreibung
siehe:
https://staff.hti.bfh.ch/klh2/PROSIM/index.html
Im zweiten Teil erfolgte die Portierung des open
source VoIP Telephons „Linphone‚ auf das
Hardware-Modul „Foxboard‚, eine kompaktes
Hardwareplattform, welches zu einem WLAN-
Telephon für Spezialanwendungen ausgebaut
werden kann.
Resultate
Projekt A
Das PROSIM Projekt ist abgeschlossen, läuft
stabil und wird im Unterricht eingesetzt. Zukünf-
tige Aktivitäten beschränken sich auf den Soft-
wareunterhalt. Erweiterungen bei Kundeninte-
resse sind möglich.
Projekt B
Die Portierung des Linphone wurde erfolgreich
abgeschlossen, wobei im Augenblick die
Sprachein- und –ausgabe via Dateien erfolgt.
Verbindungen mit anderen Linphones und mit
SIP Servern wurden erfolgreich getestet. Was im
Augenblick noch fehlt ist die softwaremässige
Integration der ebenfalls fertiggestellten Hard-
ware zum Anschluss von Mikrophon und Laut-
sprecher.
Damit wurden ganz allgemein Kenntnisse zum
Einsatz von „embedded‚ LINUX für real-time
Anwendungen erworben.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 25
Marcel Pfahrer 032 3216 335
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-Based Management
Forschungsauftrag 253h
Schlüsselbegriffe
Integration, Informationssysteme, Web Services
Kurzdarstellung des Projektes
Projekt 1: Führungscockpit für Gemeinden
Ein Führungscockpit hilft der Gemeindeführung
anhand einiger Kennzahlen schnell einen Über-
blick über die bisherige Entwicklung und zukünf-
tige Zielsetzungen der Gemeinde zu gewinnen.
Das Ziel der Arbeiten im Jahr 2006 bestand
darin, einen Prototyp eines Web- und Daten-
bank-basierten Cockpits zu entwickeln. In den
kommenden Jahren soll dieser Prototyp in enger
Zusammenarbeit mit einigen Pilotgemeinden
weiterentwickelt und praktisch erprobt werden.
Ein besonderes Gewicht wird dabei auf die
Visualisierung der strategischen Planung und die
Unterstützung ihrer Umsetzung gelegt.
Projekt 2:Prozessintegration bei der Ex-
portabwicklung
Die vereinfachte Ausfuhrregelung (VAR) der
Eidg. Zollverwaltung wird bei den grossen
Schweizer Exporteuren sehr häufig verwendet.
Das Verfahren ist vor über 30 Jahren eingeführt
worden und nutzt die heutigen Möglichkeiten
der ICT nur sehr beschränkt. Zudem erfüllt es
die heute im internationalen Kontext (EU, USA)
geforderten Sicherheitsanforderungen nicht
mehr. Deshalb wird VAR durch eine neue Lö-
sung (Projekt IDEE – Ideale elektronische Expor-
teurlösung) abgelöst. Zusammen mit Vertretern
der Bundesverwaltung und einem Zollfachmann
orientieren Dozierende der Berner Fachhoch-
schule, Technik und Informatik über 100 Fir-
menvertreter über die zu erwartenden techni-
schen und organisatorischen Umstellungen.
Projekt 3: MobAfNa - EAI in der Projektpla-
nung (ERP, Groupware, Planungstool und
mobile Endgeräte)
Die Firma Logico SA verwendet für ihre Projekt-
planung und –abwicklung mehrere Applikatio-
nen (Microsoft Dynamics NAV für die Auftrags-
verwaltung und Abrechnung, Excel für den
Datenaus¬tausch mit Kunden, Consolidate als
Groupware, Orderbase für die Personalein-
satz¬planung). Im Projekt MobAfNa werden
diese unterschiedlichen Systeme integriert. Das
ERP Microsoft Dynamics NAV dient dabei als
zentrales Leitsystem. Die geplanten Aktivitäten
werden nach Abgleich mit den übrigen Terminen
direkt in die elektronische Agenda der Mitarbei-
tenden eingetragen. Erledigte Aktivitäten können
von den Mitarbeitenden bereits beim Kunden
über mobile Geräte erfasst werden.
Projekt 4: Multi-Tier Persistence Frame-
work
Zur einfacheren Wartung sowie besseren Integ-
ration von Dritt-Systemen werden Applikationen
heute häufig auf einer Mehrschichtigen Architek-
tur aufgebaut (Multi-Tier Applications). Ziel des
Projektes ist die Schaffung eines Frameworks,
welches mit Hilfe einer zentralen Verwaltung der
Meta-Daten die Datenstrukturen aller Schichten
und insbesondere die Transportmechanismen
zwischen den Schichten synchronisiert.
Resultate
Die Resultate meiner aF+E-Tätigkeit sind eher im
Rahmen verschiedener konkreter Projekte
entstanden. Bei den Projekten 1 bis 3 handelt es
sich um Projekte von Urs Sauter (stu1), bei
welchen er mich insbesondere wegen meiner
Kenntnisse der .NET Programmierung hinzuge-
zogen hat. Der Schwerpunkt meiner Tätigkeiten
lag im Projekt 4, welches sich aus dem BAI-
Gesamtprojekt herauskristallisiert hat.
Projekt 1: Neben dem Prototyp-System, wel-
ches die Studenten im Rahmen der Projekt-
/Diplomarbeit realisert haben, entstanden meh-
rere kleinere Prototyp-Komponenten zu Test-
und Vergleichszwecken. Insbesondere auch für
die Erfassung und Manipulation strukturierter
Daten, da diese Problematik im Rahmen des
Studentenprojektes nicht gelöst werden konnte.
Projekte 2 und 3: Keine zusätzlichen konkreten
Resultate von meiner Seite, da meine Tätigkeit
hauptsächlich beratend war.
Projekt 4: Das Framework ist konzipiert und in
Teilen als Prototyp realisiert. Insbesondere
lassen sich die Datenstrukturen des Persisten-
ce-Layers (SQL-Datenbank), des Data-Access-
Layers (Stored Procedures) und des Data-
Transport-Layers (Web Services) auf einfache
Art und Weise weitgehend automatisiert syn-
chronisieren. Noch nicht berücksichtigt ist der
Presentation Layer (ASP.NET-Komponenten).
Ein weiteres Resultat, eine vergleichende Ge-
genüberstellung verschiedener mobiler Endgerä-
te bezüglich Eignung für die Realisierung einer
spezifischen mobilen Anwendung, entstand als
Nebenprodukt einer studentischen Projekt-
/Diplomarbeit. Die Erkenntnisse daraus werden
jedoch im meine zukünftigen aF+E- und Lehrtä-
tigkeiten einfliessen.
26 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
Informationssystem, Behinderte, öffentlicher
Verkehr, wireless
Kurzdarstellung des Projektes
Das Behinderten-Gleichstellungs-Gesetz (Be-
hiG)[1] ist seit 1. 1. 2004 in Kraft. Demnach
sollen im öV Behinderte nicht mehr länger
benachteiligt sein. Bauliche Massnahmen sind
für Bewegungsbehinderte bereits vielerorts
realisiert. Im Bereich der Kommunikation und
Information sind aber noch keine Lösungen
bekannt, welche insbesondere Sinnesbehinder-
ten den ungehinderten Zugang zu Informationen
ermöglichen würden.
Im Auftrag des Bundesamtes für Verkehr wurde
eine Studie durchgeführt, die u.a. aufzeigt, wie
sinnesbehinderte Reisende Kundeninformatio-
nen drahtlos mit mobilen Endgeräten empfan-
gen können.
Es wurde eine Forschungsgruppe (innerhalb des
Forschungsfeldes Ubiquitous and Pervasive
Computing) gebildet. Dadurch können die
Arbeiten effizienter und mit mehr Sach- und
Fachkompetenz bearbeitet werden. Ein BFH-
Forschungsprojekt mit dieser Thematik wurde
beantragt. Vorarbeiten zu einer int. Standardisie-
rung wurden in die Wege geleitet.
Resultate Im Auftrag des Bundesamtes für Verkehr
wurde eine Studie durchgeführt (siehe Beila-
ge). Im Rahmen dieser Studie konnte die ge-
samte Problematik speziell für sinnesbehinder-
te Reisende grundlegend analysiert werden
(siehe Beilage).
Auf Grund des Behindertengleichstellungs-
gesetzes (BehiG) können keine Vorschriften
über die Art und Weise erlassen werden, wie
die Informationen übertragen werden sollen.
Dies hat zur Folge, dass das Gesetz zwar seit
1. Januar 2004 in Kraft ist, aber Lösungen
sind noch keine in Sicht.
Die Resultate der Studie wurden präsentiert:
- 10.3.06 SICTA-Lunch, Bern
- 31.3.06 Tagung Innovationen nutzbar
machen, Weinfelden TG
Auf Grund der Studie wird nun untersucht, ob
auf internationaler Ebene Standards resp.
Empfehlungen ausgearbeitet werden sollen.
In unserem Labor wird eine Test- und Demo-
anlage aufgebaut, damit unter Laborbedin-
gungen Lösungen untersucht werden können.
In der Berichtsperiode wurden drei Semester-
arbeiten zum Thema durchgeführt: Bluetooth-
Accesspoint zu einem CAN-Bus, Bluetooth-
Kommunikation über Linux-PDA und Blue-
tooth-Access-Point.
Zwei Diplomarbeiten Client-Server für mobile
Endgeräte
Es wurde eine Interessengruppe aus dem
BAV, der Industrie und Forschung gegründet,
die zum Ziel hat, verbindliche Standards und
Protokolle für Informationssysteme im öV vo-
ranzutreiben.
Erste Schritte in Richtung einer int. Standardi-
sierung wurden beim ETSI (European Tele-
communication Standard Institute) in die Wege
geleitet. Ein Work-Item wurde akzeptiert und
der Berichterstatter ist Raporteur beim ETSI.
Die oben erwähnte Studie hat eine Fülle von
Forschungsthemen aufgeworfen. Dies hat nun
zu einem Forschungsplan-Antrag einer Dozen-
tengruppe aus 5 Dozenten geführt.
Von dieser Forschungsgruppe wurde zudem ein
BFH-Forschungsprojekt beantragt.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 27
Michael Röthlin 032 321 63 17
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er)
Forschungsauftrag 390h
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 1. Publikationen
Knolmayer, G., Röthlin, M.: "Quality of Ma-
terial Master Data and its Effect on the Use-
fulness of Distributed ERP Systems." In:
Roddick, J.F. et al. (Eds.): Advances in
Conceptual Modeling - Theory and Practice.
