Smart Ecosystems

Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE

Die Vereinigung zweier Systemklassen

Vernetzung – der domänenübergreifende Megatrend für Software und Systeme – ist die Herausforderung im Software Engineering der Zukunft. Alleinstellungsmerkmale werden dabei immer mehr durch die Vernetzung der eigenen Software mit anderen Systemen erzeugt. Hierzu wird ein Paradigmenwechsel stattfinden: von monolithischen Einzelsystemen hin zu offenen, vernetzten, skalierbaren dienstorientierten und smarten Software Ecosystems.

Heutzutage lassen sich zunächst drei unterschiedliche Systemklassen charakterisieren: Informationssysteme, Eingebettete Systeme, Mobile Apps. Die Systemklassen entwickeln sich dabei stetig weiter. Im Bereich der Informationssysteme sind Emergente Unternehmenssoftwaresysteme die nächste Evolutionsstufe hin zum Internet der Dienste. Vernetzte eingebettete  Systeme hingegen werden zu Cyber-Physical Systems (CPS) und führen zum Internet der Dinge. In beiden Systemklassen werden heute schon vermehrt auch Mobile Apps in die Abläufe eingebunden.

So genannte Smart Ecosystems stellen die nächste Evolutionsstufe dar. Sie schlagen eine Brücke zwischen den Systemklassen. Informationssysteme, eingebettete Systeme, mobile Apps, emergente Systeme und CPS verschmelzen zu einem einzigen Software Ecosystem, in dem Einzelsysteme über das Internet der Dienste, Dinge, und Daten vernetzt sind und organisationsübergreifende innovative Lösungen entstehen können. Geschäftsprozesse und technische Prozesse sind gleichwertig und beeinflussen sich gegenseitig. Als Erweiterung zum klassischen Software Ecosystem kombiniert das Smart Ecosystem sowohl nicht-triviale Informationssysteme als auch nicht-triviale eingebettete Systeme. Sie wirken dabei als eine Einheit, die dynamisch kontextabhängige Informationen nutzt, um gemeinsame übergeordnete Ziele zu erreichen (die kein Einzelsystem alleine erreichen könnte).

Im Forschungsbereich »Smart Ecosystems« stellt sich das Fraunhofer IESE den Herausforderungen, die sich aus der Integration von Informationssystemen und eingebetteten Systemen für das Software Engineering ergeben. Unsere Forschung vereint diese beiden Systemklassen – und verhindert, dass die beiden Welten kollidieren! Unser Ziel ist es, einen ganzheitlichen Ansatz für das Software Engineering von »Smart Ecosystems« zu entwickeln. 

Smart Ecosystems – die größten Herausforderungen

Im Forschungsbereich »Smart Ecosystems« bereiten wir die Zukunft des Software Engineerings vor. Smart Ecosystems bieten einerseits viele Möglichkeiten und führen andererseits zu neuen Herausforderungen. Grundlegende Unterschiede bei der Entwicklung nur eines der beiden Systeme (entweder Informationssysteme oder eingebettete Systeme) bergen das Risiko, dass ein Produkt zu spät auf den Markt kommt oder mit unzureichender Qualität oder gar mit beidem, wenn man eine integrierte Kombination der beiden entwickelt.

Smart Ecosystems bieten Herausforderungen aufgrund der unterschiedlichen Natur der Einzelsysteme und der inhärenten Komplexität der Vernetzung:

  • Kontrolle über Komplexität gewinnen: Smart Ecosystems sind von Natur aus komplex, was mit der Zahl der zu integrierenden Systeme, deren Größe (das Ganze ist mehr als die Summe der Teile) und den Verbindungen mit anderen Ecosystems zu tun hat.
  • Vielfalt managen: Smart Ecosystems verfügen über eine Vielzahl von unterschiedlichen Methoden, Prozessen, Technologien und Werkzeugen. Erfolgreiche Entwicklung erfordert die Koordination aller Engineering-Aktivitäten über Systemgrenzen hinweg.
  • Interoperabilität durch explizite Offenheit erreichen: Smart Ecosystems sehen oft eine bedarfsgetriebene Zusammenarbeit zwischen Organisationseinheiten oder ganzen Organisationen vor. Menschliche und kulturelle Faktoren müssen während des gesamten Lebenszyklus berücksichtigt werden, damit Software Engineering über Organisationsgrenzen hinweg erfolgreich ist.
  • Umgang mit Unsicherheit: Smart Ecosystems kennen nicht immer den Kontext, in dem sie arbeiten – weder zur Entwicklungszeit noch zur Laufzeit noch zur Betriebszeit. Das Zusammenspiel zwischen zahlreichen Diensten und Entitäten in verschiedenen Versionen und Varianten, die auf willkürliche Art und Weise verwendet werden, kann leicht zu unerwünschten Nebenwirkungen führen.

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Smart Ecosystems – Unsere Forschungsthemen

Alle guten Dinge fangen mit kleinen Schritten in die richtige Richtung an. Dies gilt auch für die Forschung zu einem ganzheitlichen Ansatz für Smart Ecosystems. Insbesondere arbeiten wir an folgenden Themen:

  • Lebenszyklusmanagement in Smart Ecosystems: Wie können bei einer Vielzahl von Einzelsystemen unterschiedliche Prozesse, Methoden und Werkzeuge unter einen Hut gebracht werden?
  • Modellierung von Anforderungen und Arbeitsabläufen in Ecosystems: Wie können bei unsicherem Kontext und Ad-hoc-Vernetzung Anforderungen für das Einzelsystem erfasst und dokumentiert werden?
  • Architekturen für Software Ecosystems: Wie sehen Bebauungspläne, Strukturen und Systemverhalten aus? Wie gewinnt man Kontrolle über die inhärente Komplexität der Vernetzung? Wie gestaltet sich die Governance von Ecosystems?
  • Laufzeittechnologien: Wie sehen Laufzeitplattformen aus, die hohe Qualität (z.B. Security und Safety) in Smart Ecosystems ermöglichen?
  • Partizipative Softwareentwicklung: Wie kann offene, kollaborative und gleichberechtigte Zusammenarbeit über Organisationsgrenzen hinweg gestaltet werden?
  • User Experience spielt eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung und Nutzung von Innovationen. Wie kann Software den Benutzer in die Lage versetzen, in einem Ecosystem effektiv und effizient zu arbeiten?

In diesen Projekten treiben wir unsere Forschung voran

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