Modeling IT Availability Risks in Smart Factories

In the course of the ongoing digitalization of production, production environments have become increasingly intertwined with information and communication technology. As a consequence, physical production processes depend more and more on the availability of information networks. Threats such as attacks and errors can compromise the components of information networks. Due to the numerous interconnections, these threats can cause cascading failures and even cause entire smart factories to fail due to propagation effects. The resulting complex dependencies between physical production processes and information network components in smart factories complicate the detection and analysis of threats. Based on generalized stochastic Petri nets, the paper presents an approach that enables the modeling, simulation, and analysis of threats in information networks in the area of connected production environments. Different worst-case threat scenarios regarding their impact on the operational capability of a close-to-reality information network are investigated to demonstrate the feasibility and usability of the approach. Furthermore, expert interviews with an academic Petri net expert and two global leading companies from the automation and packaging industry complement the evaluation from a practical perspective. The results indicate that the developed artifact offers a promising approach to better analyze and understand availability risks, cascading failures, and propagation effects in information networks in connected production environments

Development of management strategies to control soil erosion in field grown vegetables with a focus on white cabbage (Brassica oleracea convar. capitata var. alba L.)

Soil erosion by wind and water is a widely recognized problem throughout the world. Field grown vegetables, such as white cabbage (Brassica oleracea convar. capitata var. alba L.), are particularly endangered by soil erosion because of high disturbance tillage, including deep inversion tillage by the mouldboard plough. Furthermore, wide row spacing and late soil covering by leaves intensify the problem. In light of this, field experiments were conducted from 2011 to 2013 in southwest Germany to investigate, develop and adapt soil erosion control strategies, in particular for field grown vegetables, with white cabbage as a model crop. Focus was placed first, on the use of row covers (fleece and nets), which are usually used as frost protection or for pest control in organic farming, and second, on the development and adoption of strip-tillage for field grown vegetables, which combine the benefits from conventional tillage (high yields) and no-tillage (erosion control). Artificial rainfall simulations demonstrated a high erosion control by row covers. Soil loss under fleece cover was reduced on average by 76% and under net cover by 48% compared to the uncovered control treatment. In 2012, fresh matter head yield was significantly higher under fleece (80 t ha-1) than control treatment (66 t ha1). The opposite was found in 2013, with highest yield under the non-covered control (64 t ha-1) and lowest under fleece cover (53 t ha-1). A higher prevalence of diseases under row covers compared to the control was only found in 2012 with Sclerotinia sclerotiorum on 4% of cabbage heads under fleece cover. Soil loss under strip-tillage during artificial rainfall simulations in 2011 was reduced by an average of 80% compared to conventional tillage (512 g m-2). In 2012, soil losses were reduced by an average of 90% under non-intensive strip-tillage and by 48% under intensive strip-tillage compared to conventional tillage (210 g m-2). The fresh matter head yield