Lecture Notes in Computer Science 4231,
Berlin/Heidelberg: Springer 2006, Seiten
362-371. (Ausserhalb Berichtszeitraum:
Entspr. Vortrag am 2006-11- 06 im Rahmen
des "QoIS 2006 - 2nd International Work-
shop on Quality of Information Systems" an
der Konferenz "25. ER 2006" Tucson, Ari-
zona, USA.) URL:
http://www.springerlink.com/content/w660u
q1744523801/
Röthlin, M.: "Information Quality in a Hete-
rogeneous ERP Environment" (Case Study),
34 Seiten, inkl. Fragen und Antworten, ba-
sierend auf Erfahrungen aus der Untersu-
chung eines Grossunternehmens.
2. Realisierung einer Integrationslösung (Single
Sign On) für webbasierte Plattformen der BFH
Einbindung der Middlewarelösung Shibbo-
leth in Lernplattform Moodle der BFH: Integ-
ration der Registrierung und Authorisierung
von Benutzenden, Anbindung an AAI-
Lösung von Switch. (Ausserhalb Berichts-
zeitraum: Produktivstart SS 2007).
3. Eigentliche Arbeiten am Projekt gem. 1)
Nachweis der Interoperabilität von Applikati-
onen, Ankopplung ERP-Systeme SAP und
SQL-Ledger, Datenaustausch über BizTalk-
Server; funktionsfähige Applikationskompo-
nenten, Designunterlagen, Quellcode.
4. Kontakte mit Softwareanbietern (integratio,
beecom), und potenziellen Auftraggebern in
der Wirtschaft (Services Industriels de Lau-
sanne, SAP-Integration Projektplanungstools).
5. Veranst. BAI-Gruppe: "Zollseminar"
29.8.2006. BFH-F.skizze "Führungscockpit für
Gemeinden".
28 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Urs Sauter 032 321 63 26
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 296h
Schlüsselbegriffe
ICT-based Management, eGovernment, ERP,
EAI
Kurzdarstellung des Projektes
Führungscockpit für Gemeinden
Ein Führungscockpit hilft der Gemeindeführung
anhand einiger Kennzahlen schnell einen Über-
blick über die bisherige Entwicklung und zukünf-
tige Zielsetzungen der Gemeinde zu gewinnen.
Das Ziel der Arbeiten im Jahr 2006 bestand
darin, einen Prototypen eines Web- und Daten-
bank-basierten Cockpits zu entwickeln. In den
kommenden Jahren soll dieser Prototyp in enger
Zusammenarbeit mit einigen Pilotgemeinden
weiterentwickelt und praktisch erprobt werden.
Ein besonderes Gewicht wird dabei auf die
Visualisierung der strategischen Planung und die
Unterstützung ihrer Umsetzung gelegt.
Prozessintegration bei der Exportabwick-
lung
Die vereinfachte Ausfuhrregelung (VAR) der
Eidg. Zollverwaltung wird bei den grossen
Schweizer Exporteuren sehr häufig verwendet.
Das Verfahren ist vor über 30 Jahren eingeführt
worden und nutzt die heutigen Möglichkeiten
der ICT nur sehr beschränkt. Zudem erfüllt es
die heute im internationalen Kontext (EU, USA)
geforderten Sicherheitsanforderungen nicht
mehr. Deshalb wird VAR durch eine neue Lö-
sung (Projekt IDEE – Ideale elektronische Expor-
teurlösung) abgelöst. Zusammen mit Vertretern
der Bundesverwaltung und einem Zollfachmann
orientieren Dozierende der Berner Fachhoch-
schule, Technik und Informatik über 100 Fir-
menvertreter über die zu erwartenden techni-
schen und organisatorischen Umstellungen.
MobAfNa - EAI in der Projektplanung
Die Firma Logico SA verwendet für ihre Projekt-
planung und –abwicklung mehrere Applikatio-
nen. Im Projekt MobAfNa werden diese unter-
schiedlichen Systeme integriert. Das ERP Micro-
soft Dynamics NAV dient dabei als zentrales
Leitsystem. Die geplanten Aktivitäten werden
nach Abgleich mit den übrigen Terminen direkt
in die elektronische Agenda der Mitarbeitenden
eingetragen. Erledigte Aktivitäten können von
den Mitarbeitenden bereits beim Kunden über
mobile Geräte erfasst werden.
Winterdienstmanagement in der Gebiets-
einheit X
Mit dem neuen Finanzausgleich gehen die
schweizerischen Nationalstrassen in den Besitz
des Bundes über, der damit auch die Verant-
wortung für deren Betrieb und Unterhalt über-
nimmt. Um diese Verantwortung wahrzuneh-
men, werden 11 Gebietseinheiten gebildet.
Der Kanton Luzern zählt seit einigen Jahren zu
den Pionieren im Winterdienst. Das bestehende
Winterdienstmanagementsystem wird wesent-
lich erneuert und so ausgebaut, dass das Natio-
nalstrassennetz in der Gebietseinheit X ebenfalls
abgedeckt ist. Eine interdisziplinär zusammen-
gestellte AG der BFH erstellte im Vorfeld dieses
komplexen Projektes eine Ist-Analyse und erar-
beitete Vorschläge für das weitere Vorgehen.
Resultate
Führungscockpit für Gemeinden
Der 2006 entwickelte Prototyp gibt die Möglich-
keit, interessierten Gemeinden zu zeigen, wie ein
Internet-basiertes Führungscockpit aussehen
könnte. An einer ersten Informationsveranstal-
tung im Januar 2007 nahmen ca. 20 Gemein-
den teil. Zurzeit laufen Vorbereitungsarbeiten für
einen KTI-Antrag. Das Ziel, etwa 5 Gemeinden
aus 2-3 Kantonen als Partner zu gewinnen,
erscheint durchaus realistisch. Entscheide
sollten bis Ende März 2007 fallen.
Prozessintegration bei der Exportabwick-
lung
Eine erste Veranstaltung im August 2006 kam
aufgrund der Ergebnisse und Kontakte im
Rahmen einer Projekt- und Diplomarbeit von
2005 zu Stande. Die Vorbereitungsarbeiten für
die neue Exportlösung haben sich bei der Eidg.
Zollverwaltung etwas verzögert.
EAI in der Projektplanung
Mit dem Projekt MobAfNa ist unser Know-how
rund um das ERP Microsoft Dynamics NAV
ausgebautb worden. Der Erfahrungsaustausch
unter etwa 20 europäischen Hochschuldozenten
fand statt. Unsere besondere Stärke liegt darin,
dass im Fachbereich Informatik sowohl in der
Informatik wie in der Betriebswirtschaftlehre
grosse Fachkompetenz vorhanden ist.
Winterdienstmanagement in der Gebiets-
einheit X
Dank der interdisziplinär zusammengestellten
AG wurde im Sommer 2006 eine umfassende
Ist-Analyse des bestehenden Winterdienstma-
nagementsystems erstellt werden.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 29
Arno Schmidhauser
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Integration, Interoperabilität, Best Practices
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
integrierter Informationssysteme anzupassen.
Der individuelle Fokus des Autors liegt auf den
Methoden und Aspekten der Datenintegration
(Modellierung und Technologie), während ande-
re Mitglieder der Gruppe sich auf die Applikati-
ons-Integration konzentrierten.
Resultate
Die individuellen Ergebnisse/Resultate meiner-
seits waren:
Durchführung einer Erhebung über die einge-
setzte Technologien, Modellierungsansätze
und Vorgehensweise in EAI-Problemstellungen
bei grossen regionalen Schlüsselunternehmen.
Entwicklung eines Business Object Models,
welches die Definition und Modellierung kom-
plexer Informationsobjekte ermöglicht, ausge-
hend von unterschiedlichen Anwendungsper-
spektiven.
Erarbeitung von White-Papers zu den Themen
Distributed Transaction Processing, Integrati-
onstechniken von SQL, XML und XPath.
30 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Ngoc-An Tran 032 321 63 13
Forschungsschwerpunkt(e) MIG
Forschungsfeld(er) ICT-based Management
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
ICT-systemgestützte Corporate Performance
Management Methodik, Mass Customization,
Data Mining
Kurzdarstellung des Projektes
Sollen die Möglichkeiten von elektronischen
Plattformen für die (KM)Unternehmen in der
Interaktion mit den Kunden ausgeschöpft wer-
den, braucht es Ansätze, welche es erlauben,
allgemeine und insbesondere kundenindividuelle
Produkte und Dienstleistungen anzubieten und
dabei gleichwohl Kostenvorteile aus der Mas-
senfertigung zu realisieren. Im Projekt SYCOP-
MAC werden die Möglichkeiten der Mass
Customization methodisch im Zusammenhang
mit Data Mining auch für die systemgestützten
Herstellungprozesse von Informationsprodukten
namentlich für mobile Anwender entwickelt. Die
Zielsetzung des Data Mining im betrieblichen
Umfeld ist das Aufdecken strategisch relevanter
Informationen aus (betrieblichen) Datenbanken.
Untersuchungsobjekte des Data Mining sind
grosse Datenbestände, in denen relevante, aber
"verborgene" und schwer aufzuspürende Infor-
mationen vermutet werden.
Im Rahmen dieses umfangreiches Projektes
wird für die Periode Oktober 2005 bis Oktober
2006 das folgende Teilziel verfolgt: Entwicklung
einer Methodenbank zum Customer Relations-
hip Management (CRM) und zur Einbindung der
Kundeninteraktion in den MC-
Produktionsprozess (MC: Mass Customization)
von individualisierten digitalen Gütern auf der
Basis von Data Mining.
Resultate
Für die Zwischenergebnisse vgl. Zwischenbe-
richt Ende April 2006. Für die zweite Halbzeit
des Forschungsplans 2005/2006 wurde das
Schwergewicht der Arbeiten auf die systemge-
stützten Herstellungprozesse von Informations-
produkten (namentlich für mobile Anwender)
unter direkter Einbindung der DM-
Datenmustererkenung gelegt (Vorgehensme-
thodik). Der erarbeiteten Vorgehensmethodik
folgend wurden verschiedene Ausgangslagen
(Produkt-Markt-Kombinationen) auf typische
Muster, welche direkt in den Produktionspro-
zess einfliessen könnten, hin untersucht. 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, SBB Bern, Die
Post Bern, Raumplanung des Kantons Bern)
gearbeitet werden. Die Beschaffung entspre-
chender grosser Datencluster gestaltete sich
allerdings schwieriger als in der Planung abzu-
sehen war.
