Digital Business Engineering: Methodological Foundations and First Experiences from the Field

Digitization is affecting almost all areas of business and society. It brings about opportunities for enterprises to design a digital business model. While a significant amount of research exist examining the conceptual foundation of business models in general, no comprehensive approach is available that helps enterprises in designing a digital business model. This paper addresses this gap and proposes Digital Business Engineering as a method for digital business model design. The activities are structured into six phases, namely End-to-End Customer Design, Business Ecosystem Design, Digital Product/Service Design, Digital Capability Design, Data Mapping, and Digital Technology Architecture Design. The method development follows principles of design-oriented research. Five case studies are used to analyse method requirements and evaluate it within is natural context

Aktuelle Entwicklung der nationalen und internationalen EMV-Normung von Elektrofahrzeugen und deren Ladeinfrastruktur

Elektro- und Hybridfahrzeuge, in Verbindung mit der Einspeisung durch regenerative Energiequellen, werden aufgrund der zu erwartenden steigenden Energiekosten, bei gleichzeitigem Zwang zur Verringerung der CO2-Emissionen, zukünftig zwangsläufig einen höheren Stellenwert einnehmen [Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Leitstudie 2008. Weiterentwicklung der "Ausbaustrategie Erneuerbare Energien" vor dem Hintergrund der aktuellen Klimaschutzziele Deutschlands und Europas, Berlin, Oktober 2008]. So zeigte die Internationale Automobilausstellung 2013 in Frankfurt eine Vielzahl an ausgereiften Hybrid- und Elektrofahrzeugen, die fast ausnahmslos noch in 2013 in den Markt gebracht werden sollen. Für einen nachhaltigen Erfolg der Elektromobilität ist es allerdings absolut erforderlich, neben marktfähigen Fahrzeugen eine funktional sichere Ladeinfrastruktur anzubieten. Damit sind die Sicherheits- und Funktionalitätsanforderungen an alle Produkte der Elektromobilität extrem hoch. Folglich sind die Interoperabilität von Ladeinfrastruktur und Fahrzeug, sowie das Zusammenspiel beider Systeme unter allen möglichen Umweltbedingungen und Parameterstreuungen wesentlich. Zu den Umweltbedingungen zählen neben den klimatischen und mechanischen Einflüssen auch die elektromagnetischen Einflüsse, wie z.B. Radiosender, Mobiltelefone und die Störungen, die von den beteiligten Systemen selbst ausgehen, bzw. deren Empfindlichkeit untereinander [Adolf J. Schwab, Wolfgang Kürner:, Elektromagnetische Verträglichkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007]. Im Folgenden werden einige als kritisch zu betrachtende Aspekte der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), getrennt nach den Besonderheiten der speziellen Ladeverfahren und damit ihrer Schnittstelle zum Energieversorgungsnetz dargestellt. Des Weiteren wird ein Einblick in die aktuelle Normungssituation bezüglich der EMV-Anforderungen an Elektrofahrzeuge (Hybrid, PHEV, EV) und Ladeinfrastruktur auf internationaler Ebene gegeben, die nicht unerheblichen Einfluss auf eine schnelle und vor allem für die Hersteller zukunftssichere Entwicklung haben

Herausforderungen bei der Umsetzung von EMV-Prüfungen an Fahrzeugen im Anwendungsfall High Power DC Charging – Prüfung bei 80% Ladeleistung

Die Verbreitung sowie Verfügbarkeit von Elektrofahrzeugen nimmt immer weiter zu. Um die Elektromobilität zum Erfolg zu führen sind mehrere Faktoren wichtig. Zum einen müssen die Elektrofahrzeuge hinsichtlich Ihrer Performance (Leistung, Reichweite, etc.) den Nutzer überzeugen. Darüber hinaus ist die Verfügbarkeit einer „komfortablen“ Lade-Infrastruktur unumgänglich. Hier spielt sowohl die Anzahl der installierten Ladesäulen als auch die verfügbare elektrische Ladeleistung und damit die notwendige Dauer eines ausreichenden Ladevorganges eine große Rolle. Zielsetzung ist es, ein Elektrofahrzeug in möglichst kurzer Zeit wieder aufzuladen. Als zu Grunde liegender Lösungsansatz hat sich hieraus das sogenannte High Power DC Charging [1] mit Ladeleistungen von bis zu 350 kW entwickelt. Diese Technologie bietet die Möglichkeit ein Elektrofahrzeug mit vertretbarem Zeitaufwand zu laden. Die beim High Power DC Laden auftretenden hohen Leistungen, respektive hohen Ströme und Spannungen, stellen jedoch für die Umsetzung einer EMV-Prüfung in eben diesem Betriebsmodus eine Herausforderung an Messequipment sowie Peripherie dar. Im folgenden soll der Anwendungsfall näher betrachtet werden, in dem das Elektrofahrzeug den Prüfling für die EMV-Prüfungen im Ladevorgang darstellt. Basierend auf den Vorgaben der in diesem Fall heranzuziehenden Normen [2], [3] ergibt sich folgender Systemaufbau. Dieser Aufbau stellt die Basis aller folgenden Betrachtungen und Überlegungen dar

