IESE_Jahresbericht

IESE_Jahresbericht_2019-2020

EDITORIAL keine Standards. Auch die Verwendung von Kom- ponenten, die Künstliche Intelligenz nutzen, wird aktuellen Standards folgend in sicherheitskritischen Anwendungsbereichen nicht empfohlen, aber natürlich werden z.B. »Machine Learning«-Techniken eine wesentliche Rolle spielen, sodass Methoden gefunden werden müssen, um derartige Verfahren auch in kritischen Anwendungen nutzen zu können. Und genau hier setzen wir mit unserer Forschung im Bereich Safety Engineering an: Mit unseren Ansätzen zum dynamischen Risikomanagement sind wir in der Lage, das Risiko zur Laufzeit zu erfassen und zu kon- trollieren. Gefahrensituationen lassen sich dadurch vermeiden oder kontrolliert beherrschen. Insgesamt müssen alle Schritte bei der Entwicklung autonomer Systeme vor dem Hintergrund der speziellen Anforderungen neu bewertet und auf den Prüfstand gestellt werden. Wir brauchen ein entsprechend angepasstes Systems Engineering. Deshalb haben wir als Software- und Systems- Engineering-Institut die Titelstory dieses Jahresbe- richts den autonomen Systemen gewidmet. Lernen Sie deren Chancen und Risiken kennen und erfahren Sie anhand konkreter Praxisbeispiele, wie wir unsere Kunden auf dem Weg zum autonomen System unterstützen. Weitere Schwerpunkte setzen wir in diesem Jahres- bericht auf die Digitalisierung von Geschäftsmodellen im Rahmen Digitaler Ökosysteme, auf Industrie 4.0 mit unserem Forschungsprojekt BaSys 4.2 und auf das Thema Smart Farming mit dem Fraunhofer-Leit- projekt COGNAC. Wir wünschen Ihnen eine informative Lektüre! Peter Liggesmeyer Liebe Leserinnen und Leser, ich bin überzeugt, dass wir in vielen Bereichen zu- nehmend autonome Systeme antreffen werden. Für diese Einschätzung gibt es gute Gründe: Durch das Zusammenwachsen – die Vernetzung – von bisher getrennten Systemen entstehen so große, offene, heterogene »Systeme aus Systemen«, dass Men- schen mit deren manueller Steuerung oft überfordert sein werden. Es fehlt ihnen an Übersicht oder auch an Reaktionsgeschwindigkeit. Autonomes Handeln ist aber auch erforderlich, um bestimmte Vorhaben wirtschaftlich zu realisieren. So erfordert die Grundidee von Industrie 4.0, massenindividualisierte Produkte zu produzieren, eine flexible Produktions- umgebung, die sich autonom auf geänderte An- forderungen einstellen muss. Der manuelle Umbau durch Menschen würde die massenindividualisierte Produktion wohl in den meisten Fällen wirtschaftlich unattraktiv machen. Und schließlich gibt es noch die Motivation der Komfortsteigerung: Wir benötigen autonomes Fahren nicht deshalb, weil Menschen dazu nicht in der Lage wären, sondern weil es recht angenehm wäre, Fahrzeiten für sinnvollere Tätigkeiten zu nutzen, als sich ausschließlich auf den Straßenverkehr zu konzentrieren. Einerseits ist der zu erwartende Nutzen autonomer Systeme oft sehr hoch; andererseits sind keineswegs alle Fragestellungen im Zusammenhang mit autono- men Systemen bereits beantwortet. Es gibt ungelöste technische Herausforderungen, die z.B. den Aspekt der umfassenden Sicherheit – das heißt insbesondere das Wechselwirken von Security (Datensicherheit) und Safety (Funktionssicherheit) – betreffen. Für die gemeinsame Analyse dieser Eigenschaften gibt es kaum akzeptierte Verfahren und insbesondere 3

INHALT 36 Interview »Digitale Ökosysteme« IESE HIGHLIGHTS 46 48 Interview »Industrie 4.0« Projekt-Kickoff BaSys 4.2 – Interview Wirtschaftsstaatssekretärin informiert sich am IESE ELIV 2019 PFAFF HACK IKT Konzepte PFAFF 2029 70 Jahre Fraunhofer Karriere machen bei Fraunhofer Datenplattform für die Landwirtschaft Zwischenfazit der »Digitalen Dörfer« Smart-City-Atlas PROJEKTE IESE IM ÜBERBLICK Mission & Vision Engineering the Digital Future Kompetenzen Brückenschlag von der Forschung zur Wirtschaft Institut in Zahlen Standorte Ausgewählte Mitgliedschaften/Allianzen/Netzwerke Organigramm Kuratorium Die Fraunhofer-Gesellschaft 62 74 REFERENZEN IMPRESSUM 87 87 5

TITELSTOR Autonom = alles Kontrolle? Wie können autonome Systeme trotzdem verlässlich sein? Autonomie, Automatisierung, KI… viele Begriffe tummeln sich im Kontext »autonomer Systeme«. So sprechen manche schon von autonomem Fahren, wenn das Fahrzeug bestimmte Fahraufgaben selbstständig und ohne menschlichen Eingriff übernimmt. Was verbirgt sich aber eigentlich hinter diesen Begriffen? Worauf kommt es beim Engineering solcher Systeme an und warum steht am Ende immer die Frage, wie man autonome Systeme verlässlich macht? Zur Entwicklung eines Systems von ferngesteuert bis hin zur vollständigen Autonomie finden sich in der Li- teratur unterschiedliche Stufenmodelle: Die SAE (So- ciety of Automotive Engineers) zum Beispiel teilt das automatisierte Fahren in sechs Stufen ein (siehe Gra- fik). Einige Fachleute unterscheiden zwischen digita- len Assistenzsystemen, automatisierten Systemen und autonomen Systemen, wonach ein System erst dann als autonom bezeichnet würde, wenn es ohne menschliche Steuerung oder detaillierte Programmie- rung ein vorgegebenes Ziel selbstständig und an die Situation angepasst erreichen kann. Autonom bedeu- tet aber auch eigenverantwortlich. Es geht also nicht nur darum, dass das System etwas ohne direkte oder indirekte Weisung des Menschen macht, sondern auch darum, dass der Mensch nicht die Verantwor- tung für die Systementscheidungen tragen und sie somit nicht überwachen muss. Vernetzung unterstützt Autonomie Eine gute Entscheidungsfindung bedingt normaler- weise die zeitnahe und ausreichend detaillierte Wahr- nehmung der aktuellen Situation und die Vorhersage und Bewertung möglicher Zukunftsszenarien. Dabei spielt die Vernetzung eine entscheidende Rolle: Um die aktuelle Situation wahrzunehmen, ist es sinnvoll, die Sensorik und das Wissen anderer Systeme zu nutzen. Um die Entwicklung einer Situation schon im Vorfeld zu berücksichtigen, müssen oft auch die zu- künftigen Aktionen von anderen Systemen einbezo- gen werden. Ein Beispiel für eine solche Kooperation ist das Truck-Platooning, welches ohne Vernetzung undenkbar wäre. Denn beim Truck-Platooning fahren die einzelnen Trucks so dicht hintereinander, dass sie wie mit einer unsichtbaren Deichsel miteinander ver- bunden sind. Technische Steuerungssysteme sorgen Diese Grafik eranschaulicht das 6-Stufenmodell der SAE (Society of Automotive Engineers). Stufe 0 | No Automation Der Fahrer fährt eigenständig, auch wenn unterstützende Systeme (z.B. ABS oder ESP) vorhanden sind. Stufe 1 | Driver Assistance Fahrerassistenzsysteme helfen bei der Fahrzeugbedienung bei Längs- oder Querführung, u.a. ACC (Adaptive Cruise Control). 8