Im Rahmen einer Kooperation mit dem Betreiber
der Web- und Mobilfunk-Applikation "Foodgui-
de", der Firma Puzzle ITC in Bern wurden die
Möglichkeit ausgeschöpft, die Methodik-
Komponenten einer weitern Validierung mit einer
kleinskalierten Anwendung zu unterziehen.
Dabei wurden Fragestellungen erörtert, welche
darauf abzielen, Erkenntnisgewinne über die
Mengen und Häufigkeiten, welche als untere
Grenze für einen sinnvollen Einsatz von Data
Mining-Verfahren anzusehen wären, zu errei-
chen. Da Foodguide ein Informationsprodukt ist,
das auch Netzeffekten unterliegt, bilden die
Resultate zu diesen Überlegungen auch An-
haltspunkte über die "kritische Masse" welche
bei derartigen Anwendungen innerhalb der
Schweiz erreicht werden muss, um "Selbstläu-
fereffekte" vom bestehenden hin zum potentiel-
len Anwenderkreis zu generieren.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 31
Forschungsschwerpunkt
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]
Point fort de recherche
Technique de production
La technique de production (fabrication de
nouveaux procédés, marchandises et techni-
ques 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]
32 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Marcel Baak 032 321 64 17
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Materials and Surface
Technologies
Forschungsauftrag 195h
Schlüsselbegriffe
Oberflächenanalytik; Wärmebehandlung; Tiefen-
profil, GDOS
Kurzdarstellung des Projektes
Die Oberflächenanalyse von v.a. metallischen
Oberflächen mittels GDOS (Glimmentladung mit
optischer Spektroskopie) ist ein wichtiger Be-
standteil des Forschungsfeldes „Materials and
Surface Technologies‚. Die Zusammenarbeit mit
der Gruppe „Wärmebehandlung von metalli-
schen Werkstoffen‚ ist dabei zentral. Ziel des
Projektes ist, die Zusammensetzung von Werk-
stoffoberflächen genauer untersuchen zu kön-
nen. In der Berichtsperiode sollte der Fokus auf
die Analyse von gewölbten („runden‚) Oberflä-
chen gelegt werden, die bis anhin mittels GDOS
in der Schweiz nicht möglich ist. Gewölbte
Oberflächen kommen bei vielen Werkstoffen wie
Uhren, Teile der Autoindustrie etc. vor. An
geeigneten Proben haben wir diese Methode
getestet und weiterentwickelt. Die erhaltenen
Resultate zeigen, dass die Resultate mit denen
an flachen Oberflächen absolut vergleichbar
sind.
Resultate
In der Berichtsperiode wurde die Kompetenz auf
dem GDOS-Gerät weiter ausgebaut. Insbeson-
dere wurde die eingekaufte Option der Messung
von gewölbten Oberflächen (mittels Adapter
„USU)‚ grundlegend getestet und erweitert.
Dazu mussten allererst die entsprechende
Software für die Analyse neu entwickelt respek-
tive adaptiert werden. Dieses Anpassen der
Messmethoden ist erfolgreich gelungen, wie
entsprechende Testmessungen bestätigt haben.
Es wurde eine Messmethode („QDP USU)‚ für
die Analyse von hoch- und niedriglegierten
Stählen als auch für entsprechende Aluminium-
legierungen entwickelt. Wir haben diese Metho-
den für die hoch- und niederlegierten Stählen
folgendermassen getestet: Es wurde drei Mess
Serien von verschiedenen legierten Stählen
hergestellt, wobei innerhalb einer Serie die
Durchmesser der Proben von 20 bis 5mm
variierte. Die drei Serien wurden anschliessend
mit zwei verschiedenen Verfahren nitriert und
anschliessend der Stickstoffverlauf in der Rand-
zone mittels der entwickelten QDP-USU-
Methode analysiert. Im Weiteren wurde eine
Mess-Serie definiert chemisch vernikkelt und
wiederum die Nickelschicht auf Unterschiede in
der Serie analysiert. Zusätzlich wurde die Quali-
tät der Messung der Zusammensetzung des
Grundmaterials aus den Tiefenprofilmessungen
untersucht.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 33
Daniel Bättig 034 426 43 26
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Risikomanagement
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Biodiversität, Bootstrap, Geostatistik, Risikoma-
nagement, operationelle Risiken
Kurzdarstellung des Projektes
Biodiversitätsmonitoring - Statistische
Projektbegleitung
Im langjährigen Monitoring werden periodisch
Pflanzen- und Tierbestände evaluiert. Neben der
Abschätzung der aktuellen Artbestände werden
räumliche und zeitliche Entwicklungen dieser
Bestände abgeschätzt.
Aufgrund der Bedeutung der Zielgrössen und
den Unsicherheiten, wurden die Zielgrössen
anhand von 8 unterschiedlichen Modellen
berechnet (Methodenvariabilität). Dabei kamen
konventionelle Methoden wie auch neue moder-
ne Methoden zum Einsatz, wie beispielsweise
ein Modell basierend auf einem zusammenge-
setzten Poissonprozess und t-standardisierten
Bootstrapvariablen. Die verschiedenen Metho-
den führten dabei zu äusserst konsistenten
Resultaten. Die räumliche Korrelation wurde
mittels geostatistischen Methoden untersucht
(z.B. Semivariogramme)
Interventionsmanagement Winterdienst
Im Auftrag des Strasseninspektorats des Kan-
tons Luzern und der ASTRA entwickelt die TI ein
weltweit neuartiges automatisches Expertensys-
tem, welches für das kantonale Strassennetz
automatisch Pflug- und (Salz-) Streueinsätze
berechnet. Dazu berechnet das System mit Hilfe
von mathematischen Modellen, ob der Zustand
einer Strasse in einem Prognosefenster von 0.5-
1.5 Stunden kritisch wird und damit einen
Wintereinsatz erfordert. Die mathematische
Modellierung basiert 13 physikalischen Ent-
scheidungskriterien zu Eisglätte, Reifglätte,
Glatteis und Schneeglätte. Die durch dieses
System berechneten Entscheidungsvorschläge
sollen die Winterdienstleiter bei ihrer Entschei-
dungsfindung unterstützen und damit Fehlent-
scheide minimieren Dies ergibt weniger unnötige
Einsätze, geringere Umweltbelastung und
weniger Verkehrsunfälle.
Wasserabfluss Thunersee
Der Wasserabfluss aus dem Thunersee ist
reglementiert und erfolgt abhängig vom gemes-
senen Wasserstand des Thunersees. Die für die
Steuerung Verantwortlichen weichen jedoch
häufig aus den verschiedensten Gründen vom
Reglement ab. Der Aeschen-Laichfischfang ist
seit 1999 markant rückläufig. Die Fachstelle will
wissen, ob dies mit einer vermuteten Änderung
des Abflussregimes zusammenhängt.
Resultate
Biodiversitätsmonitoring
Schätzen von Erwartungswerten inkl. Vertrau-
ensintervallen für die Artenzahl auf Probeflä-
chen in unterschiedlichen Artengruppen für
vorgegebene Straten.
Schätzen von Erwartungswerten inkl. Vertrau-
ensintervallen für die Veränderungen der Ar-
tenvielfalt über einen Zeitraum von 5 Jahren für
eine Artengruppe für vorgegebene Straten.
IMWD
Statistische Auswertungen mit archivierten
Daten aus vergangenen Wintern haben sehr
positive Resultate ergeben. Es hat sich gezeigt,
dass das Managementsystem mit einer Fehler-
rate von ca. 15 %, bei einem Prognosefenster
von 0.5 - 3 Stunden und bezogen auf Wettersi-
tuationen von ungefähr 10 Stunden, arbeitet.
Aufgrund dieser positiven Resultate as Exper-
tensystem wurde weiter entwickelt und mit
Überwachungsmechanismen ausgerüstet, so
dass Fehlfunktionen innerhalb von < 15 Minuten
entdeckt werden können und ein operativer
Einsatz im Winter 2006/2007 möglich wird.
Das Projektteam erhielt auch eine Einladung des
XII internationalen Winterdienstkongresses in
Turin-Sestriere im März 2006 um das System in
einem Plenumsvortrag und mit einer Publikation
anderen Ländern vorzustellen. Daraus entstand
eine Publikation mit Titel „The Interactive Expert
System for Road Maintenance of the Canton
Lucerne‚. Das Projekt wurde zudem an der
Oregon State University (OSU) vorgestellt.
Wasserabfluss Thunersee
Die Untersuchung zeigt, dass es in den Jahren
2000-2004 im Vergleich zu den Jahren 1980-
1999 zu signifikanten Abweichungen vom
Reglement gekommen ist: nach 1999 sind die
Vorgaben des Reglements häufiger überschrit-
ten worden sind als vorher. Aufs Jahr gesehen
ist jedoch nicht mehr Wasser abgeflossen.
Untersucht man die für die Fischerei wichtigen
Monate Dezember-April (Laichzeit), so können in
dieser Beobachtungsperiode jedoch keine
signifikanten Unterschiede festgestellt werden.
34 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Fritz Bircher 062 426 43 85
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
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 gegenwärtigen
Arbeiten umfassen die Industrialisierung des an
der Hochschule entwickelten und zum Patent
angemeldeten Verfahrens zum Druck von Blin-
den-schrift (KTI-Projekt), die Entwicklung ver-
schiedener Verfahren für Grossflächendruck, die
Entwicklung von Druckkopfansteuerelektronik
sowie die Entwicklung von neuartigen, sehr
kostengünstigen und schnellen Beschriftungs-
verfahren für Konsumgüter.
Die Forschungsaktivitäten im Bereich „Me-
chatronische Systeme‚ liegen hauptsächlich bei
der Entwicklung von Messverfahren und moder-
nen Lösungen für Antriebs- und Handlingaufga-
ben.
Im Forschungsbereich werden viele Projektstu-
dien durchgeführt und eine grosse Zahl von
Semester- oder Diplomarbeiten angeboten.
Resultate
Im Bereich der Drucktechnologien und der
mechatronischen Systeme konnten wiederum
für mehrere Firmen erfolgreich Projektstudien
durchgeführt und Prototypen gebaut werden:
Schmiersystem für Motorradketten (Simatec
AG Wangen, 5kFr.)
Metallbalgprüfstand (Comet AG Flamatt, 15
kFr.)
Klebeverfahren für Lupen (Stettler AG Lyss, 12
kFr.)
Feuchtemessverfahren (Weko AG Biel, 16 kFr.)
Positionsmesssystem (m-engineering Münsi-
gen, 15 kFr.)
Aus den Resultaten des Vorprojektes mit m-
engineering (Mäder) wurde ein Projektkonzept
mit Angebot über 130 kFr. ausgearbeitet. Der
Auftrag ist erteilt und bereits in Ausführung.
