4Max/shutterstock.com

28. Januar 2014 / von Dr. Helena Unger

Innovationskongress

2013

Themenblock 3

Ich möchte diesen Blog nutzen, um einen komprimierten und dennoch inhaltlich vollständigen Bericht über den Innovationskongress 2013 wiederzugeben. Der Kongress fand vom 05. – 06. November 2013 in Berlin statt. Das Thema Industrie 4.0 war dieses Jahr sehr populär, hoch politisch und spannend zu gleich.

Das Motto des Kongress war: „Wirtschaft und Wissenschaft treffen sich zum Thema Industrie 4.0 – Die Fabrik der Zukunft“. Es war eine interessante Mischung von Leuten der Produktion aus den Bereichen Automotive, Maschinenbau, Elektrotechnik, Elektronik, Mechanik und IT sowie Wissenschaftlern. Die Redner präsentierten ein breites Spektrum an Visionen, Paradigmen und Realisierungsansätzen, für die heutige industrielle Revolution.

Mein Bericht erstreckt sich über fünf Blog-Beiträge:

Themenblock 1: Warum 4.0, und was ist aus den vorherigen drei Releases geworden?

Themenblock 2: Smart Factory produziert Smart Products. Das ist das Thema des vorliegenden Blog-Beitrags.

Themenblock 3: Das Smart Ecosystem-Paradigma stellt für die Softwareentwicklung eine große Herausforderung dar.

Themenblock 4: Die kritischste Frage von Industrie 4.0 – die Sicherheit. The Internet of Things, Internet of Everything, Fog Computing. Was ist das Nächste?

Themenblock 5: Wie verändert Industrie 4.0 die Arbeitswelt?

Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Lesen und freue mich auf Feedback.

Themenblock 3: Smart Ecosystem Paradigma stellt für die Softwareentwicklung eine große Herausforderung dar.

Aus verschiedenen Gründen war der Vortrag „Smart Ecosystems: Potenziale & Herausforderungen im Software Engineering“ von Prof. Dr. Dieter Rombach, geschäftsführender Leiter des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering (IESE), für mich besonders interessant und motivierend. Unser Lieblingsspruch – „Die Wahrheit liegt im Code“ wird im Industrie 4.0 Kontext in folgendes umformuliert: „gesamte Magic (Intelligenz, Selbstorganisation, Flexibilität und, und, und…) liegt in Software!“. Professor Rombach klärt den weit verbreiteten Irrtum „programmieren kann jeder“, auf. „Moderne Software Systeme kann jeder bauen“ klingt heute genauso absurd wie „Moderne Autos kann jeder bauen“. Nein, mit Auto wird es noch interessant: nur ein Titel: “Autoelektronik: 100 Millionen Lines of Code stecken in Ihrem Auto…“. Und trotz alle dem, sollte Professor Rombach nochmal daraufhinweisen „Software Engineering ist eine Engineering Disziplin.“

Natürlich hat er mit der Releasedefinition angefangen. Wir leben heutzutage in der Digitalen Gesellschaft 1.0. Im Privatleben und in der Arbeitswelt benutzen wir isolierte mobile Geräte, Social Media & Co. In der Digitalen Gesellschaft 1.0 erfolgen gerade die ersten Schritte in Richtung Integration!

Software ermöglicht diese Integration in die Informationssysteme (IS) sowie die Eingebetteten Systeme (ES). Nach und nach bekommen die physikalischen Objekte ein digitales Leben. Dinge, Lebewesen (Pflanzen, Tiere) und Menschen, produzieren Daten (durch Beobachtung mittels Sensoren), haben eine Vorgeschichte (was Vorhersagen erlaubt), werden von Daten beeinflusst (mittels Aktuatoren) und sind kontextabhängig, ortsbewusst, agieren in Echtzeit und über Softwaresystemgrenzen hinweg.