TITELSTOR Stufe 5 | Full Automation Vollständig automatisiertes Fahren, bei dem die dynamische Fahraufgabe unter jeder Fahrbahn- und Umgebungsbedingung, welche auch von einem menschlichen Fahrer beherrscht wird, durchgeführt wird. Stufe 4 | High Automation Automatisierte Führung des Fahrzeugs ohne die Erwartung, dass der Fahrer auf Anforderung zum Eingreifen reagiert. Ohne menschliche Reaktion steuert das Fahrzeug weiterhin automatisiert. dafür, dass die Verkehrssicherheit nicht beein- trächtigt wird. Deswegen sehen wir am Fraunho- fer IESE Vernetzung als notwendigen Enabler für Autonomie an und reden von einem geschlos- senen oder einem offenen autonomen System, um klar zu machen, ob es vernetzt ist oder nicht. Herausforderung: Verlässlichkeit In vielen Anwendungsfällen sind die Entschei- dungen offener autonomer Systeme kritisch, da Fehlentscheidungen zu finanziellen Schäden oder sogar zu Personenschäden führen können. Dies birgt besondere Herausforderungen für die Si- cherheitstechnik, denn die Offenheit und die Intelligenz widersprechen klassischen Vorge- hensweisen und Grundannahmen wie dem Fest- legen der Grenzen der Maschine und der Vor- hersagbarkeit des Systemverhaltens. Genau hier kommen wir als Fraunhofer IESE ins Spiel Wir bieten innovative Lösungen zur Ab- sicherung dynamischer Systemverbünde und Künstlicher Intelligenz. Laufzeitzertifizierung mit- tels ConSerts, virtuelle Zertifizierung mit FERAL und dynamisches Risikomanagement sind dabei wesentliche, aber längst nicht alle unserer Kern- bausteine, mit denen wir den Markteintritt von kritischen autonomen Systemen ermöglichen. Stufe 3 | Conditional Automation Automatisiertes Fahren mit der Erwartung, dass der Fahrer auf Anforderung zum Eingreifen reagieren muss. Stufe 2 | Partial Automation Ein oder mehrere Fahrerassistenzsysteme helfen bei der Fahrzeugbedienung bei Längs- und gleichzeitiger Querführung. 9

TITELSTOR A utonome Systeme haben enormes Potenzial, entscheidend zur Lösung der aktuellen ökologischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Herausforderungen beizutragen. Nicht nur im Bereich der Mobilität, sondern auch in der industriellen Produktion und der Landwirtschaft werden sie zu- künftig eine wichtige Rolle spielen. Mit dem Programm »Autonome Systeme« will das Fraunhofer IESE an der Gestaltung und Absicherung solcher Systeme maßgeblich mitwirken. Prof. Liggesmeyer, welche Stufe der Autonomie haben marktreife Produkte erreicht? Liggesmeyer: Wenn wir sicherheitskritische An- wendungen betrachten – etwa die Auswertung von Daten in der Medizin – so findet die finale ber- prüfung von Ergebnissen durch Menschen statt, die letztendlich die Verantwortung übernehmen. Im engeren Sinne sind das keine autonomen Systeme. Natürlich gibt es sicherheitskritische Anwendungen, die ohne menschliche Eingriffe selbstständig ab- laufen, z. B. die Steuerung von Produktionsstraßen oder Betriebsführungssysteme in der Bahntechnik. Aber in diesen Fällen sprechen wir nur von automa- tisierten Systemen. Diese Systeme besitzen ein fest eingeprägtes Verhalten, in dem alle Reaktionsmög- lichkeiten vorab festgelegt sind und grundsätzlich auch jederzeit überprüft werden könnten. Derartige Systeme sind aber recht unflexibel. Sie lernen nicht hinzu und können ihr Verhalten nicht selbstständig an geänderte Bedingungen anpassen. Außerhalb des sicherheitskritischen Bereiches bewegen wir uns schon mehr in Richtung Autonomie. Hier handelt es sich aber um Komfortfunktionen, bei denen ein ge- legentliches Versagen toleriert werden kann, z. B. bei der Sprachsteuerung im Auto. Wenn die beim Betrieb eines Systems auftretenden Situationen vorab bekannt sind, so braucht man selbstverständlich keine autonomen Fähigkeiten. Den Nachteilen autonomer Systeme stehen dann keine Vorteile gegenüber – in dieser Situation reicht klassi- sche Automatisierungstechnik völlig aus. Man kann aber davon ausgehen, dass dies immer weniger der Fall sein wird, weil manche Systeme oder deren Auf- gaben sich ständig verändern werden. Was wäre denn ein typisches Beispiel für ein System, das sich ständig verändert? Liggesmeyer: Ein gutes Beispiel dafür ist das System zur Versorgung mit elektrischer Energie – das Ener- gieverteilnetz. Neue Systemkomponenten kommen durch die Inbetriebnahme von Photovoltaik hinzu. Ob diese aber Energie liefern, hängt von dem nicht beeinflussbaren Faktor Sonneneinstrahlung ab. Trotz- dem muss die Energiebilanz stimmen. Dieses System ist zu unübersichtlich, um von Menschen manuell gesteuert zu werden, und es ändert seine Struktur zu häufig, um durch klassische Automatisierungstechnik betrieben werden zu können. Hier kann nur ein ge- eignetes selbstlernendes, autonomes System helfen. Menschen wären mit dieser Aufgabe überfordert. Für welche Branchen und Wirtschafts- zweige sind autonome Systeme beson- ders interessant? Liggesmeyer: Mir fällt kaum ein Bereich ein, in dem der Einsatz autonomer Systeme von vornherein un- attraktiv wäre. Dennoch gibt es natürlich viele Situ- ationen, in denen autonome Systeme unnötig sind. Stichwort Mobilität – in der Regel sind wir ja nicht damit überfordert, ein Auto zu steuern. Wieso geht der Trend hin zur Automatisierung? Liggesmeyer: Weil in manchen Fällen der Wunsch nach autonomen Systemen anders begründet ist. Menschen können bekanntermaßen Auto fahren 1 1