Aus dem Vorprojekt Weko wurde ein Projekt-
konzept mit Angebot über 220 kFr. ausgearbei-
tet (zusam-men mit F. Dellspreger EKT). Das
Projekt wird weiter ausgearbeitet und 2007 bei
der KTI eingereicht.
Aus dem Vorprojekt Stettler wurde ein Projekt-
konzept mit Angebot über 170 kFr. ausgearbei-
tet. Der Entscheid über die Durchführung ist
noch hängig.
Im Forschungsbereich wurde ein neues KTI-
Projekt über Hochgeschwindigkeits-
Laserbeschriftung aus-gearbeitet und einge-
reicht. Der Entscheid der KTI steht noch aus.
Es wurden 2 BFH-Projekte ausgearbeitet,
wovon nur eines angenommen und bewilligt
wurde! Ein wei-teres BFH-Projekt wurde in
Zusammenarbeit mit Beat Neuenschwander
ausgearbeitet, eingegeben und bewilligt.
Für den hoch auflösenden Grossflächendruck
wurden ein Farbdruckkopf und die dazu erfor-
derliche Ansteuerelektronik entwickelt. Der
Druckkopf liefert ausgezeichnete Resultate, so
dass damit nun die neuste Generation des hoch
auflösenden Grossflächendruckers „MobileJET
Light‚ gebaut werden kann.
Aus dem Projekt LockBottle resultierten 2
Patentanmeldungen.
Im Forschungsgebiet wurden 6 Diplomarbeiten
und 14 Semesterarbeiten durchgeführt.
Mit einem Team von Studierenden wurde am
Europäischen Roboterwettbewerb „Eurobot‚
teilgenom-men. Das Studententeam wurde
während der ganzen Vorbereitungsdauer (7
Monate) durch die For-schungsgruppe betreut.
Als neue Werbeplattform wurde mit der Entwick-
lung eines Skiroboters begonnen.
Alle Aktivitäten im Zusammenhang mit Blinden-
schriftdruck werden nicht im Rahmen der For-
schungsent-lastung durchgeführt und sind
deshalb nicht Gegenstand dieses Projektes.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 35
Max Felser
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronische Technolo-
gien und Automation
Forschungsauftrag 390c
Schlüsselbegriffe
Industrielles Ethernet, Feldbusse, Automatisie-
rung
Kurzdarstellung des Projektes
Das PROFIBUS und PROFINET Kompetenz-
zentrum an der BFH-TI in Burgdorf hat eine
internationale Ausstrahlung. Mit verschiedenen
Publikationen zu aktuellen Themen werden die
Kompetenzen in der Technologie der industriel-
len Netzwerke dargestellt. An der Messe Em-
bedded World in Nürnberg und anderen Fach-
veranstaltungen stellen wir ein grosses Interesse
an solchen Angeboten fest.
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 „ge-
wusst wie‚. Die PROFIBUS Systeme funktionie-
ren in der industriellen Anwendung, aber nicht
allen Anwendern ist bekannt warum und wie.
Die neue Technologie PROFINET auf der Basis
von Ethernet stellt eine neue Herausforderung.
Diese neuen Normen und Produkte müssen
allgemein verständlich dargestellt und präsen-
tiert werden.
Mit diesem Projekt wird sichergestellt, dass
dieser Wissensvorsprung des Kompetenzzent-
rums auf die lokale Industrie gehalten und
Ausgebaut werden kann.
Resultate
Fachpublikationen
In verschiedenen Zeitschriften sind Fachpublika-
tionen zum Thema „Industrielle Netzwerke‚ aus
unserer Feder entstanden und publiziert worden.
Die Beiträge in den IEEE Zeitschriften sind
ausführlich reviewed worden. Die Liste der
Publikationen wird im Internet unter
http://staff.ti.bfh.ch/index.php?id=323 nachge-
führt.
Organisation von Konferenzen
Gemeinsam mit SwissT.net und der Messe
Schweiz haben wir das „Industrial Networks
Forum‚ am 22. Juni 2006 in Zürich organisiert.
Das Treffen der 35 PROFIBUS und PROFINET
Kompetenzzentren aus allen Kontinenten im
September 2006 in Winterthur wurde durch uns
organisiert und geleitet. Bei der IEEE Konferen-
zen ETFA06 (Prag) und WFCS06 (Turin) ist Prof.
Max Felser im Technical-Board als Experte für
industrielle Netzwerke engagiert, hat eigene
Papers präsentiert und an Paneldiskussionen
teilgenommen. Bei der IEEE Zeitschrift für
Technische Informatik und IEEE Proceedings
wurden einzelne Artikel reviewed.
PROFINET IO (BFH Projekt)
Das Projekt PROFINET IO wurde von der BFH
bewilligt und von uns im Laufe des 2006 mit der
Hilfe eines Assistenten durchgeführt. Dieses
Projekt deckt sich in grossen Teilen mit den
technischen Inhalten des Forschungsplanes.
Unser Einsatz aus dem Forschungsplan gilt in
diesem Projekt als Eigenleistung der BFH-TI.
36 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Hans Köppel 034-426 68 29
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Materials and Surface
Technologies
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Kurzdarstellung des Projektes
Die Wasserstrahlschneid-Anlagen wurden in den
letzten Jahren laufend weiterentwickelt. In
diesem Zusammenhang wurde auch der Was-
serstrahl zunehmend verfeinert. Zur Zeit werden
u.a. Wasserstrahldurchmesser von 50-300 µm
eingesetzt. Beim Hochdruck-
Wasserstrahlschneiden ist die Analyse des
Zustands der Düse und somit des Wasserstrahls
mit einem sehr grossen Aufwand und hohen
Kosten verbunden. Die entsprechende Industrie
ist stetig auf der Suche nach geeigneten Senso-
ren, die den Zustand registrieren.
Das Hauptziel ist die Entwicklung eines Sys-
tems, welches beim Überschreiten der Toleran
zen des Strahls ein Signal abgibt und in der
Folge den Schneidprozess stoppt. Damit kann
eine Zerstörung weiterer Komponenten und des
zu bearbeitenden Materials verhindert werden.
Dieses Detektionssystem soll in der Mischkam-
mer, direkt nach der Wasserstrahldüse ange-
bracht werden.
Wir konnten ein Detektionssystem entwickeln,
das defekte Wasserstrahldüsen über eine Sig-
nalveränderung erkennen kann. Im Rahmen des
reduzierten BFH-Budgets konnten wir die
Miniaturisierung und damit die Integration in die
Mischkammer nicht vornehmen.
Resultate
Anhand einer eingehenden Recherche- und
Ideenfindungsphase konzentrierten wir uns auf
vier verschiedene Detektionsprinzipien:
1. Optisch: Messen der Laser-Lichtstreuung an
Wassertröpfchen, verursacht durch Inkon-
sistenz in einem Wasserstrahl.
2. Akustisch: Messen von Wasserstrahl-
Geräuschen mit einem Mikrophon nach dem
Düsen- Austritt.
3. 3. Mechanische Schwingungen: Messen von
Beschleunigungen (Schwingungen) an der
Wasserstrahldüse.
4. Druck / Durchfluss: Messen des Drucks sowie
des Durchflusses der Wasserstrahlpumpe.
Danach wurden die vier Detektionssysteme im
Labor entwickelt und aufgebaut.
In einer ersten Messserie auf einer Wasser-
strahlschneidmaschine an der FH
Brugg/Windisch zeigten die Resultate, dass die
Systeme 1) und 2) erfolgversprechend sind,
System 3) und 4) dagegen brachten keine
brauchbaren Ergebnisse.
Somit entwickelten wir System 1) und 2) auf
Grund der Erkenntnisse weiter und optimierten
sowohl den Messaufbau wie auch die Adaption
an die Wasserstrahldüse.
In einer zweiten Messserie in Brugg/Windisch
mit dem optischen und akustischen System
erzielten wir vielversprechende Resultate. An-
hand der gemessenen Signale können wir mit
beiden Detektionssystemen eine neue von einer
defekten Düse unterscheiden.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 37
Alexander Leu 034 426 42 28
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Risikomanagement
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Risikoadjustierte Finanzkennzahlen, Balanced
Scorecard, Risikotheorie, VaR, CVaR, Bootstrap
Kurzdarstellung des Projektes
Return on Security Investment ROSI
Die Zentralen Dienste der Schweizer Luftwaffe
benötigen für die Beurteilung ihrer Informatikrisi-
ken und zwecks Darlegung der IT-
Sicherheitsrentabilität gegenüber dem Manage-
ment ein Steuerungs- und Controllinstrument,
welches direkt in die Balanced Scorecard des
Betriebs integriert werden kann. Bei diesem
Projekt, welches im Gebiet der Operationellen
Risiken anzusiedeln ist, wurde das Manage-
mentkonzept des Shareholder Values mit den
Methoden der Risikotheorie verknüpft. Die
gewünschten Risikoaspekte wurden konzeptio-
nell in die Balanced Scorecard integriert. Ein
excelbasiertes Risikobeurteilungstools, das
semiquantitative Eingaben erfordert, ermöglicht
es den Entscheidungsträgern die IT-
Risikorentabilität anhand der weiterentwickelten
Risikokennzahl JAR zu beurteilen.
Resultate
Return on Security Investment ROSI (JAR
Just another ROSI)
Das Projekt wurde erfolgreich abgeschlossen.
Materiell wurde ein Schlussbericht (102 Seiten)
sowie ein excelbasiertes Risikobeurteilungstool
abgegeben, welches anhand umfangreicher
Simulationen verschiedene Risikokennzahlen
wie VaR, CVaR und die weiterentwickelte
Risikokennzahl JAR ausweist.
Der Auftrag umfasste die Entwicklung eines
Konzepts mit exemplarischer Darlegung der
Funktionsweise der empfohlenen Instrumente.
Im Wesentlichen standen folgende Arbeiten im
Vordergrund:
Beurteilung von Risikonormen und Risikodefi-
nitionen
Entwicklung von Kennzahlen für die Beurtei-
lung der IT- Sicherheitsrentabilität
Integration von Risikopositionen in eine Balan-
ced Scorecard
Entwicklung eines Wahrscheinlichkeitsmodells
für die IT Risiken
Entwicklung eines Konzeptes zur Modellierung
der Prozesse
Statistische Datenanalyse der Prozesse
Modellierung Gesamtrisiko.
Da von Seiten der Luftwaffe die Daten der
einzelnen Prozesse nicht bereitgestellt werden
konnten, wurde der quantitative Projektteil der
Statistischen Datenanalyse ersetzt durch das
Entwickeln eines excelbasierten Risikobeurtei-
lungstools, das semiquantitative Eingaben
erfordert.