in 2011 and 2013 under strip-tillage (58 t ha-1 and 57 t ha-1, respectively) was similar to conventional tillage (59 t ha-1 and 58 t ha-1, respectively). In 2012, cabbage yield was significantly higher under strip-tillage (74 t ha-1) than under conventional tillage (65 t ha-1). The intensive strip-tillage treatments with broadcast and band-placed nitrogen fertilization did not show a yield increase. Yield potential under band-placed fertilized strip-tillage was, at 67 t ha 1 (2012) and 50 t ha-1 (2013), the lowest within the strip-tillage treatments. The CROPGRO cabbage model was evaluated for cabbage production under temperate European climate conditions. After calibration of main parameters of phenology and plant growth, the model showed a high accuracy with indices of agreement mostly above d=0.94. Observed dry matter cabbage head yields of the different years and different locations ranged between 6574 kg ha-1 and 11926 kg ha 1 which were predicted by the model with an accuracy of R2=0.98. Also the sensitivity analysis, conducted under different nitrogen fertilizer amounts and different fertilizer application strategies, generated realistic values from an agronomic point of view. Overall, row covers and strip-tillage seem to be suitable for minimizing the erosion risk in vegetable production. The hypotheses of high erosion control under row covers and strip tillage can be accepted. Due to the modified microclimate under row covers, the infestation with pests and diseases can increase and the influence on cabbage growth can result in either a yield increase or decrease. Based on the study results, there is no evidence that the intensive, double-tilled strip-tillage treatment or the band-placed nitrogen fertilization lead to a yield increase. The non-intensive strip-tillage with only soil preparation in autumn showed the highest yield potential within the strip-tillage treatments, with similar or even higher yields than under conventional tillage. Furthermore, the CROPGRO cabbage model is suitable to simulate growth parameters and yield potential of white cabbage under temperate European climate conditions. For the future, due to the prediction of increased frequency of heavy rainfall events, soil conservation will focus increasingly on intensive crop production and farmers, particularly vegetables growers, will be increasingly dependent on erosion control strategies. For this reason, the approaches presented in this thesis can contribute significantly to produce field grown vegetables in a sustainable way that promotes soil protection.Bodenerosion, ausgelöst durch Wind und Wasser, ist ein weltweites Problem. Vor allen Dingen Feldgemüse, wie zum Beispiel Weißkohl (Brassica oleracea convar. capitata var. alba L.), ist durch eine intensive Bodenbearbeitung einem besonders hohen Erosionsrisiko ausgesetzt. Weite Reihenabstände und ein später Reihenschluss verstärken das Problem zusätzlich. Aus diesem Grund wurden in den Jahren 2011 bis 2013 in Südwestdeutschland Feldversuche durchgeführt, um ausgewählte Erosionsschutzmaßnahmen im Feldgemüsebau zu untersuchen, zu entwickeln und anzupassen. Hierbei standen zwei Maßnahmen im Fokus. Erstens wurde eine Abdeckung der Flächen mit Vlies und Kulturschutznetz als Erosionsschutz getestet und zweitens wurde das Strip-Tillage Verfahren für den Feldgemüsebau angepasst, bei dem die Vorteile der konventionellen mit denen der konservierenden Bodenbearbeitung verbunden werden sollen. Innerhalb den Beregnungsversuchen konnte ein hoher Erosionsschutz durch die Abdeckungen nachgewiesen werden. Der Bodenabtrag war im Vergleich zur unbedeckten Kontrolle unter Vlies im Mittel um 76% reduziert und beim Kulturschutznetz um 48%. Der Kopfertrag von Weißkohl (Frischmasse) war