TITELSTOR »Gutes Systems Engineering ist ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Entwicklung autonomer Systeme.« Dr.-Ing. Rasmus Adler autonomes Fahren wäre aber komfortabel. In der Landwirtschaft z.B. stehen Arbeitskräfte nicht in aus- reichender Anzahl zur Verfügung. Hier bieten auto- nome Systeme die Möglichkeit, in ähnlicher Weise flexibel zu arbeiten, wie es sonst nur Menschen können. Der autonome Feldroboter kann Beikräuter von Maispflanzen unterscheiden. Ersteres wird me- chanisch entfernt letzteres punktgenau gedüngt. Dies reduziert den Herbizideinsatz und verhindert berdüngung. Menschen könnten das auch leisten. Sie stehen aber oft nicht zur Verfügung. Derartige Szenarien untersuchen wir in dem vom IESE koordi- nierten Fraunhofer-Leitprojekt COGNAC. Wie sieht es speziell im Bereich Industrie 4.0 aus? Gibt es schon echte autonome Systeme in der Fertigung? Liggesmeyer: Was man derzeit bei der Produktion sehen kann, sind in erster Linie vollautomatisierte Systeme. Klar ist aber auch, dass Industrie 4.0 ohne autonome Systeme nicht erreicht werden kann. Die Produktion individueller Produkte macht es unmög- lich, jedes denkbare Produkt vorab einzuplanen, sodass sich die Produktionstechnik auch auf nicht vo- rausgeplante Produkte einstellen können muss. Das geht nur autonom. Aktuell legen wir mit unserer In- dustrie-4.0-Middleware BaSyx dafür den Grundstein. Dr. Adler, welche Faktoren spielen eine besondere Rolle bei der Entwicklung autonomer Systeme? Adler: Das Thema Systems Engineering spielt hier eine ganz zentrale Rolle, aber man muss es auf verschiedenen Ebenen betrachten. Einmal geht es um ein einzelnes System, zum Beispiel ein Fahrzeug, und um den Aspekt, wie Software oder Hardware zu integrieren ist. Bei autonomen Systemen ist aber die Umgebung von entscheidender Relevanz, denn die Komplexität der Umgebung wird sich in der Komplexität des Systems widerspiegeln. Man kann versuchen, die Umgebung so einfach zu gestalten, dass man für jede Situation explizit vorgeben kann, was das System machen muss. Dann bewegt man sich in Richtung Automatisierung anstatt Autono- misierung. Oder man entscheidet, dass es zu kost- spielig ist, die ganze Umgebung zu kontrollieren und arbeitet mit KI-Methoden, mit deren Hilfe man auch in nicht explizit berücksichtigten Situationen sou- verän reagieren kann. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass autonome Systeme ihre Umgebung wahr- nehmen müssen. Die Wahrnehmung eines einzelnen physikalischen Systems beschränkt sich allerdings auf seine eigene Sensorik beziehungsweise auf das, was seine Algorithmen daraus ableiten können. Diese eingeschränkte Wahrnehmung kann sich enorm ver- 1 2

TITELSTOR größern, wenn sich physikalische Systeme vernetzen und ihr Wissen über die Umgebung teilen. Gutes Systems Engineering ist auf jeden Fall ein entschei- dender Erfolgsfaktor für die Entwicklung autonomer Systeme. Werden autonome Systeme jemals so sicher sein, dass wir uns auf sie verlassen können? Adler: Das hängt von vielen Faktoren ab, die nicht alle technischer Natur sind. Generell will man Men- schenleben nicht davon abhängig machen, ob sich ein autonomes System in einer bestimmten Situation zufällig sicher verhält. Man wird immer versuchen, alle kritischen Situationen explizit zu überprüfen, aber dazu muss man ja erst einmal alle kritischen Situationen kennen. Wenn man beispielsweise an das Autofahren denkt, ist dies leider nicht der Fall. Trotzdem kann man vieles tun, um das Risiko auto- nomer Fehlentscheidungen zu minimieren und mög- lichst genau abzuschätzen. Die Forschung ist hier schon sehr weit und noch lange nicht am Ende. Es ist schwer abzuschätzen, wie weit man kommen wird, aber es wird immer ein Restrisiko bleiben. Es stellt sich also die nicht-technische Frage, welches Rest- risiko akzeptiert werden kann. Beim autonomen Fah- ren ist die Erwartung natürlich, dass es sicherer sein muss als das manuelle Fahren. Aktuell entstehende Normen wie die UL 4600 oder das industrieüber- greifende Whitepaper Safety First for Automated Driving machen hierzu keine konkreten Aussagen. Und wie kann man autonome Systeme zumindest sicherer machen? Adler: Eine typische Strategie ist, dass man sicher- heitskritische Aspekte von nicht-sicherheitskritischen Aspekten trennt. Wir können zwar das gute, das intendierte Verhalten eines autonomen Systems nicht vollständig spezifizieren, aber oft können wir das sicherheitskritische Verhalten trotzdem gut durch Sicherheitsfunktionen beschreiben. Der Trend geht inzwischen dahin, von etablierten, vergleichs- weise einfachen Sicherheitsfunktionen Abstand zu nehmen, da diese nur eine Worst-Case-Betrach- tung während der Entwicklungszeit eines Systems vornehmen. Normalerweise kommen aber in einer Situation nicht alle Worst-Case-Szenarien zusammen. Beim Platooning von LKWs zum Beispiel würde man auf diese Weise viel Potenzial verschwenden, indem die Fahrzeuge einen viel zu großen Abstand vonein- ander halten müssten. Hier kommt das dynamische Risikomanagement ins Spiel: Risiken werden zur Laufzeit erfasst und optimal kontrolliert. Oft ist es ausreichend, leicht abzubremsen, anstatt das ganze System abzuschalten. Man versetzt also das System in die Lage, sich des aktuellen Risikos bewusst zu werden und dementsprechend angepasst darauf zu reagieren. »Industrie 4.0 kann ohne autonome Systeme nicht erreicht werden.« Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer 1 3