Die Luftwaffe beabsichtigt mit diesem Tool erste
Erfahrungen zu sammeln, die dann Grundlage
für eine weitere Projektphase bilden sollen.
38 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Christoph Meier 032 321 64 07
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Laser und Photonik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
(Optische Messtechnik, Photonik
Kurzdarstellung des Projektes Ein Autofokusmodul für einen Laser Beam
Writer zum direkten Schreiben von Mikrostruk-
turen in Photolack ist hergestellt und an den
Kunden ausgeliefert worden.
Ein Messgerät zur Bestimmung der Intensi-
tätsverteilung von hochfokussierten Lserstrah-
len ist entwickelt worden. Im Gegensatz zu
käuflichen Geräten erlaubt unsere Eigenent-
wicklung Laserspots im sub-
Mikrometerbereich auszumessen.
Eine Prototypenserie von Mikrospektrometer-
modulen ist in Produktion. Die Module sind mit
eigenentwickelter Optik und Elektronik ausge-
rüstet. Die Optik besteht aus einem einzigen
Spiegel mit einer speziellen Form welcher
durch diamantdrehen hergestellt wurde.
Eine Prototypenserie der Self-mixing Interfe-
rometer zur Messung von Geschwindigkeiten
kleiner mechanischer Bauelemente ist herge-
stellt worden. Zwei Module sind in der Test-
phase bei verschiedenen Industriepartner im
Einsatz. Zur Erfassung der sehr grossen Da-
tenmengen in einem PC via den USB Bus
wurde eine eigene Elektronik entwickelt.
Aufbau eins Optical Coherence Tomography
System mit Datanaufnahme mit einem neuarti-
gen Spektrometer.
Resultate
Autofokus
Das Autofokusmodul erfüllt alle Spezifikationen.
Insbesondere ist die Regelung der Lage des
Mikroskopobjektives mit einer Frequenz von 1
kHz und im sub-Mikrometerbereich möglich.
Das Modul ist an den Kunden ausgeliefert und
wird dort in Reinraumumgebung in den Laser-
Writer eingebaut.
Lasermessgerät
Zur Bestimmung der genauen Lage und der
Intensitätsverteilung von stark fokussierten
Laserstrahlen gibt es auf dem Markt keine
käuflichen Geräte. Unsere Eigenentwicklung füllt
diese Lücke. Durch die Anwendung von spezia-
lisierten mathematischen Algorithmen können
auch Laserprofile vermessen werden die nicht
rotationssymmetrisch respektive nicht gauss-
förmig sind.
Mikrospektrometer
Die Laborresultate die mit der neuen Optik und
Elektronik erreicht wurden sind sehr zufrieden-
stellend. Die Phase der konkreten Anwendun-
gen steht kurz bevor, der Kontakt zu verschie-
denen zum Teil namhaften Interessenten ist
vorhanden. Verschiedene Publikationen sind in
der Berichtsperiode erschienen. Die Idee zur
elektronischen Anregung des MOEMS wurde
patentiert. (siehe 4)
Self-mixing Interferometer
Das optischen Layout des Interferometers ist
patentiert worden. Durch den Verkauf eines
Prototypen an eine grosse Uhrenfirma konnte
eine Teil der Investitionen gedeckt werden.
Optical Coherence Tomographhy
Vorarbeiten, Literaturrecherche, Materialbe-
schaffung und Ausarbeitung BFH Gesuch OCT
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 39
Beat Neuenschwander 034 426 42 20
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Lasertechnologie
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Laser – micromachining and – surface engineer-
ing, short- and ultrashort- pulses
Kurzdarstellung des Projektes
Die Arbeiten in der Periode 05/06 konzentrierten
sich auf die Durchführung und Akquisition von
Projekten und Dienstleistungsaufträgen, der
Erarbeitung neuen Wissens auf dem Gebiet der
Mikromaterialbearbeitung mit kurzen und ultra-
kurzen Pulsen, der Gründung des schweizer
Lasernetzes SLN mit schweizerischer Hoch-
schulen.
Im ersten Teil der Periode wurden zwei laufende
KTI-Projekte abgeschlossen, ein neues einge-
reicht und das BFH-Projekt LOK gestartet. Die
Zusammenarbeit mit unseren Industriepartnern
lief wie gewohnt weiter. Neu wurden wir das
Applikationslabor der Time-Bandwidth Products
AG (einem führenden Hersteller von Ultrakur-
pulslaser). Dadurch ergaben eine zunehmende
Anzahl von Industriekontakten die bereits zu
einem neuen Projekt und einem Dienstleistungs-
auftrag führten.
Das Know-How in den Bereichen Mikro–bohren,
–schneiden und –strukturieren von Metallen und
transparenten Materialien wurde erweitert.
Zusätzlich haben wir an Methoden gearbeitet,
transparente Materialen ganz einfach zu Be-
schichten. Patentabklärungen sind momentan
im Gang.
Die Arbeit beim Aufbau des Schweizer Laser-
netzes SLN ( www.swisslaser.net ) wurden
weitergeführt. Das Netz ist mittlerweilen als
Verein gegründet und von der KTI als F&E-
Konsortium für 2007 anerkannt. Die Zusam-
menarbeit zwischen den Partnern wurde mit
kleineren gemeinsamen Projekten intensiviert.
Resultate
Die KTI-Projekte Biochip EOC-Kit und PINGU
wurden abgeschlossen.
Ein neues KTI-Projekt im Umfang von 333'450.-
wurde ausgearbeitet und eingereicht. Wegen
Veränderungen beim Industriepartner ist die
korrigierte Version noch nicht wieder eingereicht,
das erste Echo der KTI ist aber positiv.
Die Produktion von Laserbeschrifteten Füh-
rungsschienen für die Schneeberger AG wurde
weiter verbessert und läuft weiter. Die Schnee-
berger AG hat das entsprechende Produkt
mittlerweilen am Markt eingeführt. Es ist mit
steigender Nachfrage zu rechnen.
Das Lasernetzwerk hat sich als Verein gebildet
und wir haben die ad interim Geschäftsführung
übernommen. Aus den Kontakten haben sich
bereits zwei kleine gemeinsame Projekte (Uni
Bern, PSI) ergeben, die zu zwei Publikationen
und einem neuen KTI-Projekt führen sollten.
Die neuen Lasersysteme wurden mit diversen
Arbeiten zu den Themen Mikro–bohren, –
schneiden und –strukturieren von Metallen und
transparenten Materialien in Betrieb genommen.
Neben Metallen lassen sich auch transparente
Materialien mit ultrakurzen Pulsen im sichtbaren
Wellenlängenbereich sehr präzise, transversal im
µm und longitudinal im sub-µm Bereich, struktu-
rieren. Im UV-Bereich kann mit ps-Pulsen reines
AlO-Pulver ohne Zusatzwerkstoffe gesintert
werden. Sehr interessant sind die Arbeiten zum
Strukturieren von flexiblen Solarzellen, die erst in
der nächsten Berichtsperiode zu einem ersten
Abschluss kommen (er wird erfolgreich sein).
Das BFH-Projekt LOK ist gestartet. Aufgrund
des gesundheitlichen länger dauernden Ausfalls
eines Kollegen konnte nicht nach dem Projekt-
plan vorgegangen werden. Bei verwandten
Arbeiten haben wir eine Möglichkeit gefunden,
wie auf transparenten Materialien in ganz einfa-
cher Weise verschiedene Beschichtungen
(dielektrisch, Leiter und Halbleiter) aufgebracht
werden können. Zusätzlich wurden mit Laser-
pulsen direkt Oberflächeneigenschaften (Farbe,
Härte usw.) von ausgesuchten Metallen verän-
dert. Beide Arbeiten sind auf grosses Interesse
gestossen (Uhrenindustrie, Eloxierer). Möglich-
keiten zur Patentierung der entsprechenden
Verfahren sind in Gang.
40 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Peter Walther
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Oberflächenveredelung & -
analytik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Nanotechnik, Mikrosystemtechnik, Nanotools,
Oberflächenfunktionalität, Nanomaterialien
Kurzdarstellung des Projektes
Das Projekt hatte zum Ziel, die Aktivitäten der
Fachhochschulen der Schweiz im bereich der
Nanotechnologien zu koordinieren und ein
Nachdiplomstudium im Bereich Nano und
Mikrotechnik aufzubauen, das zu einem späte-
ren Zeitpunkt in einen Masterstudiengang „Mas-
ter of Advances Studies (MAS) in Nano-and
MicroTechnology‚ überführt werden soll. Dazu
wurden Kurseinheiten, die jeweils eine Woche
dauern, organisiert und entsprechende Kursun-
terlagen, sog. Booklet erstellt. Zurzeit stehen ca.
30 Wochenkurse auf dem Programm.
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.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 41
Roger Weber 034 426 68 45
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Mechatronische Technolo-
gien und Automation
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Embedded Systems, Echtzeit-Betriebssysteme,
Embedded Linux, Echtzeit Kernel
Kurzdarstellung des Projektes
In der Industrie und im privaten Bereich werden
immer häufiger Embedded Systems eingesetzt.
Embedded Systems bestehen aus Hardware
und Software und werden in ein sie umfassen-
des Produkt integriert (eingebettet), welches sie
steuern. Einsatzgebiete sind die Industrieauto-
mation, Telekommunikation, Medizinaltechnik,
Sicherheitstechnik, Consumer Electronics usw.
Die Anforderungen an diese Systeme steigen
laufend, was sich sowohl auf die verwendete
Hardware aber insbesondere auch auf die
Software auswirkt. Obwohl diese Systeme sehr
kostensensitiv sind, werden vermehrt Embed-
ded Operating Systems (Betriebssysteme)
eingesetzt. An diese Operating Systems werden
sehr hohe Anforderungen bezüglich Echtzeitver-
halten, Kommunikationsmöglichkeiten (Internet-
Anbindung), Stabilität (Ausfallsicherheit) usw.
gestellt.
Während diesem Projekt wurden die Kompeten-
zen der BFH-TI auf dem Gebiet "Embedded
Operating Systems" und insbesondere in den
Bereichen "Embedded Linux" sowie "Echtzeit
Kernel" ausgebaut.
Resultate
Neue Mikroprozessor-Plattform für die
BFH-TI
An der BFH-TI wurde und wird eine neue Mikro-
prozessor-Plattform entwickelt (carme.bfh.ch),
für welche ich die Projektleitung übernommen
habe. Diese Plattform wird fachbereichsüber-
greifend für den Unterricht aber auch für Indust-
rie-Schulungen und Projekte eingesetzt. Auf ihr
kommen unterschiedliche Echtzeit-
Betriebssysteme wie Linux, uC/OS-II oder
Windows CE zum Einsatz. Im Berichtsjahr
haben wir einen Hardware-Prototypen entwi-
ckelt, software-seitig gibt es noch viel zu tun.