Systematische Berücksichtigung der EMV beim Entwurf von induktiven Energieübertragungssystemen

Induktive Energieübertragungssysteme bieten insbesondere im Bereich der Elektromobilität große Vorteile bei der Nutzerfreundlichkeit. Da hier Leistungen von mehreren Kilowatt kabellos übertragen werden, ist ein sorgfältiger Entwurf der Systeme hinsichtlich der Elektromagnetischen Verträglichkeit notwendig. Hierbei sind insbesondere die Störaussendung und Personenschutzgrenzwerte zu berücksichtigen. Der Vortrag beschreibt hierbei den Entwurfsprozess zur induktiven Energieübertragung hinsichtlich der EMV sowie in diesem Rahmen durchgeführte Messungen. Berücksichtigt werden hierbei theoretische Betrachtungen zur Systemauslegung. Da insbesondere die Spulengeometrien der magnetischen Strecken die Störaussendung maßgeblich beeinflussen, wurden verschiedene Simulationen inklusive der magnetischen Felder im Be-reich der Störaussendung und der Personenschutzgrenzwerte durchgeführt. Basierend auf diesen Untersuchungen wurden mehrere Prototypen aufgebaut. Diese Prototypen berücksichtigen verschiedene Konfigurationen der magnetischen Strecken. Zur Evaluation der Prototypen wurden Störaussendungsmessungen durchgeführt. Da es zum Zeitpunkt der Messungen noch keine normativen Messverfahren für induktive Energieübertragungssysteme gab, lag ein Aspekt auf der Auswahl der geeigneten Messverfahren und Messaufbauten

Untersuchung der Koppelimpedanz von induktiven Ladesystemen zur Quantifizierung der Einkopplung von Burst und Surge Impulsen

Die Technologie der kontaktlosen, induktiven Energieübertragung zum Laden von Elektrofahr-zeugen ermöglicht eine erhebliche Steigerung des Komforts für den Endverbraucher. In der Zukunft wird zudem die induktive Ladetechnologie für das Laden autonomer Fahrzeuge an Bedeutung zunehmen. Beim induktiven Laden erfolgt die Energieübertragung über das magnetische Feld zwischen zwei luftgekoppelten Spulen. Eine schematische Darstellung des Ladesystems zeigt Bild 1. Die an das Versorgungsnetz angeschlossene Leistungselektronik des Bodensystems richtet die Netzspannung zunächst gleich, um das Signal anschließend auf die Übertragungsfrequenz von 79 bis 90 kHz [1] umzurichten. Für eine effiziente Energieübertragung zwischen den beiden Spulen muss boden- und fahrzeugseitig jeweils der induktive Blindstrom der Spulen durch Einbringen einer auf die Übertragungsfrequenz abgestimmten Kapazität kompensiert werden. Zum Laden der Hochvoltbatterie wird das Signal fahrzeugseitig gleichgerichtet. Wie auch beim konduktiven Laden können während des Ladevorgangs netzseitige Störimpulse ins Fahrzeugbordnetz koppeln, deren maximalen Amplituden u.a. in der IEC 61851-21-2 [2] vorgegeben werden. Da auch bei induktiven Ladesystemen Pulsstörer über die Spulen ins Fahrzeug einkoppeln können, werden in dieser Arbeit die Koppeleigenschaften eines Wireless Power Transfer [WPT]- Systems [3] untersucht. Hierzu werden in einem ersten Schritt die Systemimpedanzen vermessen und der Impedanzverlauf in einem Simulationsmodell nachgebildet. Im Folgenden werden Burst- und Surge-Pulse auf die Eingangsklemmen der Bodenspule appliziert und die Impulsantwort auf der Sekundärseite messtechnisch erfasst. Diese Messungen werden dann zur Verifikation des Simulationsmodells herangezogen. Um das reale System nicht zu stark zu beanspruchen, werden die Pulsspannungen über 1000 V simulativ untersucht, um das Überkopplungspotential für die betrachteten Pulse abzuschätzen