TITELSTOR Funktioniert dieses dynamische Risiko- management auch ohne die voll- ständige Vernetzung der Systeme? Adler: Im Prinzip schon. Ohne Vernetzung hat das System nur weniger Informationen zur Verfügung, um das aktuelle Risiko richtig abzuschätzen. Außer- dem kann es das Verhalten der anderen Systeme nicht beeinflussen, um das Risiko zu kontrollieren. Im Kontext von Warnsystemen und einfachen Assistenz- systemen gibt es sogar heute schon standardisierte Maße, beispielsweise die Time-to-Collision, um das Risiko eines Auffahrunfalls zu messen. Für hoch- automatisiertes oder gar autonomes Fahren ist das aber nicht ausreichend. Wir verfolgen hier einen mehrschichtigen Ansatz, bei dem das Risiko bezüg- lich unterschiedlicher Zeithorizonte gemessen und kontrolliert wird. So werden Gefahrensituationen nicht nur beherrscht, sondern auch konstruktiv vermieden. Und wie unterstützen Sie als Fraunhofer IESE auf dem Weg zum autonomen System? Liggesmeyer: Zunächst einmal bieten wir unseren Kunden Kreativitätsworkshops, um mit ihnen ge- meinsam alle Aspekte der Situation zu beleuchten: Was ist der Nutzen der autonomen Lösung Wie se- hen die Geschäftsmodelle dazu aus und wie sieht der Weg vom aktuellen System zur angestrebten Lösung aus Hauptsächlich aber helfen wir unseren Kunden 1 4 Im autonomen Fahrzeug wird das mobile Arbeiten Realität. beim Engineering der autonomen Systeme. Wir bie- ten sehr leistungsfähige Verfahren zur Modellierung und Simulation der Systeme und ihrer Umgebung an. Wir sind aber auch bereit, die Modellierung und die darauf aufsetzenden Analysen für unsere Kunden durchzuführen. Das gilt insbesondere für das Safety und Security Engineering. Neben Modellierungs- und Analysewerkzeugen liefern wir auch ganz konkrete technische Lösungen, z. B. MDATA Control Techno- logies für die Datennutzungskontrolle oder BaSyx als Industrie-4.0-Lösung. Das Interview führte Claudia Reis, Pressereferentin beim Fraunhofer IESE.

TITELSTOR V&V Methoden Projekt zur Verifikation und Validierung autonomer Systeme Das hochautomatisierte Fahren stellt neue He- rausforderungen an Entwickler und braucht neue Methoden für Sicherheitsnachweise. Das BMWi-geförderte Flaggschiff-Projekt VV Methoden zur Verifikation und Va- lidierung autonomer Systeme hat das Ziel, einen methodischen Ansatz für den Sicher- heitsnachweis hochautomatisierter und auto- nomer Fahrzeuge (SAE-Level 45) zur Freigabe im urbanen Umfeld zu entwickeln. Sicherheit für hochautomati- sierte Fahrfunktionen VV Methoden ist ein Projekt der VDA- Leitinitiative Autonomes und vernetztes Fah- ren. Es knüpft an die Ergebnisse des Projekts PEGASUSan, welches die Absicherung von Level-3- Fahrfunktionen im Betriebsbereich Deutsche Autobahn untersuchte. Somit kann es als dessen Nachfolger bezeichnet werden. Neben der OEM-Tier1-übergreifen- den Definition für den Stand der Technik für die Absicherung hochautomatisierter Fahrfunktionen soll eine umfassende Grund- lage für Gesetzesdiskussion und Standardisie- rung geschaffen werden. Die Straßenkreuzung als Schlüsselstelle Als übergreifenden Anwendungsfall betrach- tet das Projekt die urbane Kreuzung in allen Facetten, die für die systematische Führung eines Sicherheitsnachweises relevant sind. Der Grund dafür ist, dass die wesentlichen Herausforderungen des hochautomatisierten Fahrens an einer urbanen Kreuzung zusam- menfließen. Die Komplexität von querendem und abbiegendem Verkehr, die Wirkung von Lichtsignalanlagen sowie die Beachtung von Fußgängern kann wesentliche Aspekte eines methodischen Herangehens unterlagern. Rolle des Fraunhofer IESE in zwei Teilprojekten Das Fraunhofer IESE bringt in VV Metho- den seine Expertise in den beiden Teilprojek- ten TP3 Sicherheitsanalyse und funktionale Architektur und TP4 Regelwerk System- und Testanforderungen ein. In TP3 wird erarbei- tet, wie ein durchgängiger Sicherheitsnach- weis auf Basis von Modellen des autonomen Systems und seiner Umwelt systematisch er- zeugt werden kann. Dabei spielen insbeson- dere die funktionale Spezifikation eines siche- ren Sollverhaltens und die Argumentation für die vollständige Erfassung und Analyse der sicherheitskritischen Situationen eine wichtige Rolle. Das IESE wird hier auf den Forschungs- arbeiten zu den Themen Digital Dependa- bility Identities (H2020-Projekt DEIS) und Dynamisches Risikomanagement (DRM) aufbauen. Konzeption von Validierungs- testfällen im zweiten Teilprojekt Das auf den Ergebnissen von TP3 aufbauen- de TP4 hat zum Ziel, einen vollständigen Satz von Validierungstestfällen abzuleiten, die auf konkrete Systemkomponenten wie Sensoren, Regler oder Steuergeräte angewendet wer- den können. Auch Entscheidungskriterien, ob und welche dieser Tests in der Simulation, auf dem Prüfgelände oder im Realverkehr durch- geführt werden müssen, werden erarbeitet. Letztlich sind alle methodischen Bestandteile, die in VV Methoden unter Beteiligung des Fraunhofer IESE entwickelt werden, darauf ausgerichtet, hochautomatisierte Fahrfunktio- nen zukünftig sicher in den Verkehr zu bringen. 1 5