Die Arbeit wird weitergeführt. Der erste Einsatz
des neuen Kits ist für das Sommersemester
2007 geplant.
Unterrichtsmodul "Embedded Linux"
Im FB EKT wurde im Jahre 2006 erstmals das
Wahlmodul "Embedded Linux" durchgeführt.
Das Modul habe ich zusammen mit Franz Meyer
unterrichtet. Aufgrund des grossen Interesses
bei den Studierenden wurde das Modul doppelt
durchgeführt. Ergebnisse aus der aF&E sind
direkt in das Modul eingeflossen.
Unterrichtsmodul "Echtzeit-
Betriebssysteme"
Das Vertiefungsmodul "Echtzeit-
Betriebssysteme" habe ich aktualisiert. An der
Embedded World in Nürnberg 2006 wurden
direkte Kontakte zur Herstellerfirma des verwen-
deten Betriebssystems (uC/OS-II) geknüpft, was
uns einen Zugang zu den neuesten Versionen
des Source-Codes und einen ausgezeichneten
Support durch den Hersteller einbrachte.
Weitere Resultate
Diverse Kontakte mit der Industrie aufgebaut
(insbesondere Inetronic und Digital-Logic)
Teilnahme an der Embedded World in Nürnberg
2006 als Aussteller zusammen mit anderen FH
der Schweiz (Prof. Felser / Meyer / Weber)
Offerte Projekt BikeSafe erstellt, das Projekt
konnten wir leider nicht realisieren
42 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Erich Wyler 079 820 97 01
Forschungsschwerpunkt(e) PT
Forschungsfeld(er) Risikomanagement
Forschungsauftrag 380h
Erich Wyler hat auch in folgenden Projekten
mitgearbeitet:
Wasserabfluss Thunersee:
-> siehe Bericht von Daniel Bättig
Interventionsmanagement Winterdienst IMWD:
-> siehe Bericht von Daniel Bättig
Biodiversitätsmonitoring:
-> siehe Bericht von Daniel Bättig
Return on Security Invesment ROSI:
-> siehe Bericht von Alexander Leu
Schlüsselbegriffe
Frequenzanalyse, Extremwerttheorie, Simple-
Scaling-Modelle, IDF-Diagramme
Kurzdarstellung des Projektes
EROSEE (www.erosee.ch)
Das Projekt EROSEE hat zum Ziel, die Wir-
kungsmechanismen von Erosionsprozessen im
Bielersee besser zu verstehen und Praxisemp-
fehlungen zum Schutz von Seeufern zuhanden
von Behörden und Ingenieuren zu erarbeiten.
Das i-REX hat die Themen Wellen- und Wind-
analyse bearbeitet.
In der Wellenanalyse kamen etablierte Methoden
und Techniken zum Einsatz (Fourieranalyse). Bei
der Windanalyse, wo die maximalen T-Minuten-
Windintensitäten im Vordergrund standen,
konnte auf der Basis von MAX- und POT-
stabilen Verteilungen (Extremwertverteilungen)
ein neues Modell (Simple-Scaling-Modell) entwi-
ckelt werden. Mit diesem Modell ist es möglich,
die bis anhin nur auf unbefriedigende Art und
Weise berechneten IDF-Diagramme (Intensity-
Duration-Frequency) auf eine mathematisch
statistische Grundlage zu stellen. Erstmalig
können die IDF-Diagramme mit einer geschlos-
senen, von nur drei Parametern abhängenden
Formel berechnet werden.
Resultate
Verschiedene technische Beiträge zu den Zwi-
schen- und Schlussberichten.
Poster an einer Fachtagung:
B. Müller, S. Sayah, E. Wyler, P. Schmocker
[2005]:
Soft shore protection in swiss lakes: physical
modeling and in-situ measurements
Vortrag an einer Fachtagung:
Wyler, E. 2006, 18. Mai. Frequenzanalyse bei
Winduntersuchungen mit Simple-Scaling-
Modellen. Fachtagung Erosionsprozesse und
Schutzmassnahmen an Seeufern, Sutz-
Lattrigen.
Publikation:
Wyler, E, 2006. Frequenzanalyse bei Windunter-
suchungen mit Simple-Scaling- Modellen,
Communication, Bd 27, p 67-76, LCH, EPFL
Die Entwicklung des neuen Simple-Scaling-
Modells ist aus mathematisch statistischer Sicht
das bemerkenswerteste Resultat.
Das Simple-Scaling-Modell auf der Grundlage
von MAX- und POT-stabilen Verteilungen stellt
eine wissenschaftliche Leistung dar. Mit diesem
Modell wurden die IDF-Diagramme (Intensity-
Duration-Frequency), die in der Windanalyse
eine wichtige Rolle spielen, auf eine mathema-
tisch statistische Grundlage gestellt werden.
Erstmalig können die IDF-Diagramme mit einer
geschlossenen, von nur drei Parametern abhän-
genden Formel berechnet werden.
Die Resultate konnten bislang noch nicht in der
Lehre umgesetzt werden. Die verwendeten
Grundlagen und Methoden liegen ausserhalb
des Unterrichtsstoffs. Im Jahre 2002 hat Erich
Wyler an der AHB ehe-mals HSB zwei Diplom-
arbeiten begleitet, wo die Erstentwicklungen des
Simple-Scaling-Modells zum Einsatz kamen.
Diese Diplomarbeiten wurden mit einem SIA-
Preis ausgezeichnet.
Das Projekt EROSEE ist für die Region Biel und
den Kanton Bern bedeutend. Da das Projekt in
Zusammenarbeit mit der ETH Lausanne erfolgte,
hat es auch eine nationale Ausstrahlung. Alle
Mitwir-kenden geniessen in der Projektgruppe
einen ausgezeichneten Ruf.
Die Sachbearbeitung im letzten Jahr des Pro-
jekts 05/06 erfolgte unentgeltlich.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 43
Forschungsschwerpunkt
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]
Point fort de recherche
Technologie appliquée à
l’être humain
Aujourd’hui, la manipulation d'outils électroni-
ques 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 emprein-
tes digitales et l’iris revêt un caractère prioritaire
en biométrie, sachant que l’accent est mis en
particulier sur la méthode de la biométrie in-
tégrée "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 con-
centrent sur les solutions System on Chip pour
la microélectronique.
Contact: [email protected]
44 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
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
For work package C, we achieved the following
results:
Definition of the intra-operative workflow
scenario for a Proximal Femur Nail (PFN)
surgical intervention which has been vali-
dated by the medical team members
Design of the simulation software archi-
tecture, especially the of a common data
basis and a network protocol between the
3D simulation and the workflow engine
Concept of the workflow description and
definition of the corresponding workflow
language
Development of a feasibility prototype of
the workflow engine and operation room
visualization
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 45
Werner Bäni 034 426 68 39
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality, Biometrie und Authentifizierung
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Signal Processing, Audiovisual Quality Assess-
ment, Signature Verification, Musical Signals
Kurzdarstellung des Projektes
AVMon für Symbian – Monitoring der audio-
visuellen Qualität
AVMon war ein von KTI unterstütztes Projekt mit
dem Industriepartner SwissQual AG, der Syste-
me zur Überwachung der Quality-of-Service in
fixen und mobilen Netzwerken entwickelt. Das
Hauptziel dieses Projekts war ein direkt auf
Mobiltelefonen laufendes Bewertungssystem für
die audiovisuelle Qualität.
Musamp3: Musik- und Sprachanalyse auf
der Basis von MP3
In diesem Projekt, weitergeführt in meinem
Sabbatical (Wintersemester 06/07), wurde ein
modulares MP3-Experimentiersystem auf Mat-
lab-Basis aufgebaut. Dieses soll in Semester-
und Diplomarbeiten Anwendung finden.
SIGNVERIF und DWB-Cardio
Diese (im Forschungsplan noch nicht enthalte-
nen) Aktivitäten waren Vorarbeiten zu zwei BFH-
Projekten 2007, die inzwischen bewilligt wurden.
Im ersten (Zusammenarbeit mit der Spinoff-
Firma AXSionics der BFH), soll Unterschriften-
prüfung auf einem kreditkartengrossen Gerät
implementiert werden, im zweiten (Zusammen-
arbeit mit dem physiologischen Institut der
Universität Bern) müssen elektrische Signale aus
Herzzellkulturen so aufbereitet und platzsparend
gespeichert werden, dass sie für spätere Aus-
wertungen verfügbar sind.
Resultate
AVMon für Symbian – Monitoring der audio-
visuellen Qualität
Die auf einem früheren KTI-Projekt und früheren
Entwicklungsarbeiten bei SwissQual basieren-
den Algorithmen für Video- und Audio-Qualität
wurden an die spezielle Situation bei Mobilte-
lephonen angepasst (Laufzeit, Speicherbedarf)
und miteinander kombiniert. Die Einstellung der
Parameter des kombinierten Qualitätsmasses
beruhen auf subjektiven Tests, die mit Angehö-
rigen der BFH-TI in Burgdorf durchgeführt
wurden. Die Algorithmen wurden auf das Mobi-
le-Betriebssystem Symbian portiert. Bei Projek-
tende bestand eine funktionstüchtige PC-
Version des Systems.
Musamp3: Musik- und Sprachanalyse auf
der Basis von MP3
Das Literaturstudium gestattete mir, im darauf-
folgenden Sabbatical die Programmierarbeiten
an die Hand zu nehmen.
SIGNVERIF und DWB-Cardio
SIGNVERIF: Der in einer Diplomarbeit entwickel-
te Algorithmus zur Unterschriftenprüfung konnte
ohne grössere Abstriche an Zuverlässigkeit an
die Ressourcen des Zielprozessors angepasst
und mittels eines Entwicklungsboards auf die-
sem implementiert werden. Abklärungen bezüg-
lich der benötigten miniaturisierten Hardware
untermauerten die Machbarkeit des Projekts.
DWB-Cardio: Es wurden Algorithmen zur Ex-
traktion der gewünschen Signalinformationen
und zu deren effizienter Speicherung entwickelt
und getestet.
In beiden Fällen dürften diese Vorarbeitungen
zur positiven Beurteilung der Projekte durch die
Forschungskommission beigetragen haben.