im Jahr 2012 unter der Vliesabdeckung mit 80 t ha-1 signifikant höher als in der unbedeckten Kontrolle mit 66 t ha-1. Das gegenteilige Ergebnis fand sich im Jahr 2013 mit höheren Kopferträgen in der unbedeckten Kontrolle (64 t ha-1) gegenüber denen unter Vlies (53 t ha-1). Offensichtliche Krankheiten traten nur in 2012 auf. Hier wiesen 4% der Weißkohlköpfe, die mit Vlies bedeckt waren, Symptome von Sclerotinia sclerotiorum auf. Der Bodenabtrag im Strip-Tillage Verfahren war bei den Beregnungsversuchen im Jahr 2011 um 80% geringer als bei der konventionellen Bodenbearbeitung (512 g m 2). In 2012 waren die Abträge in der nicht-intensiven Strip-Tillage Variante um 90% geringer und in der intensiven Strip-Tillage Variante um 48% geringer gegenüber der konventionellen Bodenbearbeitung (210 g m 2). In den Jahren 2011 und 2013 wurden im Strip-Tillage Verfahren mit 58 t ha-1 bzw. 57 t ha-1 nahezu gleich hohe Weißkohlerträge wie bei konventioneller Bodenbearbeitung (59 t ha-1 bzw. 58 t ha-1) erreicht. 2012 konnte mit 74 t ha-1 im Strip Tillage Verfahren sogar ein signifikant höherer Kopfertrag als bei konventioneller Bodenbearbeitung (65 t ha 1) erzielt werden. Die intensiven Strip Tillage Varianten zeigten weder unter breitwürfiger noch platzierter Stickstoffdüngung eine Ertragssteigerung gegenüber der nicht intensiven Strip-Tillage Variante. Die platziert gedüngte Variante wies mit 67 t ha-1 (2012) und 50 t ha-1 (2013) jeweils die niedrigsten Kopferträge innerhalb den getesteten Strip-Tillage Verfahren auf. Das CROPGRO-Modell wurde für den Weißkohlanbau unter gemäßigten, europäischen Klimabedingungen zunächst kalibriert und dann validiert. Nach der Kalibrierung der Modellfaktoren, die die Phänologie und das Pflanzenwachstum hauptsächlich beeinflussen, konnte eine sehr hohe Modellgenauigkeit erreicht werden (Index of Agreement > 0.94). Die gemessenen Kopferträge des Weißkohls (Trockenmasse) an den verschiedenen Standorten und den verschiedenen Jahren lagen zwischen 6.574 kg ha-1 und 11.926 kg ha-1. Die Simulation dieser großen Ertragsspanne wies ebenfalls eine sehr hohe Modellgenauigkeit mit R2=0.98 auf. Auch die Sensitivitätsanalyse, die mit verschiedenen Stickstoffdüngermengen und verschiedenen Applikationsstrategien durchgeführt wurde, ergab aus agronomischer Sicht plausible Werte. Zusammenfassend stellen sowohl die Abdeckungen (Vlies und Kulturschutznetz) als auch das Strip-Tillage Verfahren geeignete Erosionsschutzmaßnahmen für den Feldgemüsebau, hier am Beispiel Weißkohl, dar. Die Hypothese, dass Vlies und Kulturschutznetz sowie das Strip-Tillage Verfahren einen hohen Schutz vor Wassererosion bieten, wird angenommen. Beim Strip-Tillage Verfahren konnte gezeigt werden, dass das am wenigsten intensive Verfahren mit einmaliger Streifenbearbeitung im Herbst, das höchste Ertragspotential innerhalb der getesteten Strip-Tillage Varianten mit vergleichbaren oder sogar höheren Erträgen als bei konventionellen Bodenbearbeitung aufwies. Das Pflanzenwachstumsmodell CROPGRO ist in der Lage, Wachstumsparameter und Ertragspotentiale im Weißkohl unter gemäßigten, europäischen Klimabedingungen zu simulieren. Grundsätzlich könnten sowohl Vlies- und Kulturschutznetzabdeckungen als auch das Strip-Tillage Verfahren als Erosionsschutzmaßnahmen für den Feldgemüsebau unter gemäßigten Klimabedingungen eingesetzt werden. Durch die vorhergesagte, steigende Anzahl an Starkregenereignissen wird der Bodenschutz zukünftig noch mehr in den Fokus der Landwirtschaft rücken. Landwirte, und insbesondere Gemüseproduzenten werden immer mehr auf Erosionsschutzmaßnahmen angewiesen sein, wodurch mit den vorgestellten Ansätzen ein wesentlicher Beitrag zum nachhaltigen und bodenschonenden Feldgemüsebau geleistet werden kann