TITELSTOR Forschungsprojekt SECREDAS Mehr Sicherheit beim autonomen Fahren Autos autonom fahren lassen? Den im Auto verbauten Sensoren erlauben, Daten über den aktuellen Gesundheitszustand des Fahrers zu sammeln? Die meisten Menschen sind hier sehr zögerlich. Im Projekt SECREDAS erhöht ein Forscherkonsortium, darunter das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE, die Sicherheit solcher Systeme – um auf diesem Weg das allgemeine Vertrauen in die Technik zu stärken. Bei der Akzeptanz neuer Technologien wie selbst- fahrender Autos ist noch viel berzeugungsarbeit zu leisten: Menschlichen Fahrern traut man üblicherwei- se bessere Entscheidungen im Straßenverkehr zu als einer Software. Das Vertrauen in solche vernetzten automatisierten Systeme in Mobilität und Medizin zu stärken – sei es in puncto Sicherheit oder hinsichtlich des Datenschutzes – und europäische Erstausrüster wettbewerbsfähig zu halten, hat sich das Konsor- tium des Projekts Product security for cross domain reliable dependable automated systems SECREDAS zum Ziel gesetzt. Insgesamt 69 Partner aus 16 euro- päischen Ländern beteiligen sich an dem Projekt, dar- unter auch das Fraunhofer IESE. Die EU finanziert das Projekt mit rund 15 Millionen Euro das Gesamtvolu- men des Projekts beträgt 51,6 Millionen Euro. Sicherheit selbstfahrender Autos erhöhen Bei autonom fahrenden Autos spielen neuronale Netze bei der Steuerung und Situationserkennung eine immer größere Rolle. Ist die Ampel rot Kreuzt ein anderes Fahrzeug den geplanten Fahrweg Die Schwierigkeit dabei: Auf welche Art und Weise die neuronalen Netze ihre Entscheidungen treffen, lässt sich nicht bis ins Detail nachvollziehen. Wir ent- wickeln daher einen Safety Supervisor, der die Ent- scheidungen des neuronalen Netzes live überwacht, sodass auf Basis dieser Bewertungen notfalls regulie- rend eingegriffen werden kann«, sagt Mohammed Naveed Akram, Wissenschaftler am Fraunhofer IESE. Dieser Supervisor basiert auf Algorithmen, die sich klassische Ansätze zunutze machen. ber diese erfas- sen wir nicht die Gesamtsituation wie die neuronalen Netze, sondern kritische Eckpunkte. Im Rahmen des SECREDAS-Projekts beschäftigen wir uns vor allem mit der Frage nach geeigneten Metriken die Einlei- tung geeigneter Gegenmaßnahmen zur Kontrolle des Risikos ist Gegenstand weiterführender Arbeiten. Wie das genau vonstattengeht, lässt sich am besten an einem Beispiel erklären, etwa an einer Kreuzung. Das neuronale Netz ist darauf ausgelegt, die Gesamt- situation zu erfassen: Welche Vorfahrtregeln gelten, ist die Ampel rot oder grün, befinden sich Fußgän- ger innerhalb des Gefahrenbereichs, kreuzen ande- re Autos den geplanten zukünftigen Fahrweg Dies können die Algorithmen des Safety Supervisors zwar nicht, doch setzen sie stattdessen auf bestimmte Me- triken. Solche wären beispielsweise die General-Ti- me-To-Collision (GTTC), also die Zeit bis zu einem Zusammenprall unter Berücksichtigung der voraus- sichtlichen Trajektorie, oder die Worst Case Impact Speed«-Metrik zur Beurteilung der Schadensschwere auf Basis der voraussichtlichen Kollisionsgeschwindig- keit. Steuert das Auto nun auf einen anderen Verkehrs- teilnehmer zu, welcher dem neuronalen Netz entgan- gen sein sollte, erkennen die Algorithmen des Safety Supervisors, dass der Abstand zu den anderen Ver- kehrsteilnehmern in gefährlichem Maße schrumpft. Sie können das Kommando übernehmen und brem- sen das Auto, falls die autonome Steuerung versagt. Wir haben verschiedene Metriken untersucht Wie gut können wir über diese die aktuelle Gefahrenlage bewerten sagt Akram. In einer Simulation haben 1 6

die Forscherinnen und Forscher die Tauglichkeit die- ser Metriken für verschiedene Gefahrensituationen evaluiert. Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Der Ansatz, die neuronalen Netze über klassische Ansätze jederzeit und live zu überprüfen, kann zusammen mit einem dynamischen Risikomanagement die Sicherheit deutlich erhöhen, fasst Akram zusammen. Mehr Datenschutz oder mehr Service? Hat ein anderer Fahrer das Auto genutzt, heißt es vielfach: Sitz und Spiegel wieder passend einstellen, die eigene Lieblingsmusik heraussuchen, die persön- lichen Lieblingsorte im Navigationssystem eintragen und ähnliches – erst dann kann es losgehen. Zwar ist es möglich und praktisch, solche Angaben abzuspei- chern, sodass automatisch alle Einstellungen passen. Doch während einige Menschen dies gerne nutzen, scheuen andere aus Gründen des Datenschutzes da- vor zurück. Noch heikler wird es, wenn das Auto auch medizinische Daten erfasst, etwa den Blutzuckerspie- gel oder die Herzfrequenz – um im Bedarfsfall eine entsprechende Warnung an den Fahrer auszugeben oder Hilfe zu holen. Denn für den Nutzer ist bisher kaum nachzuvollziehen, ob die Daten im Auto bleiben oder in einer Cloud verarbeitet werden.Eine One- fits-all-Lösung ist hier daher kaum eine Lösung, sagt Arghavan Hosseinzadeh da Silva, Software-Entwickle- rin am Fraunhofer IESE. Generell gilt Je mehr Daten man freigibt, desto mehr Service erhält man. Wie viele Daten jemand in welchem Fall freigeben möchte, ist von Mensch zu Mensch jedoch sehr unterschiedlich. Unter dem Namen INDUCE (Produktname MDATA Control Technologies) entwickeln die For- scherinnen und Forscher daher ein Framework, über das sich die Nutzung aller persönlichen Einstellungen je nach Situation und Belieben einschränken lässt. Man möchte die WhatsApp-Nachrichten gerne auf dem Display des Autos angezeigt bekommen – es sei denn, man ist nicht alleine im Auto Im Mietauto sollen die gleichen Kontakte und Playlists angezeigt werden wie im eigenen Fahrzeug und Sitz, Lenkrad und Spiegel direkt passend eingestellt sein Die Ge- sundheitsdaten, etwa die Messung der Herzfrequenz, sollen im Auto verbleiben und nicht an eine Cloud geschickt werden – es sei denn, es ist dringende Hilfe geboten, die dann automatisch herbeigerufen werden soll, etwa nach einem Unfall Solche Dinge soll der Nutzer künftig über eine App selbst einstel- len können, und diese Privacy-Vorgaben werden per TITELSTOR Smartphone in jedes Fahrzeug übertragen, das der Anwender gerade nutzt, egal ob Dienstwagen, Miet- fahrzeug oder Privatwagen. Die erforderlichen Framework-Komponenten dazu werden ins Auto integriert. Eine Anfrage – beispiels- weise, ob die Daten über die Herzfrequenz des Nut- zers an die Cloud gesendet werden dürfen – läuft zu- nächst über den Policy Decision Point PDP. Dieser prüft, ob sie zulässig ist. Falls ja, sendet der PDP eine Freigabe an das Enforcement oder aber gibt diesem die Information, welche Daten vor dem Verschicken zu löschen oder zu anonymisieren sind. Im Rahmen von SECREDAS wollen die IESE-Forscherinnen und -Forscher einen Prototypen für das Framework ent- wickeln, der Ende 2020 fertig sein soll. Langfristig möchte das SECREDAS-Konsortium einen Standard für Datennutzungskontrolle im Auto etablieren, der möglichst von allen Autoherstellern übernommen werden soll, um die informationelle Selbstbestim- mung der Fahrzeugnutzer zu ermöglichen. Weitere Infos zum Projekt: www.secredas.eu Safety Supervisor Der Safety Supervisor ist eine Softwarekomponente, die neben der eigentlichen Funktion ausgeführt wird und Entscheidungen derselben auf deren Sicherheit hin überwacht. Die Grundidee des Safety Supervisors ist das dynamische Risikomanagement (DRM), das Systemen die Fähigkeit gibt, ihr Risiko zur Laufzeit selbstständig zu bewerten und zu managen. Dadurch wird es möglich, mit Unsicherheiten umzugehen, welche durch die große Komplexität der Systeme und ihres Kontexts bedingt sind. Ohne adäquate Laufzeit- ansätze führt dies entweder zu unsicheren Systemen oder zu Worst-Case-Abschätzungen, welche die Per- formanz deutlich einschränken oder gewisse An- wendungen gar unmöglich machen. In den letzten Jahren wurden in zahlreichen bilateralen Projekten mit Industriepartnern solche Teilkonzepte des Ansat- zes für konkrete Anwendungen der Domänen Auto- motive sowie Agricultural und Industrial Automation erfolgreich umgesetzt. 1 7