Messtechnische Detektion von Schirminhomogenitäten und Aperturen an Hochvoltleitungen in Elektro- und Hybridfahrzeugen mittels der normativen Speisedraht- und Triaxialverfahren im praktischen Vergleich

Elektrofahrzeuge gewinnen vor dem Hintergrund der schwindenden Erdölreserven und den damit verbundenen steigenden Primärenergiepreisen zunehmend an Bedeutung [Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Leitstudie 2008. Weiterentwicklung der "Ausbaustrategie Erneuerbare Energien" vor dem Hintergrund der aktuellen Klimaschutzziele Deutschlands und Europas, Berlin, Oktober 2008]. Neben dem Fahrkomfort stellen sich auch hohe Funktionalitätsanforderungen an Multimediasysteme (z.B. Navigationssysteme, Fahrerassistenzsysteme, Audio- und Videoanwendungen). Alle Systeme müssen im Fahrzeug nebeneinander und miteinander einwandfrei funktionieren. Die Hochvoltebene (Antriebsstrang, Ladekreis) ist im Fahrzeug als geschirmtes System ausgeführt. Hierdurch wird ein IT Netz realisiert, welches die Funktion eines Berührschutzes übernimmt. Des Weiteren findet die Schirmung Verwendung um ein Hochfrequenzübersprechen eventueller Störungen im HV System in die 12 V-Niedervoltebene zu minimieren. Produktionsbedingte Schirmdefekte (Löcher in Leitungsschirmen, schlecht geschirmte Leitungen) reduzieren die Schirmwirkung und können somit den Fahrkomfort erheblich reduzieren bzw. auch die Fahrsicherheit beeinträchtigen (z.B. gestörte Sensorik von Fahrerassistenzsystemen oder Busleitungen) [Hans A. Wolfsperger: Elektromagnetische Schirmung, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2008]. Neben produktionsbedingten Schirminhomogenitäten können auch durch den alltäglichen Fahrzeugbetrieb Schirmdefekte durch Umwelteinflüsse entstehen [Günter Vogel: Umweltsimulation für Produkte, Zuverlässigkeit steigern, Qualität sichern, Würzburg, Vogel Verlag 1999]. (Reibung der Leitungen an Kanten hervorgerufen durch Vibrationen). Fahrzeug- und Steckverbinderhersteller stellen im Allgemeinen einen störungsfreien Betrieb von Antriebssystemen und Niedervoltkomponenten durch vordefinierte Schirmkonzepte sicher. Im Rahmen dieser Messreihe wird ein vertikales Triaxialverfahren und Speisedrahtverfahren bezüglich der Detektion von Schirminhomogenitäten und künstlich erzeugten Aperturen verglichen und bewertet. Nach ersten Erkenntnissen sind Aperturen und herstellungsbedingte Inhomogenitäten im Kabelaufbau mit dem Paralleldrahtverfahren einfacher zu detektieren

Entwicklung einer passiven Motornachbildung zur Prüfung von Antriebssystemen von Elektro- und Hybridfahrzeugen

Die zunehmende Integration von leitungselektronischen Komponenten in Elektround Hybridfahrzeugen hat einen großen Einfluss auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) im Fahrzeugbereich. Die elektrischen Antriebssysteme mit Leistungen im 100kWBereich werden aus Gründen der Energieeffizienz bei aktuellen Fahrzeugen mit LithiumIonen Batterien mit hohen Gleichspannungen [1] betrieben. Der Antriebsumrichter erzeugt an seinen Ausgangsklemmen ein frequenzvariables gepulstes Drehstromsystem, mit dem entweder ein Asynchronmotor oder ein permanent erregter Synchronmotor betrieben wird. Um den Wirkungsgrad des Antriebssystems weiter zu steigern, werden im Antriebsumrichter möglichst schnell schaltende IGBTs [2] eingesetzt. Allerdings verursachen diese schnellen Schalthandlungen im Umrichter breitbandige Störaussendungen, die in andere Teile des Bordnetzes überkoppeln können. Im Vergleich zur klassischen Fahrzeug-EMV, die das 12V Bordnetz beinhaltet, sind die im Antriebsbordnetz entstehenden Störaussendungen wesentlich höher. Um diesen neuen Gegebenheiten zu begegnen, werden aktuell alle EMV Standards im Fahrzeugbereich um die neuen Antriebsstrangkomponenten ergänzt. Bezüglich des Antriebsstrangs werden in der aktuellen Version der CISPR 25 [3] Komponententests mit dem Antriebssystem beschrieben. Hierbei wird der Umrichter, der im Wesentlichen die Störquelle darstellt, in der Schirmkabine platziert. Um den Umrichter für Messungen sowohl der leitungsgebundenen Störaussendung auf der Antriebs-, wie der Batterieleitung als auch der gestrahlten Störaussendung betreiben zu können, muss er zum einen über eine Gleichspannungsquelle versorgt werden und zum anderen an seinen Motorklemmen eine Last also einen Antrieb antreiben können. Aktuell wird nach CISPR 25 ein realer Antrieb an den zu testenden Umrichter angeschlossen. Um den Umrichter in realitätsnahen Betriebspunkten betrieben zu können, wird die Welle des Antriebs aus der Halle geführt, um dort eine mechanische Belastungsmaschine (in der Regel ein zweiter leistungselektronisch geregelten Antrieb) anzuschließen. Um die Schirmwirkung der Halle nicht zu beeinträchtigen und die Lastmaschine zu entkoppeln wird die Welle entweder isoliert (Kunststoffwelle) oder über eine Wellenfilterung (Wellenschirmung) aus der Halle geführt, was zumindest bei einer bestehenden Halle problematisch ist. Da der Antrieb im Bezug auf die EMV eine passive Komponente darstellt, sind entsprechende Entstörmaßnahmen im Umrichter zielführend