Feasibility of strip-tillage for field grown vegetables

Gemüsekulturen mit einem weiten Reihenabstand, wie beispielsweise Weißkohl (Brassica oleracea convar. capitata var. alba) sind bei Starkniederschlägen einem hohen Erosionsrisiko ausgesetzt. Konservierende Bodenbearbeitungsverfahren wie das Strip-Tillage Verfahren können die Gefahr der Bodenerosion reduzieren. Aus diesem Grund wurde in den Jahren 2011 und 2012 in einem Feldversuch in Südwestdeutschland das Erosionsschutzpotential des Strip-Tillage Verfahrens in Kopfsalat (Lactuca sativa var. capitata L.) und Weißkohl geprüft und untersucht, ob das Verfahren eine Alternative zur konventionellen, wendenden Bodenbearbeitung mit dem Pflug darstellen kann. Bei Beregnungsversuchen konnte gezeigt werden, dass der Bodenabtrag im Strip-Tillage Verfahren (ST) im Vergleich zur konventionell bearbeiteten Pflugvariante (MP) signifikant geringer war. Die Bodenabträge lagen nach einer Beregnungsmenge von 40 Litern in 20 Minuten in MP im Jahr 2011 bei 512 g m–2 und 2012 bei 210 g m–2. Im Vergleich hierzu waren die Bodenabträge in ST 2011 um 80% und 2012 um 90% geringer als in MP. Für die bodenkundlichen Untersuchungen wurde in den Strip-Tillage Parzellen sowohl im bearbeiteten Bereich, innerhalb der Pflanzreihe (IR), als auch im unbearbeiteten Bereich, zwischen den Pflanzreihen (BR) gemessen. Die Lagerungsdichte im Oberboden (0–10 cm) war in ST_IR (1,24 g cm–3) am geringsten gefolgt von MP (1,33 g cm–3) und ST_BR (1,53 g cm–3). Beim Eindringwiderstand im Oberboden wurden ebenfalls die geringsten Werte in ST_IR und die höchsten in MP gemessen. Die Menge an pflanzenverfügbarem Wasser [L m–2] von 0–40 cm Bodentiefe war in ST_BR höher als in MP und ST_IR. Im Jahr 2011 wurde kein signifikanter Unterschied im durchschnittlichen Kopfgewicht zwischen MP und ST gemessen. 2012 wurde in ST mit durchschnittlich 1,85 kg ein sig­nifikant höheres Kopfgewicht als in MP (1,62 kg) festgestellt. Somit kann das Strip­Tillage Verfahren für ero­sionsanfällige Kulturen wie Weißkohl eine Alternative zum konventionellen Pfluganbau darstellen. DOI: 10.5073/JfK.2014.11.01, https://doi.org/10.5073/JfK.2014.11.01Row crops and field grown vegetables, such as white cabbage (Brassica oleracea convar. capitata var. alba), are affected by soil erosion caused by rainfall energy. Conservation tillage, such as strip-tillage, is the most effective way to reduce soil erosion. Hence, the objectives of this study were to develop and modify the strip-tillage system for white cabbage and lettuce (Lactuca sativa var. capitata L.), and to assess its potential towards controlling soil erosion. In 2011 and 2012 rainfall simulations showed significantly lower soil loss under strip-tillage (ST) than under the moldboard plow (MP). Soil loss under MP was 512 g m–2 in 2011 and 210 g m–2 in 2012, while ST reduced soil loss by 80% in 2011 and 90% in 2012. The ST sampling positions for soil property assessments were in the non-tilled zone i.e. between the planting row (ST_BR) and the tilled zone, within the planting row (ST_IR). Top soil bulk density (0­10 cm) was lowest in ST_IR (1.24 g cm–3), followed by MP (1.33 g cm–3) and ST_BR (1.53 g cm–3). Penetration resistance in the top soil was also lowest in ST_IR followed by MP and ST_BR. Plant available water [L m–2] from 0–40 cm was higher in ST_BR compared to MP and ST_IR. In 2011 average cabbage head weight was not affected by tillage treatment. In 2012 the cabbage head weight was significantly higher in ST (1.85 kg) than in MP (1.62 kg). The results show that strip-tillage can be a viable option for crops which are exposed to an erosion risk, such as white cabbage. DOI: 10.5073/JfK.2014.11.01, https://doi.org/10.5073/JfK.2014.11.0