TITELSTOR Speicherengpass beim autonomen Fahren Wissenschaftliches Projekt will Forschungslücke schließen Assistenzsysteme, Domain Controller, hoch automatisierte Fahrfunktionen, neuro- nale Netze und Cloud-basierte Dienste all diese neuen Anwendungen stellen die Automobilindustrie vor große Herausforderungen. Der Kommunikationsbedarf steigt ebenso wie die Anforderungen an Rechenpower, Speicherlatenz und Speicher- bandbreite. Letztere wird oft vernachlässigt. Das Thema »Speicher« wird beim auto- nomen Fahren als einfach lösbar angenommen, ist es aber nicht! Ähnlich wie man sich bei der Rechenleistung aus der klassischen IT bedient, müsste dies doch auch beim Speicher funktionieren. Weit gefehlt! Die Anforde- rungen an die Verarbeitung von Sensordaten aus vielen Kanälen sind sehr hoch, nicht nur, was das Volumen betrifft, sondern auch, wenn es um garan- tierte Latenz und Bandbreite geht. Was viele nicht wissen: Auch wenn Speicherbausteine wie DRAMs (Dynamic Random Access Memories) eine angege- bene maximale Bandbreite haben, liegt diese durch das komplexe Protokoll in der Praxis oft weit dar- unter. Die Speicherzellen, die sehr temperaturemp- findlich sind, müssen zudem regelmäßig aufgefrischt werden (Refresh), was bei hohen Temperaturen im Automobilbereich zu einem weiteren Einbruch der Bandbreite und einer Erhöhung der Latenz führt. Die- se Eigenschaften machen es sehr schwierig, DRAMs in sicherheitskritischen Anwendungen einzusetzen. Speicherhersteller wie Micron beziffern den Bedarf an Speicherbandbreite für Autonomie-Level 4-5 mit 400-1024 GB pro Sekunde. Dazu kommen die wach- senden Anforderungen an die Speichergröße, für die Daimler bei Premium-Fahrzeugen mehr als 50 GB DRAM im Jahr 2025 vorhersagt. Ansätze zur Behebung des Speicher- problems beim autonomen Fahren Das Fraunhofer IESE forscht mit Partnern der TU Kai- serslautern seit einigen Jahren im Leistungszentrum Simulations- und Software-basierte Innovation an Lösungen für optimierte Speichersysteme und Spei- chercontroller, welche optimal an spezielle Anwen- dungen angepasst sind ein Szenario, das sich sehr gut auf hochperformante Sensordatenanalyse und Anwendungen des maschinellen Lernens, z.B. die In- ferenz von neuronalen Netzen, abbilden lässt. In den letzten Jahren wurden viele neue DRAMs vorge- stellt (z.B. DDR4, LPDDR4, GDDR6, Wide IO, HMB2). Es ist jedoch noch nicht klar, wie diese Speichermo- dule im Automobilbereich in Bezug auf Bandbreite, 1 8

TITELSTOR Latenz, Leistung, Temperatur, Zuverlässigkeit und Si- cherheit eingesetzt werden können. Die wissenschaft- liche DRAM-Forschung konzentriert sich bisher vor allem auf mobile Geräte und große Rechenzentren. Diese Anwendungen haben völlig andere Anforde- rungsprofile als sicherheitskritische Anwendungen im Automobilbereich. Mit dem trilateralen Forschungs- projekt Memtonomy (Optimizing Memory for Ad- vanced Driver Assistance Systems and Autonomous Driving) der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) und der Fraunhofer-Gesellschaft versuchen das Fraun- hofer IESE, die TU Kaiserslautern und die Robert Bosch GmbH, diese Forschungslücke zu schließen. Weitere Infos zum Projekt: http://s.fhg.de/memo FRAUNHOFER IESE: EXPERTE BEIM THEMA SPEICHER UND AUTONOMES FAHREN Zu den Leistungen, die das Fraunhofer IESE bereits heute Automobilherstellern und -zulieferern anbietet, gehören das Vermessen und die Auswahl geeigneter Speichertechnologien, die Entwicklung hochoptimierter, anwendungsspezifi- scher Speichercontroller und die hard- warenahe Simulation von Leistungspara- metern mit den Werkzeugen DRAMSys und DRAMMeasure sowie dem hauseige- nen Simulationsframework FERAL. FERAL simuliert und testet kritische Situationen von autonomen Systemen Systeme, die sicherheitsrelevante Entscheidungen auch automatisiert treffen und von denen im Extremfall Men- schenleben abhängen, müssen besonders abgesichert und getestet werden. FERAL von Fraunhofer IESE ist eine Simulationsplattform mit unterschiedlichen Baustei- nen. Diese ermöglichen es, auch komplexe, heterogene Szenarien in ein Prüfszenario zu integrieren und gezielt Eigenschaften im geschützten virtuellen Raum mithilfe Digitaler Zwillinge zu überprüfen. Ein relevantes An- wendungsbeispiel ist das autonome Fahren: Aufgrund der erhöhten Komplexität eines autonomen Fahrzeugs stoßen dabei klassische Validierungstechniken schnell an ihre Grenzen und es werden innovative Simulationen benötigt, da diese im Gegensatz zu Feldtests kritische Situationen gehäuft auftreten lassen können. 1 9