„Das Internet der Dienste, das Internet der Dinge und die darin vorhandenen Daten, verschmelzen zu einem einzigen großen System. Durch diese Integration von physikalischer und digitaler Welt schaffen wir die Grundlage für die digitale Gesellschaft 2.0, die sich durch einen höheren Grad an Vernetzung, mehr Komfort und größere Vielfalt, sowohl in der Arbeitswelt als auch im Privatleben, auszeichnet.“

Smart Ecosystem definiert Professor Rombach als eine nicht triviale Erweiterung des Software Ecosystems. Die Software Ecosysteme (z.B.: Google, Facebook, Twitter und Co) bieten Innovationen durch integrierte Softwaresysteme, typischerweise durch mehrere Organisationen getrieben. Software Ecosysteme bilden oft eine gemeinschaftliche, technologische Plattform (z.B. Java) oder einen gemeinsamem Markt als Basis für geschäftliche Aktivitäten und einer Zusammenarbeit. Das Software Ecosystem ist durch den Austausch von Informationen, Ressourcen und Artefakten gekennzeichnet. Aber der moderne Integrationstrend ist leicht zu erkennen: Informationssysteme (IS) und Embedded Systeme (ES) wachsen ja schon seit Jahren immer stärker zusammen. Als Folge entsteht ein Smart Ecosystem, für die Zusammenführung von Informationssystemen und Embedded Systemen, angetrieben durch das Potenzial der mobilen Anwendungen. Wachsende Daten Volumen fordern mächtige Daten Verwaltungsmechanismen (z.B. Big Data /Data Analytics).

Professor Rombach beschreibt die Schlüsselziele von Smart Ecosystemen in der Optimierung von beiden, Geschäftsprozessen (IS Ziele) und technischen Prozessen, durch Sensoren und Aktuatoren (ES Ziele) mit gleichen Rechten. Die Integration passiert auch auf der Software Engineering Prozessebene. Informationssysteme in Smart Ecosystemen können in Arbeitsabläufen eingebettete Daten enthalten, und eingebettete Systeme können Informationssysteme zur Datenspeicherung verwenden, z.B. mit dem Cloud Ansatz. Ein sehr wichtiges Thema für die Realisierung von funktionierenden Smart Ecosystemem ist es, Safety und Security zu garantieren. Safety für die Betriebssicherheit, ist der störungsfreie und anwendungssichere Betrieb eines Gerätes oder Fahrzeugs und gehört zur ES Welt. Mit Security für die Informationssicherheit bezeichnet man die Eigenschaften von informationsverarbeitenden Systemen, die Vertraulichkeit, Verfügbarkeit und Integrität sicherstellen. In hochvernetzten Systemen können Security-Probleme Safety-Probleme erzeugen. Smart Ecosystem soll als eine Einheit funktionieren, um ein gemeinsames, übergeordnetes Ziel zu erreichen, und kontextabhängige Informationen zu teilen. Professor Rombach schlägt einen neuen Ansatz für die Smart Ecosystem Projektierung und Entwicklung für unternehmensübergreifenden partizipativen Engineering vor.

„Wir müssen weg von der „einzelnen“ System und Softwareentwicklung, hin zum partizipativen Software Engineering… Wir werden weg vom klassischen Auftraggeber‐Auftragnehmer‐Verhältnis hin zu einer gemeinsamen, partizipativen Entwicklung von mehr oder weniger gleichberechtigten Partnern gehen. Die gemeinsame Entwicklung von Geschäftsmodellen und deren Umsetzung wird immer stärker im Fokus stehen.“

Gleichberechtigung! Immer wieder ein spannendes Thema. Fast jeder Referent hat die gleiche Frage gestellt „Wo liegt die Intelligenz?“. Und unterschiedliche Antworten gegeben „Ins SPS, ins CPS, Server, Cloud…“. Aber es existiert nur eine richtige Antwort – „in der Software“. Software ist die Unique Selling Proposition (USP). Kontextsensitivität, Intelligenz und Mehrwert wird im Wesentlichen durch die Software erbracht. Diese Software muss von hoher Qualität sein. Heutige Methoden des Software Engineering ermöglichen die notwendige Qualität, um die Smart Ecosysteme zu realisieren. Automationssystemanbieter wie Siemens und Bosch bieten Lösungen für fast alle Bereiche des Netzwerkbetriebs. Cisco berichtet, dass die technischen Systeme ausgereift sind. Was fehlt dann? Das gemeinsame Verständnis und die Gleichberechtigung.