Entwicklung einer Ersatzlast zur Nachbildung des Fahrzeugs bei Emissionsmessungen an induktiven Ladesystemen

Im Zuge der vorschreitenden Einführung von Elektro- und Hybridfahrzeugen kommt es durch den Einsatz von leistungselektronisch geregelten Antriebssystemen und Ladeinfrastrukturkomponenten zu enormen Herausforderungen im Bereich der EMV. Neben den aktuell bereits standardmäßig eingesetzten AC und DC Ladestationen im privaten und öffentlichen Bereich sind auch kontaktlose, induktive Ladesysteme in der Entwicklung. Mit diesen Ladesystemen ist es möglich über zwei gekoppelte Spulen die Ladeleistung zwischen Ladesäule und Fahrzeug zu übertragen. Da bei der Energie-übertragung zwischen den Spulen hohe Magnetfelder bei Frequenzen von 79 kHz bis 90 kHz generiert werden, ist eine messtechnische Überprüfung des Feldes in der Nähe des Fahrzeugs nötig. Zudem werden, da die Primärspule leistungselektronisch betrieben wird, neben den beispielsweise gewählten 85 kHz weitere breitbandige Störungen im Fahrzeug und der Umgebung generiert. Die EMV Absicherung dieser Systeme wird in der Normenreihe IEC 61980-1/-3 [1] behandelt. Diese verweist für die gestrahlten Emissionsmessungen auf die CISPR 11 [2]. Bei längeren Zuleitungen zwischen Leistungselektronik und Bodenspule, wird in der ETSI EN 303417 [3] auch eine Messung der Gleichtaktstörströme gefordert. Da neben den 85 kHz für die Energieübertragung auch die harmonischen auf die Fahrzeugseite übertragen werden, ist es hier von Interesse genaue Kenntnis über diese Störungen zu haben. Diese sollten auf der Fahrzeugseite im Idealfall die Hochvolt Grenzwerte nach CISPR 25 [4] einhalten. Bei den Testaufbau für die Vermessung von induktiven Ladestationen wird in dem aktuellen Entwurf der CISPR 11 CIS/B/710/CD [5] auf der Sekundärseite statt eines Fahrzeugs ein Metallplatte an der die Sekundärspule befestigt ist sowie eine resistive Last eingesetzt um einen Leistungsfluss während der Messung zu realisieren. Diese Last wird in der Standardisierung nicht weiter spezifiziert

Ultrasound reports standardisation using rhetorical structure theory and domain ontology

Ultrasound reporting plays an important role in diagnosis as images produced during an ultrasound examination do not give the whole view of the medical conditions. However, in practice there are many issues that are inherent to ultrasound reporting and the most important was identified to be the lack of standardisation when producing these reports. There is a resistance to change from some radiologists preferring the free writing style, making any attempt to computerise the processing of these reports difficult. This paper explores the possibility of using Rhetorical Structure Theory (RST) together with a domain ontology to transform free-form ultrasound reports into a structured form. It discusses a new approach in segmenting and identifying rhetorical relations that are more applicable to ultrasound reports from classical RST relations. The approach was evaluated on a sample ultrasound reports where the system’s parsing was compared to the manual parsing performed by experts. The results show that discourse parsing using RST in ultrasound reports can be performed effectively using the support of a domain ontology. The results also demonstrate that the transformation of free-form ultrasound reports into a structured form can be performed with the support of RST relations identified and the domain ontology