TITELSTOR Industrieprojekt Bosch Safety-Betrachtungen eines Cloud-Dienstes für automatisiertes Fahren In Zukunft wird das automatisierte Fahren zunehmend durch Cloud-Dienste unterstützt: Die Sen- sorik eines Fahrzeugs hat nur eine begrenzte Reichweite und ist teuer, weshalb zukünftig Fahr- zeuge über die Cloud mit Informationen versorgt werden. Diese Informationen können von ande- ren Fahrzeugen kommen, aber auch von anderen Quellen wie etwa Online-Wetterdiensten. Ein Cloud-Dienst informiert zum Beispiel einen Autobahnpiloten über die Straßenwetterverhältnisse und den Haftreibwert der Straße. Autobahnpiloten sind auf diese Information angewiesen, da ihr Einsatzbereich und ihr Fahrverhalten von der Reibung abhängen. Für diesen Cloud-Dienst ein Si- cherheitskonzept zu entwickeln trotz fehlender Normen für Safety-elange im Automotie-e- reich war die Herausforderung für die Eperten des raunhofer IESE. 2 0

TITELSTOR Außerdem führten sie eine Sicherheitsanalyse be- züglich der Cloud-Plattform durch, auf der die von Bosch entwickelte Software läuft. Basierend auf den Analyseergebnissen leiteten die Fraunhofer-Experten ein Sicherheitskonzept ab und erstellten eine Sicher- heitsargumentation mit der Goal Structuring Notation (GSN). Alle Artefakte modellierten sie mit safeTbox, dem vom Fraunhofer IESE entwickelten Werkzeug- rahmenwerk zur Unterstützung in Phasen der Ent- wicklung und Zertifizierung von sicherheitskritischen Systemen. Die modellierten Artefakte lassen sich auf- grund ihres modularen Charakters leicht an verschie- dene Kundenwünsche anpassen. Maßgeschneidertes Konzept für Bosch Als Projektergebnis erhielt Bosch ein umfassendes Sicherheitskonzept für seinen speziellen Cloud-Dienst. Die Vorgehensweise sowie die angewendeten Metho- den und Tools sind aber ohne Weiteres auf andere Cloud-Dienste übertragbar. Somit liefert das Projekt auch einen modellbasierten Safety-Engineering-An- satz für Cloud-Dienste und den Grundstein für einen bisher fehlenden Standard. Die Kooperation mit dem Fraunhofer IESE war Die Kooperation mit dem Fraunhofer IESE war Die Kooperation mit dem Fraunhofer IESE war für uns wegweisend für das Safety Engineering unserer Cloud-Dienste. Die modellbasierten Analysetechniken haben es uns ermöglicht, die komplette Wirkkette von Sensoren über verschiedene Cloud-Systeme bis in die Fahrzeuge hinein systematisch zu untersuchen und daraus ein umfassendes Sicherheitskonzept abzuleiten. umfassendes Sicherheitskonzept abzuleiten. umfassendes Sicherheitskonzept abzuleiten. Erik Lesser, Chief Product Owner, Robert Bosch GmbH 2 1 Fehlende Sicherheitsnormen erschweren die Entwicklung Es gibt bislang noch keine Norm, die erklärt, wie Cloud-Dienste für Autobahnpiloten zu entwickeln sind. Die Sicherheitsnorm ISO 26262 und der Safety- Of-The-Intended-Functionality (SOTIF) Standard ISO PAS 21448 beziehen sich auf Fahrzeuge, doch ihre Anwendung ist nicht ohne Weiteres auf Cloud-Diens- te übertragbar. Normen aus der IT-Sicherheit adressie- ren zwar Cloud-Dienste, aber nicht die Safety-Belange aus dem Automotive-Bereich. Nur weil es keine Norm gibt, heißt dies aber nicht, dass man solche Dienste entwickeln kann, wie man möchte. Man sollte sich trotzdem an den Stand der Technik halten. Forscher des Fraunhofer IESE nehmen die Herausforderung an Die Forscher des Fraunhofer IESE kennen den Stand der Technik sowie aktuelle Entwicklungen im Bereich Safety und automatisiertes Fahren. Basierend auf diesem Hintergrundwissen stellten sie im Projekt mit Bosch relevante Anforderungen aus Normen zusam- men und zeigten auf, wie man diese methodisch um- setzen kann. Weiterhin unterstützte das Fraunhofer IESE Bosch bei der methodischen Umsetzung. In enger Kooperation mit den Domänenexperten von Bosch entwickelten sie eine funktionale Architektur, welche die komplette Informationsverarbeitung darstellt. An- schließend analysierte das Team die einzelnen Ver- arbeitungsschritte mit Komponentenfehlerbäumen.

TITELSTOR Zertifizierung£ £ Zertifizierung£ Zertifizierung£ Zertifizierung Zertifizierung Zertifizierung Zertifizierung Die digitale Transformation der Zertifizierung steckt noch in den Kinderschuhen Fast alle Technologiebereiche werden derzeit auf das Level »4.0« gehievt – doch für das Thema Zertifizierung scheint dies noch nicht zu gelten. Und das, obwohl dieser wichtige Aspekt für viele Produkte eine Voraussetzung für das Inverkehrbringen ist. Das Thema betrifft somit gleichermaßen Anbieter von Produkten, die TIC-Industrie Testing, Inspection, Certification und die Kunden beziehungsweise Nutzer. Die digitale Transformation der Zertifizierung kann in mehrere Evolutionsschritte oder Reifegrade gegliedert werden daraus ergeben sich fünf Stufen, von denen die letzten drei noch wesentliche Herausforderungen bergen. Entwicklungsstufen hin zu einer ertifiierung 5. Automatisierte ertifiierung ur aufeit ertifiierung on Algorithmen/Software 2. Digitalisierung von Prozessen 3. Flexibilisierung von Prüfprozessen 1. Digitalisierung von Dokumenten 2 2