46 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Jürgen Burger 032 321 63 84
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Medizintechnik
Forschungsauftrag 388h
Schlüsselbegriffe
Sensoren, Aktuatoren, Medizintechnik, Operati-
onsinstrumente, Implantate
Kurzdarstellung des Projektes
Until recently handling of orthopaedic implants
was done with the help of often rather simple
instruments focused in their design on guidance
and fixation. Providing no kinematic or haptic
feedback during the intervention the success is
clearly depending on the experience of the
surgeon and complications have continuously
been reported in the orthopaedic literature. At
the same time surgical approaches have be-
come less or even minimally invasive constantly
reducing the exposure to the surgical object. So
far surgical navigation technology does not
provide any information or control on stresses
and stress resultants in tissue and orthopaedic
devices. Stresses in the tissue of the locomotor
apparatus are part of the daily life, e.g., during
walking, exercises, at the work place, when
sitting, lifting, etc. Therefore the goal of the
project was to develop smart, load sensing
instruments for spine surgery which can be used
for in-vivo measurements at patients to deter-
mine on a local scale the stiffness of the spine
for corrections of scoliotic deformities, interven-
tions at the disc, spinal stabilizations and spinal
disc replacements.
Resultate
Spinal distractor
A new version of the spinal distractor has been
designed allowing well defined measurements
for lumbar discectomies and posterior lumbar
interbody fusion (PLIF) surgeries which are
planned for the coming years. The new distrac-
tor will allow a parallel distraction of the spinal
segments allowing a better defined and stable
force introduction point. The sensors will be
positioned close to the hinge of the distractor in
order to improve the precision of the force
measurements. Force- and displacement sen-
sors will be monolithically integrated into a
sensor block which will be exchangeable and
semi-disposable. Data will be transmitted wire-
less using a Nordic nRF24L01 module which
has been chosen because of its simplicity, size,
transmission frequency, hardware OSI link layer,
and multireceiver option.
In vivo spinal Surgeries performed
At Christian-Doppler Klinik, Salzburg, Austria, a
clinical study is going to be performed on two
groups of patients with high and low spinal
stability. In order to obtain more information
about the vertebrae’s motion during the mea-
surement we developed a distractor equipped
with navigation’s markershields. New tests were
performed with a complete computer navigation
system using a passive tracking camera. The
objective was to visualize the complete 3D
motion of the vertebrae and quantify the angle
and the rotation during the distraction from the
spinous processes.
Fractometer
The analysis of the basic construction has
shown potential for improvement in the calibra-
tion, reduction of mechanical play and fixation
for the optical sensors as well as the user friend-
liness and fixation of the sensor to the fixateur
externe. The search for variants for development
of an improved prototype resulted in the follow-
ing solution: A new mechanism for calibration
uses a linear guiding system and a micrometer
screw for reliable adjustment of the optical
components. This way, most of the mechanical
play is eliminated. This new method also effec-
tively improves user friendliness.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 47
Roger Cattin 032 321 63 19
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Kurzdarstellung des Projektes
Im Rahmen dieses Projekts wird eine Mikroka-
mera 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. In Zusammenarbeit mit dem
Institut für Mikrotechnologie der Universität
Neuenburg) wird an der Entwicklung einer
extrem kleinen Kamera mit Mikrolinsenarrays
gearbeitet.
Weiter arbeiten wir an der Entwicklung von
neuen Algorithmen für die Merkmals-Erkennung
in der Iris. Ein Software-Framework ist erarbeitet
worden, 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 wenig
Resourcen (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. Der Design der Kamera ist
abgeschlossen und erste Testergebnisse sind in
Kürze zu erwarten.
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.
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
notwendige extrem kleinen Strukturen herzustel-
len und eine Experimentalkamera aufzubauen.
Der Funktionsnachweis konnte erbracht werden.
Zurzeit laufen Untersuchungen für die optimale
Bildvorverarbeitung.
48 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Jürgen Eckerle 032 16 312
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Virtual Reality, Planning, Osteosynthesis, Opti-
mization
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.
As a result, an interactive simulation framework
is to be developed which can be used for preo-
perative 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
Since the HOVISSE project takes 3 years, there
are only preliminary results available at the
moment. The following sub-goals have been
reached:
(R1) Originally, I planned to work in the COSTA
project submitted at SNSF by Urs Künzler in
May 2005. However, the submission was finally
rejected. As a result, I joined to the HOVISSE
project. My preliminary studies and work ap-
peared in HOVISSE/ORISOS Research Projects,
Scientific Papers Survey, April 2006, p. 5-8.
(R2) The intra-operative workflow scenario for a
Proximal Femur Nail (PFN) surgical intervention
is completely documented and validated in a
meeting visited by the medical team members
and by us. This workflow documentation yield a
workflow diagram including all the persons
involved and all the actions done during the
surgery. It provides the basis for the actual
simulation and the optimization of this PFN
scenario (see HOVISSE, Progress Report 1,
January 2007).
(R3) I developed a path planning algorithm
needed for the simulation module to compute a
plausible and realistic path for the simultaneous-
ly acting agents in the 3D virtual world.
(R4) I outlined a novel two-level problem solving
process for optimizing the workflow (as de-
scribed below in more detail).
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 49
Stephan Fischli 031 848 32 74
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
(Virtual Reality, Augmented Reality, Osteo-
synthesis
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
For work package C, we achieved the following
results:
Definition of the intra-operative workflow
scenario for a Proximal Femur Nail (PFN) sur-
gical intervention which has been validated by
the medical team members
Design of the simulation software architec-
ture, especially of a common data basis and a
network protocol between the 3D simulation
and the workflow engine
Concept of the workflow description and
definition of a corresponding workflow lan-
guage
Development of a feasibility prototype of the
workflow engine and operation room visualiza-
tion
50 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Claude Fuhrer 032 321 63 36
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
The progress achieved so far for work package
A has concentrated on the elaboration of a
comprehensive set of medical user requirements
needed for the pre-operative osteosynthesis
planning. Additionally we focused on the specifi-
cation and engineering of a generic software
architecture as a firm basis for the development
of the work package specific applications. Much
research was done to find algorithms for efficient
bone data segmentation, fragmentation as well
as for procedures for mesh operations and
collision detection between arbitrary shaped
mesh geometries.
As concrete result, one has developed a test
wrapper for feeding the RAPID collision detec-
tion library with the medical geometrical data.
On one side, this would allow us to measure if
the performance of this data translation meets
the requirements of the projects and, on the
other side, it would be used to implement and
test the collision handling processing.
As HOVISSE is three year research project, the
work in the individual work packages is still work
in progress and therefore only preliminary results
are available yet.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 51
Dr. Josef Goette 032 321 67 31
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Mikrotechnologien
Forschungsauftrag 390h
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 unseres Projekts ist es, einer Idee zur
Sigma-Delta AD Wandler Realisierung zum
Durchbruch zu verhelfen, bei welcher der analo-
ge Sigma-Delta Modulator ohneaktive analoge
Komponenten, mit lediglich einem Widerstand
und einer Kapazität,realisiert werden kann;
damit eine Integration der analogen Schaltungs-
teile überflüssigwird; und damit nur noch das
digitale Filter des Sigma-Delta AD Wandlers
„integriert‚ werden muss. Dabei kann „integriert‚
bedeuten, dass dieses Filter tatsächlich zusam-
men mit der erwähnten anwendungsspezifi-
schen Hardware integriert ist; „integriert‚ kann
auch bedeuten, dass das Filter als Teil der
Software des erwähnten Mikroprozessors
realisiert ist. Unabhängig von der konkreten
Realisierung ist wichtig, dass mit unserer Idee
der Anwendungsbereich der Sigma-Delta AD
Wandler-Technologie auf Einsätze mit kleinsten
Stückzahlen erweitert wird: Wir haben einen
sehr günstigen AD Wandler mit Hilfe eines
Widerstandes, einer Kapazität, einem binären
Eingangs- und einem binären Ausgangsport der
digitalen Hardware realisiert.
Resultate
Es konnte eine neuartige MinimalArchitektur für
den SigmaDelta Modulator zum Einsatz in
SigmaDelta AD Wandlern erarbeitet werden.
Diese MinimalArchitektur 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
SensorDaten gewandelt werden müssen und
strenge Anforderungen an das Preis/Leis tungs-
verhältnis 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 in den WandelProzess die theoreti-
sche Limite der ursprünglichen Architektur
aufheben kann, ohne die ursprüngliche Idee des
„digitalonly‚ Wandlers zu verraten.
Durch die erworbene Kompetenz ist es uns im
letzten Teil des Berichtsjahres möglich gewor-
den, für den Industriepartner HMT einen Consul-
tingAuftrag durchzuführen. Dieser Auftrag wird
im Jahr 2007 in ein KTI Projekt münden.
52 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Dr. Marcel Jacomet 032 321 67 31
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Mikrotechnologien
Forschungsauftrag 390h
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 unseres Projekts ist es, einer Idee zur
Sigma-Delta AD Wandler Realisierung zum
Durchbruch zu verhelfen, bei welcher der analo-
ge Sigma-Delta Modulator ohneaktive analoge
Komponenten, mit lediglich einem Widerstand
und einer Kapazität,realisiert werden kann;
damit eine Integration der analogen Schaltungs-
teile überflüssigwird; und damit nur noch das
digitale Filter des Sigma-Delta AD Wandlers
„integriert‚ werden muss. Dabei kann „integriert‚
bedeuten, dass dieses Filter tatsächlich zusam-
men mit der erwähnten anwendungsspezifi-
schen Hardware integriert ist; „integriert‚ kann
auch bedeuten, dass das Filter als Teil der
Software des erwähnten Mikroprozessors
realisiert ist. Unabhängig von der konkreten
Realisierung ist wichtig, dass mit unserer Idee
der Anwendungsbereich der Sigma-Delta AD
Wandler-Technologie auf Einsätze mit kleinsten
Stückzahlen erweitert wird: Wir haben einen
sehr günstigen AD Wandler mit Hilfe eines
Widerstandes, einer Kapazität, einem binären
Eingangs- und einem binären Ausgangsport der
digitalen Hardware realisiert.
Resultate
Es konnte eine neuartige MinimalArchitektur für
den SigmaDelta Modulator zum Einsatz in
SigmaDelta AD Wandlern erarbeitet werden.
Diese MinimalArchitektur 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
SensorDaten gewandelt werden müssen und
strenge Anforderungen an das Preis/Leis tungs-
verhältnis 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 in den WandelProzess die theoreti-
sche Limite der ursprünglichen Architektur
aufheben kann, ohne die ursprüngliche Idee des
„digitalonly‚ Wandlers zu verraten.
