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Projekt "ServiceFlow -Dienstleistungskette zum Entwurf vernetzter Gebäudeautomation"

Smart Buildings sind bereits heute mit Tausenden von eingebetteten und vernetzten Prozessoren ausgestattet. Megatrends wie Energieeffizienz, demographischer Wandel (AAL), Internet of Things und Smart City tragen diese Technologien nun auch in Wohngebäude hinein (Smart Home). Allerdings sind Planer und Monteure der Komplexität und funktionalen Heterogenität der Automationssysteme schon längst nicht mehr gewachsen und brauchen rechnergestützte Assistenz. Dafür soll eine durchgängige webbasierte Tool- und Dienstleistungskette von der Kundenintegration (Beratung) über den Entwurf bis zu Errichtung, Dauerbetrieb und Wartung von Raumautomationssystemen aufgebaut werden. Dieses E-Business wird die traditionellen Geschäftsmodelle grundlegend revolutionieren und ist auf viele weitere Branchen übertragbar. Es ermöglicht zugleich die Nutzung der einzelnen Dienste von vielen Marktteilnehmern, was auch durch die Verwendung bzw. der Unterstützung vieler etablierter Industriestandards sowie Austauschformate beflügelt wird.

Das Internet of Things (IoT, [BUL07]) wird demnächst zahllose Alltagsgegenstände mit eingebetteter Intelligenz versehen. IPv6 stellt dafür einen gigantischen Adressvorrat bereit, um Milliarden dieser Prozessoren zu großen (Cyber Physical) Systemen [BRO10] zu vernetzen, die gemeinsam Gesamtaufgaben lösen (Industrie 4.0).
Inmitten der Begeisterung wird selten die Frage gestellt, WER die Anwendersoftware für diese verteilten Systeme entwickeln und WIE (mit welchen Mitteln) dies geschehen soll. Klar ist nur, dass qualifizierte Programmierer mit ihren etablierten (komplexen) Programmiersprachen zu hohe Kosten verursachen würden, sobald die Zielsysteme individualisierte Unikate bleiben, d.h. nur einmal gebaut werden.


Unbemerkt von der breiten öffentlichen Wahrnehmung hat die Gebäudeautomation (GA) in den letzten 15 Jahren hier eine Vorreiterrolle eingenommen: Anlagen mit Zehntausenden vernetzt kooperierenden Prozessoren sind dort längst üblich, kleinste „Dinge" wie Lichtschalter usw. sind selbstverständlich vernetzt und erhalten MAC- und IP-Adressen. Die oben genannte Frage nach dem WER und WIE ist hier längst beantwortet: Handwerker komponieren vorgefertigte Komponenten (Hard- und Software) zu Gesamtsystemen, wofür Wiederverwendungs–technologien innovativ kultiviert werden mussten.
Durch diese Vorreiterrolle hat die Branche bereits seit Jahren wertvolle Umsetzungserfahrungen auf realen Baustellen und im Dauerbetrieb fertiger Anlagen gesammelt. Dadurch erhält sie die Chance, bereits heute die nächste Generation ungelöster Probleme ans Tageslicht zu heben, welche wie in einem Brennglas Impulse für weiterführende Forschung geben:

P1: Komponentenpassfähigkeit (Interoperabilität): Die oben genannte Wiederverwendung kann nur funktionieren, wenn die Komponenten zusammenpassen (interne Funktion und Schnittstellen), egal welcher Hersteller auf dieser Welt sie produziert hat. Im Gegensatz zu simplen bilateralen Beispielen (PC und Drucker) ist dieses Interoperabilitätsproblem hoch (exponentiell) komplex, weil die Informationsflüsse in Gebäuden (und im IoT) hochgradig vermascht sind (Abbildung 5) und eine schier unüberschaubare Vielzahl an Kopplungsvarianten besteht (Datentypen, Datenaustauschprotokolle, Anschlüsse, Verbindungstechnologien, Einbauarten, ...).


P2: Überforderung durch Komplexität: Die Vielfalt und Komplexität der praktischen Problemstellungen sowie des weltweiten Angebots an Komponenten und Lösungen sind zu groß und von Menschen nicht mehr zu überblicken. Die Suche nach bereits vorhandenen und passenden Komponenten dauert oft fast genauso lange wie deren Neuentwicklung. Viele Fachleute (Fachplaner für Elektrotechnik bzw. Gebäudeautomation, Handwerker, Fachhändler) sind daher bereits von der etablierten Smart-Building-Technik überfordert. Dieses Problem ist eine direkte Folge von P1.


P3: Zeit- und Kostendruck: Selbst das Komponieren per Mausklick wird zu teuer, wenn man es für zehntausende Komponenten tun muss. Handwerker haben von der Kundenberatung über Planung, Montage, Inbetriebnahme, Test bis zur Endabnahme je Komponente (z. B. Sensor) nur 30 Minuten Zeit. Dieser Zeitfaktor wird unter Betrachtung des aufgeführten Problems P1 umso gravierender, je mehr verschiedene Komponenten (interoperabel) miteinander verbunden werden sollen (durch die riesige Komponentenvielzahl am Markt, siehe P2).


Diese Probleme hängen stark voneinander ab, bzw. sie werden durch die Komponentenentwicklung von Herstellern am Markt gleichermaßen schwerer lösbar. Die Komplexität der Probleme wird jedoch nicht nur durch Verbreiterung des Produktsortiments für etablierte Raumautomationsfunktionen (z. B. Beleuchtung, Heizung,...) sondern auch durch die Integration von „neuen" Funktionalitäten bzw. der Zusammenschaltung von bisher getrennten Gewerken (z. B. Integration von Sicherheitssystemen) vergrößert.


Ziel des Verbundprojektes „ServiceFlow" im Rahmen des Aktionsplans Dienstleistungen 2010 und der Bekanntmachung „Dienstleistungsinnovation durch Digitalisierung" ist unter Betrachtung aller Projektphasen eine ganzheitliche Lösung für diese Probleme zu erforschen und zu entwickeln. Damit wird sichergestellt, dass die bestehenden Probleme insbesondere bei der Planung von hochgradig vernetzten heterogenen Automationsnetzen (insbesondere in der GA, Smart Home, CPS) stark verringert werden. Kernpunkt der Forschung wird eine offene Infrastruktur angesiedelt in einer Service-Cloud sein, mit deren Hilfe Spezialistentools die Chance bekommen, sich effektiv in die Dienstleistungs- bzw. Wertschöpfungskette einzubringen. Durch das angestrebte offene Konzept mittels Diensten, Services und Webservices wird es anderen Drittanbietern in der Folge möglich sein, von der erforschten Lösung ebenfalls zu profitieren, so dass ein nachhaltiges Ergebnis die Folge sein wird.

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