Partizipatives Engineering mit stärkerer Einbindung der Anwender soll etabliert und gelebt werden. Der Paradigmenwechsel soll auf der Ebene der Entwicklungsmethoden, sowie agiler Vorgehensweisen so auch klassischer Modelle, entsprechend angepasst werden. Unsere Beschleunigte Softwaretechnik (BeST) ist eine weiterentwickelte Methode, welche diesen Herausforderungen entspricht.

Software Engineering beschäftigt sich seit Jahren mit dem Thema, wie kann der Nutzer noch stärker mit eingebunden werden, da dieser ja letztendlich entscheidet, welche Dienstleistungen von welchen Anbietern er in seinen Geschäftsprozess integrieren möchte. Das führt oft zur Bevorzugung von funktionalen Anforderungen und Vernachlässigung von nicht funktionalen Anforderungen. Partizipatives Engineering soll als Zusammenarbeit der gleichberechtigten Partner mit gemeinsamen Zielen und nicht als klassisches Auftraggeber‐Auftragnehmer‐Verhältnis gelebt werden. „Das System ist stabil, weil es schon über 10-20 Jahre funktioniert. Wir brauchen nur „kleine“ Anpassungen, Erweiterung usw.“ hören wir oft als Berater. „Unser System ist modular gebaut“, das hören wir auch oft. In der Realität sehen wir „historisch gewachsene“ Systeme mit sehr komplexen fachlichen und technischen Abhängigkeiten. Und wir können bei den Änderungen unvorhersehbare Fehler jeder Kritikalität nicht ausschließen.

In Smart Ecosystemen wird die Komplexität durch die Dynamik und durch die lange Lebenszeit wachsen. Tatsächlich sind Smart Ecosysteme die komplexesten von Menschen gemachten Artefakte und erfordern einen hohen Grad an Komplexitätsbeherrschung. „Historisch gewachsene“ Systeme haben hier keine Chancen in der zukünftigen Welt der Industrie 4.0.

„Die großen, heutzutage noch im Einsatz befindlichen Softwaresysteme haben langsam ihre Halbwertzeit erreicht. Sie wurden in den vergangenen Jahren permanent an neue Technologien oder Paradigmen in der Softwareentwicklung angepasst.“ sagt Professor Rombach. Können Systeme im aktuellen Zustand bis hin zu Smart Ecosysteme erweitert werden oder ist eine Ablösung wirtschaftlicher? Entsprechen sie dem Stand der Technik? Sind sie ausreichend dokumentiert, modular aufgebaut und erweiterbar? Wie hoch sind Sicherheitsrisiken? Die Ist-Analyse, und noch wichtiger die Projektierung der Zielsysteme, soll von hoch qualifizierten Software Ingenieuren realisiert werden.

Die Komplexität kann mit der Anwendung von regulären Strukturen, entsprechende Entwicklungsmethoden und die strenge Beachtung des kognitiven Gesetzes und empirische Regeln beherrscht werden. Herrschen im Code Gesetze? Ja, aber keine physikalischen. Kognitive Gesetze herrschen nicht nur im Code, sondern auch in der Architektur und im Design, in Tests und Reviews, im Team und der Organisation. Ja wir wissen das, aber wir müssen das immer wieder geduldig unseren Kunden – unseren Partner in der Smart Ecosystementwicklung – erklären. Wenn man physikalische Gesetze missachtet, raucht die Platine ab. Wenn man kognitive Gesetze missachtet, funktioniert trotzdem alles. – Und ein halbes Jahr später bekommt man ernsthafte Probleme.