Risk and Return Management in Digitized Value Networks

Die Digitalisierung ist einer der Megatrends unserer Tage, der alle Bereiche unserer Gesellschaft betrifft. Neben anderen Bereichen ist vor allem die Wirtschaft in besonderem Maße tiefgreifenden Veränderungen ausgesetzt, da der technologische Fortschritt und der technologisch getriebene Wettbewerb Industrieunternehmen zu ständigen Innovationen zwingt. Als Reaktion auf die dynamische digitale Transformation müssen Unternehmen ihre Geschäftsmodelle anpassen, in digitale Technologien investieren, neue Services auf der Grundlage hybrider Wertschöpfung entwickeln und in digitalisierten Wertschöpfungsnetzen operieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Gleichzeitig müssen Unternehmen neue Risiken im Zusammenhang mit digitalen Technologien, digitalisierten Wertschöpfungsnetzen und digitalen Geschäftsmodellen berücksichtigen, die durch die Zunahme informationsbasierter, komplexer Abhängigkeiten und unüberschaubaren Strukturen entstehen. Unternehmen, die in digitalisierten Wertschöpfungsnetzen tätig sind, benötigen daher geeignete Methoden und Prozesse für das Ertrags- und Risikomanagement. Hierzu untersucht die Dissertation Herausforderungen, spezifische Aspekte und Methoden des Ertrags- und Risikomanagements in digitalisierten Wertschöpfungsnetzen, um Unternehmen dabei zu unterstützen, die Chancen der Digitalisierung zu nutzen und gleichzeitig die damit verbundenen Risiken zu managen.Digitalization is one of the megatrends of our days affecting all areas of society in an unprecedented speed. Besides other areas, especially the business world experiences significant and rapid changes as technological advancements and technologically driven competition forces industrial companies to innovate constantly. In response to this dynamic digital transformation, companies have to adapt their business models, invest in digital technologies, develop new service offerings based on hybrid value creation, and engage in digitized value networks to retain competitiveness. At the same time, companies have to consider new risk associated with digital technologies, digitized value networks and digital business models due to the increase of information-based, complex dependencies and opaque structures. Therefore, companies engaged in digitized value networks require appropriate methods and processes for risk and return management. This doctoral thesis investigates challenges, specific aspects, and methods of risk and return management in digitized value networks to support companies in exploiting the opportunities offered by digitalization, while at the same time keeping the associated risks manageable

Customer Self Care : eine innovative Form der Kundenbetreuung im Internet mit Chancen und Risiken für ein Unternehmen

keine vorhande

Risk and Return Management in Digitized Value Networks

Die Digitalisierung ist einer der Megatrends unserer Tage, der alle Bereiche unserer Gesellschaft betrifft. Neben anderen Bereichen ist vor allem die Wirtschaft in besonderem Maße tiefgreifenden Veränderungen ausgesetzt, da der technologische Fortschritt und der technologisch getriebene Wettbewerb Industrieunternehmen zu ständigen Innovationen zwingt. Als Reaktion auf die dynamische digitale Transformation müssen Unternehmen ihre Geschäftsmodelle anpassen, in digitale Technologien investieren, neue Services auf der Grundlage hybrider Wertschöpfung entwickeln und in digitalisierten Wertschöpfungsnetzen operieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Gleichzeitig müssen Unternehmen neue Risiken im Zusammenhang mit digitalen Technologien, digitalisierten Wertschöpfungsnetzen und digitalen Geschäftsmodellen berücksichtigen, die durch die Zunahme informationsbasierter, komplexer Abhängigkeiten und unüberschaubaren Strukturen entstehen. Unternehmen, die in digitalisierten Wertschöpfungsnetzen tätig sind, benötigen daher geeignete Methoden und Prozesse für das Ertrags- und Risikomanagement. Hierzu untersucht die Dissertation Herausforderungen, spezifische Aspekte und Methoden des Ertrags- und Risikomanagements in digitalisierten Wertschöpfungsnetzen, um Unternehmen dabei zu unterstützen, die Chancen der Digitalisierung zu nutzen und gleichzeitig die damit verbundenen Risiken zu managen.Digitalization is one of the megatrends of our days affecting all areas of society in an unprecedented speed. Besides other areas, especially the business world experiences significant and rapid changes as technological advancements and technologically driven competition forces industrial companies to innovate constantly. In response to this dynamic digital transformation, companies have to adapt their business models, invest in digital technologies, develop new service offerings based on hybrid value creation, and engage in digitized value networks to retain competitiveness. At the same time, companies have to consider new risk associated with digital technologies, digitized value networks and digital business models due to the increase of information-based, complex dependencies and opaque structures. Therefore, companies engaged in digitized value networks require appropriate methods and processes for risk and return management. This doctoral thesis investigates challenges, specific aspects, and methods of risk and return management in digitized value networks to support companies in exploiting the opportunities offered by digitalization, while at the same time keeping the associated risks manageable