Durch die erworbene Kompetenz ist es uns im
letzten Teil des Berichtsjahres möglich gewor-
den, für den Industriepartner HMT einen Consul-
tingAuftrag durchzuführen. Dieser Auftrag wird
im Jahr 2007 in ein KTI Projekt münden.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 53
Urs Josi 031 332 85 77
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Computer Perception and
Virtual Reality 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
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 therotische Berech-
nung der Steifigkeit eines Knochens.
In der Literatur sind verschiedene Ansätze
publiziert nach welchen Graustufen von CT-
Daten in mechanische Eigenschaften umge-
rechnet werden. Formal gleichen sich die Ansäz-
te, während die quantitative Umsetzung zu
relevanten Abweichungen zwischen den ver-
schiedenen Publikationen führen.
Es kann nun durch meine Arbeiten aufgezeigt
werden welche Ansätze zu praxisrelevanter
Umsetzung führen, sodass die im Gesamtkon-
text von HOVISSE geforderten Aufbereitungs-
und Bearbeitungszeiten (mit hinreichender
Genauigkeit) für auszuführende mechanische
Simulationen sinvoll durchgeführt werden kön-
nen. Dieser gefundene Ansatz ist fü eine präo-
perative Planung der Operation innerhalb nützli-
cher Frist unabdingbar.
54 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Urs Künzler 032 321 63 43
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Umsetzung der Bologna-
Reform
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
(min 3 / max 5) Virtual Reality, Augmented
Reality, Osteosynthesis
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
The progress achieved so far for work package
A has concentrated on the elaboration of a
comprehensive set of medical user requirements
needed for the pre-operative osteosynthesis
planning. Additionally we focused on the specifi-
cation and engineering of a generic software
architecture as a firm basis for the development
of the work package specific applications. Much
research was done to find algorithms for efficient
bone data segmentation, fragmentation as well
as for procedures for mesh operations and
collision detection between arbitrary shaped
mesh geometries.
The FEA^modeling of the biomechanical proper-
ties of work package B1 has successfully
started through the evaluation of a concept for
the topology independent assignment of materi-
al properties within the simulation model. Consi-
derable research went into the elaboration of an
appropriate procedure to extract voxel based
Houndsfield values from medical CT scans in
order to be integrated into the bone surface
model.
Additionally, for work package C, the intra-
operative workflow scenario for a Proximal
Femur Nail (PFN) surgical intervention is com-
pletely defined and validated by the medical
team members. This workflow specification will
provide the basis for the actual simulation and
optimization runs of this PFN scenario. Techni-
cally we now have a stable software architecture
and a validated feasibility prototype for the
workflow engine and operation room visualiza-
tion and partly also for the animation compo-
nent. As HOVISSE is three year research
project, the work in the individual work pack-
ages is still work in progress and therefore only
preliminary results are available yet.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 55
Yves Mussard 032 321 63 83
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Mechatronische Technolo-
gien und Automation, Medizintechnik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Micro-Factory, Micro-robot, Robot for Eaer
surgery
Kurzdarstellung des Projektes
Projet "Micro Factory"
Ce projet consiste à concevoir et développer
des systèmes de production de très petites
tailles. participation et demande de participation
à des conférences. Un mini robot a été déve-
loppé à la HESBTI qui doit servir de base pour la
Micro Factory.
Le projet se poursuivra avec des études et des
développement pour les systèmes de transfert
et les systèmes d'alimentation (Zuführsysteme)
Projet "Mechatronic Assistance For Hear
Surgery"
C'est un projet CTI sur lequel nous travaillons
avec l'université de Berne, l'Hôpital de l'Ile et
l'entreprise
Cochlear acoustics.
Il s'agit de développer un mini-robot pour aider
le chirurgien lors d'opération dans l'oreille
moyenne.
Resultate
Projet "Microfactory"
préparation en commun avec le CSEM :
- d'une conférence lors de l' IPAS (Interna-
tional Precision Assembly Seminar) à
BadhofgasteinAustria les 19-22 February
2006 (cf. annexe 1)
- demande de participation à la IWMF (In-
ternational Workshop on MicroFactories) à
Besançon (oct 2006) (cf. annexe 3)
le robot développé à la BFH-TI a été industria-
lisé. Nous avons ensuite effectué la caractéri-
sation du robot.
Projet "Mechatronic Assistance For Hear
Surgery"
un projet CTI d'une durée de 2 ans a été
conclu avec l'université de Berne, l'Hôpital de
l'Ile et l'entreprise Cochlear acoustics à Lau-
sanne ( cf. annexe 3)
un premier prototype a été développé puis
fabriqué. Ce prototype est actuellement en
phase de programmation et de test.
56 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Heinrich Schwarzenbach
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er)
Forschungsauftrag 185h
Schlüsselbegriffe
Implantatsimulation mit FEM, alternierender
Spinnprozess
Kurzdarstellung des Projektes
Traumatologie, FEM-Simulation eines
Implantates
Modellentwicklung der Verbindung Knochen
und Implantat, damit das Heilungsverfahren bei
Einsatz eines Fixateurs extern mittels rechneri-
scher FEM-Simulation quantifiziert werden kann.
KTI-Projekt 6609.3 Alternative Ansätze für
Infusionsset (AAIS)
Ein neuartiges Spinnverfahren zur Kanülenher-
stellung wurde entwickelt und gebaut. Mit dem
neuartigen Verfahren ist die Herstellung eines
Kapillars möglich, der abschnittsweise aus zwei
unterschiedlichen Materialien besteht, hartes
Material für die Spitze und weiches Material für
die Kanüle.
Resultate
Traumatologie, FEM-Simulation eines
Implantates
Die Aufteilung des Kraftflusses auf den Fixateur
und auf den genesenden Knochen wurde
qualitativ errechnet. Es zeigt sich, dass der
Knochen sehr viel schneller den Hauptteil der
Kräfte aufnimmt als vermutet und der Fixateur
bereits nach wenigen Tagen nur die Aufgabe der
Positionierung hat.
KTI-Projekt 6609.3 Alternative Ansätze für
Infusionsset (AAIS)
Es ist gelungen die Anlage und den Prozess für
ein völlig neuartiges Spinnverfahren zu entwi-
ckeln, zu bauen und damit funktionsfähige
Kanülen aus abschnittsweise verschiedenen
Materialien zu produzieren. Die geforderte
Knicksteifigkeit wurde erreicht. Die Nadelspitzen
konnten so geschliffen werden, dass die Penet-
rierfähigkeit möglich ist. Die Dehnungsreserven
des Endproduktes sind jedoch noch unter den
geforderten Werten, der Einsatz ist somit ohne
weitere Untersuchungen nicht möglich.
BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden 57
Andreas Stahel 032 321 62 58
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) Medizintechnik
Forschungsauftrag 390h
Schlüsselbegriffe
Kurzdarstellung des Projektes
Simulationen und Multiphysics FEM Simu-
lationen in der Medizintechnik
Im Bereich verschiedener medizintechnischer
Anwendungen werden mechanische Simulatio-
nen und Multiphysics FEM Simulationen für
Produktentwicklungen z.B. im Bereich Orthopä-
die und Ophthalmologie durchgeführt.
Die prinzipalen Anwendungebereiche sind
Ophtalmologie und Orthopädie.
Resultate
Orthopädie
Für die klinische Studie an der Christian-
Doppler-Klinik Salzburg wurden in-vivo Messu-
gen an der Wirbelsäule mit einem Distraktor
durchgeführt, um Aussagen über die Steifigkeit
sowie über das biomechanische Verhalten der
Wirbelsäule zu erhalten. Dabei wurde ein dorsa-
ler Distraktor der Firma Synthes so modifiziert
werden, dass der Distraktor zwischen zwei
Processi Spinosi eingeführt werden kann. Auf
diese Weise wurde die direkte Distraktion zweier
Wirbelkörper möglich. Mittels mechanischen
Simulationen musste dabei mit hoher Sicherheit
sichergestellt werden, dass der Distraktor
während der Operation aufgrund der modifizier-
ten Spitze nicht bricht. Massnahmen zur Erhö-
hung der Sicherheit des Operationsinstruments
werden vorgeschlagen. Einfache FEM Berech-
nungen zur Festigkeit der Distraktoren wurden
ausgeführt.
Ophthalmologie
Im Rahmen des Industrieprojekts zur Entwick-
lung eines neuartigen Operationssystems zur
Behandlung von Altersweitsichtigkeit ist die
Stabilität des entwickelten Mikrokeratoms
mittels Simulationsrechnungen zu verifizieren. In
Zusammenarbeit mit dem MEMCenter der
Universität Bern werden metabolischen Stoff-
wechselvorgänge in der Cornea nach Schneiden
eines kleinen Tunnels und Implantation eines
optischen Inlays simuliert. Insbesondere werden
der Sauerstofftransport im Stroma der Cornea
simuliert, womit Aussagen über die mögliche
Trübung der Cornea gemacht werden.
58 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden
Martin Züger 031 332 85 77
Forschungsschwerpunkt(e) TAM
Forschungsfeld(er) CPVR
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 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 Kochen in 3D FEM Simulatio-
nen auseinander gesetzt.
Dabei habe ich ein Konzept entwickelt, welches
es erlaubt, Werkstoffdaten aus dem CT-
Datensatz FE-Netz unabhängig dynamisch in ein
FE-Modell zu integrieren. Dieser Ansatz ist in
der Literatur nicht vorhanden. Die Werkstoffda-
ten (Steifigkeitseigenschaften, welche aus den
Graustufen des CT-Datensatzes berechnet
werden müssen) werdenüber ein von mir defi-
niertes Datenformat mit einem 3D-Modell ver-
knüpft. Bei den herkömmlichen, in der Literatur
aufgeführten Verfahren werden die Werkstoffda-
ten über Programmschnittstellen direkt den
bereits vorher generierten Finiten Elementen
zugewiesen. Das heisst, dass Diskretierung der
Werkstoffeigenschaften mit der Diskretierung
des Netzes gekoppelt ist. Eine Neuvernetzung
des Modelles erfordert die komplette Neudefini-
tion der Werkstoffdaten.
Der neu gefundene Ansatz ermöglicht die Ein-
bindung eines voxelartig aufgebauten Werk-
stoffdatensatzes, welcher dynamisch, bei der
Generierung der Jobdateien, dem FE-Modell
mitgegeben wird. Dadurch wird es möglich, die
Werkstoffdaten FE-Netz unabhängig zu generie-
ren. Zudem besteht nun die Möglichkeit, die in
der Realität unscharfe Trennung zwischen
Kortikalis und Spongiosa ebenso unscharf
abzubilden, sofern die CT-Daten fein genug
gesampelt sind und das FE-Netz die nötige
Feinheit aufweist.
Top Related