„Softwarebasierte Produkte und Dienstleistungen müssen ähnlich professionell produziert werden, wie wir dies von traditionellen Produkten gewohnt sind. Deshalb muss in allen Branchen das Bewusstsein geschaffen werden, dass Software Engineering als Produktionstechnik für Software analog zu traditioneller Produktionstechnik auf Weltniveau Voraussetzung für globale Wettbewerbsfähigkeit ist.“ Professionell gebaute Software kostet Geld, aber spart noch mehr Geld. Die „historisch gewachsenen“ Systeme in Summe kosten viel mehr. Aber, was ist noch schlimmer ist, mit der Zeit verwandeln sie sich in eine tickende Bombe, welche oft die produktionskritischen Prozesse ständig in Gefahr bringt. „So oder so, ich bin davon überzeugt, dass Unternehmen in Zukunft viel investieren werden, um die Potenziale, die Smart Ecosystems bietet, ausschöpfen zu können.“ Schließt Professor Rombach dieses Thema ab.

Natürlich stellt das Smart Ecosystem Paradigma für die Softwareentwicklung eine große Herausforderung dar. Klassische Qualitäten, wie Performance und Skalierbarkeit werden noch wichtiger. Die Komplexität wird immer wieder höher, Smart Ecosysteme sind im Grunde komplexe, adaptive Systeme und sollen mit der Unterstützung von Methoden aus  der Komplexitätstheorie bzw. Systemtheorie heraus konstruiert werden.

Vielfalt ist noch eine Hürde für Smart Ecosystemen. Eingebettete Geräte, Netzwerke, Informationssysteme, mobile Endgeräte, Clouds sollen in eine offene Umgebung mit vielen Produzenten und Nutzer von Daten integriert werden. Als Lösung sieht Professor Rombach flexible und interoperable Architekturen, welche trotz der Offenheit die Quality of Service (QoS) garantieren.

Unsicherheit ist das nächste Problem für Systeme, welche nicht isoliert laufen und  sich während der Laufzeit adaptieren. Zusätzliche Datenproduzenten und –Nutzer verändern sich während der Laufzeit. Dies fordert die Datenverarbeitung, Aggregation und Fusion auf,  flexibel zu bleiben. Um die Unsicherheit zu minimieren, soll die Simulation bei der Entwicklung von Smart Ecosystemen integriert werden. Als Lösungen sollen nur vordefinierte und zur Entwurfszeit prüfbare Varianten zur Laufzeit zugelassen werden.

Die Safety und Security Problematik befindet sich aktuell noch im Forschungsstadium. Der einzige Ansatz: „Software Cages, analog zu Robotern, zur Isolierung möglicher Fehler verwenden“ minimiert mögliche Schäden, schließt diese aber nicht sicher aus.

Wie früher, so ist auch für Smart Ecosysteme die Aufgabe der Softwareingenieure, die richtigen Ziele, zur richtigen Zeit, mit dem richtigen Maß an Qualität, richtig und nachweisbar zu erreichen.

Dr. Stefan Ferber, Direktor für Partner- & Social-Media-Netzwerke im Internet der Dinge & Dienste, Bosch Software Innovations GmbH, hatte  im Vortrag „Neue Wertschöpfungsnetzwerke in der Fabrik von morgen“ noch einen Blick auf Industrie 4.0 – durch die Business Ecosystemkonzept-Prismen dargestellt.

Partner in einer Business-Ecosystem-Umgebung haben eine offene Kultur, gemeinsame Plattformen sowie Ziele und Wertnetze. In der Regel sieht Dr. Ferber als besten Kandidat für die Business Ecosysteme in Deutschland, die Industrie 4.0 Initiative.

Zur Realisierung eines Wertschöpfungsnetzwerks hat Dr. Ferber das Werk Homburg mit dem Einsatz der RFID-Technologie über die gesamte Wertschöpfungskette genutzt. Eine Produktivitätserhöhung um 10 % und eine Bestandssenkung um 30 % sowie eine erhöhte Transparenz und Flexibilität führen hier zu einer optimaler Ressourcenauslastung und stellen den überzeugenden Beweis dafür dar, dass das Business Ecosystem einen Mehrwert bringt und der Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit dient.

 

 

Autor

Dr. Helena Unger Helena arbeitet als Principal für die Accso Accelerated Solutions. Ihre aktuellen Schwerpunkte sind IT Projekt und Programm Management, sowie Teamentwicklung und System Reengineering und Modernisierung.
Weitere Artikel

Das könnte Sie auch interessieren