TITELSTOR ertifiierung on lgoriten Für die Zertifizierung von Algorithmen, zum Beispiel Entscheidungsunterstützungssystemen, oder die kon- tinuierliche Bewertung der Sicherheit fehlen vielfach noch die Technologien ganz zu schweigen von Standards. Wenn KI-basierte Algorithmen mensch- liche Entscheidungen übernehmen oder bei solchen Unterstützung leisten sollen, dann ergeben sich viele unbeantwortete Fragen im Hinblick auf Transparenz, Nachvollziehbarkeit, Fairness, Gleichbehandlung, Haftbarkeit, Zuverlässigkeit und Datenschutz. Die Antwort auf diese Fragen ist dabei stark abhängig vom Anwendungskontext, denn dieser gibt letztend- lich vor, was sich im konkreten Fall hinter diesen Eigen- schaften verbirgt und was in diesem Fall akzeptabel ist. naie ertifiierung ur aufeit Schließlich ist die automatisierte Zertifizierung, ggf. noch während des Betriebs, ein laufendes Forschungs- thema. Im kürzlich abgeschlossenen EU-Forschungs- projekt DEIS erforschte das Fraunhofer IESE weiter- führende Lösungen dazu (www.deis-project.eu). Trotz seiner Relevanz wurde das Thema bisher eher vernachlässigt, insbesondere wenn man die für die nächsten Jahre anvisierten Szenarien Hochautoma- tisiertes Fahren und Kollaborative autonome Syste- me betrachtet. Gerade hier hemmt das Fehlen recht- licher und regulatorischer Rahmenbedingungen die digitale Transformation und kann im globalen Wett- bewerb schnell zum Nachteil werden. Beim Thema Zertifizierung sind neben der TIC-Industrie auch der Gesetzgeber und Normierungsgremien gefragt. Herausforderungen durch die Digitalisierung Bereits die ersten beiden Stufen stellen für viele Un- ternehmen einen hohen Aufwand dar: Schnittstellen zu digitalisierten Dokumenten müssen geschaffen und Prozesse erfasst und formalisiert werden. Die da- für notwendigen Technologien sind jedoch bekannt und bewährt. Man spricht hierbei noch von Zerti- fizierung 3.0. Für die Flexibilisierung von Prüfprozessen müssen be- stehende Organisationen geändert werden. Teilweise sind auch noch die regulatorischen und gesetzlichen Voraussetzungen zu schaffen, was ungleich schwieri- ger ist. An dieser Stelle beginnt Zertifizierung 4.0 Die Flexibilisierung und kundenspezifische Adaption, die durch die Digitalisierung von Prozessen und Pro- dukten ermöglicht wird, nützt auch hier der TIC- Industrie, den Anbietern und den Kunden. Völlig neue Geschäftsmodelle werden möglich. Welche Gesetze, Normen und Forschungsinitiativen gibt es, um Künstliche Intelligenz und Autonome Systeme sicher zu machen Und welche sollte es noch geben Mit diesen Fragestellungen beschäftigt sich Dr.-Ing. Rasmus Adler als Programm-Manager für Autonome Systeme am Fraunhofer IESE. In verschiedenen Normungsgremien bringt er seine Expertise aktiv ein. Weitere Infos im IESE-Blog: http://s.fhg.de/norm 2 3

TITELSTOR Industrieprojekt SICK Wiederverwendung modularer Funktionsblöcke im sicherheitskritischen Kontext Industrie 4.0 eröffnet eine neue Ära der industriellen Automation. Während in der Vergangenheit die Massenproduktion im großen Stil die treibende Kraft war, sorgen neue technologische Möglichkeiten heute für eible und adaptie ertigungsanla- gen, bis hin zu kleinen Losgrößen oder kundenindividuellen Produkten. Als Innova- tionsführer an der Spitze der Entwicklung modernster Sensorik bietet die SICK AG Lösungen, die für diese Herausforderung bereit sind. Absicherung sicherheitskritischer Systeme als Herausforderung Flexibilität und Anpassungsfähigkeit erhöhen immer die Komplexität. Dies gilt insbesondere für Sensoren Die Informationen zur berwachung und Kontrolle der Qualität, Effizienz und Sicherheit von Produktions- prozessen müssen mit einem sehr hohen Maß an Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Besonders her- ausfordernd ist die Absicherung sicherheitsrelevanter Daten. Ziel des Projekts mit dem Fraunhofer IESE war die Erstellung und Etablierung einer Methodik, die die Entwicklung von modularen, flexiblen und dennoch sicheren Funktionsblöcken erlaubt. Damit können sicherheitsrelevante Funktionalitäten aus zahlreichen unabhängigen Funktionsblöcken zusammengesetzt, auf unterschiedlichen Plattformen ausgeführt und in verschiedenen Anwendungen wiederverwendet wer- den. SICK wandte sich daher an das Fraunhofer IESE, da dieses über umfangreiche Kompetenzen im Be- reich Safety Engineering und modellbasierte Ansätze verfügt. Die Verbindung des Wissens des Fraunhofer IESE in diesem Bereich mit der Erfahrung von SICK im Bereich Sensorik ermöglichte eine maßgeschneiderte Lösung für das Problem. 2 4

TITELSTOR Der vom Fraunhofer IESE vorgeschlagene modell- Der vom Fraunhofer IESE vorgeschlagene modell Der vom Fraunhofer IESE vorgeschlagene modell basierte Ansatz bot die ideale Basis für unser Vorhaben: Alle Schnittstellen sind gut beschrie- ben, sowohl mit den erbrachten und erforderlichen Services als auch mit den sicherheitsrelevanten Eigenschaften. Dies ermöglicht die Ausführung des Funktionsblocks auf verschiedenen Plattformen und die Wiederverwendung in verschiedenen Sensorsys- temen. Unsere Kollegen vom Fraunhofer IESE haben hervorragende Arbeit geleistet und ihren Ansatz erfolgreich an unsere Anforderungen angepasst. erfolgreich an unsere Anforderungen angepasst. erfolgreich an unsere Anforderungen angepasst. Dr. Magnus Albert, Expert Safety Methods Corporate, Unit Functional Safety, SICK AG Integrated Safety Engineering mit safeTbox safeTbox von Fraunhofer IESE ist ein Modellierungs- und Analysewerkzeug für die effiziente Erstellung und die Wiederverwendung von Safety-Artefakten wie Gefahren- und Risikoanalyse, Fehlerbaumanalyse oder Sicherheitskonzept. Es erweitert klassische Mo- dellierungswerkzeuge wie Enterprise Architect und integriert die Modellierung von Safety-Belangen in Modelle des Systems Engineerings. Dadurch werden Inkonsistenzen zwischen Modellen vermieden und viele automatisierte Prüfungen ermöglicht, wie bei- spielsweise Vollständigkeitsprüfungen oder Einfluss- analysen bei nderungen. Weiterhin erleichtert dies die Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit sowie die Beziehungen zwischen Zulieferer und OEM und die Integration von Komponenten von Drittanbietern. safeTbox unterstützt auch die Modellierung von ConSerts und somit die dynamische Laufzeitabsiche- rung von vernetzten autonomen Systemen. Weitere Infos zur SafeTbox: https://s.fhg.de/RbC 2 52 5 Fraunhofer IESE bringt Expertise im Bereich Safety ein Die Zusammenarbeit im Projekt konzentrierte sich auf die Entwicklung eines spezifischen Funktionsblocks für kollaborative Anwendungen, bei denen Mensch und Maschine sich den gleichen Arbeitsbereich teilen. Mittels eines serviceorientierten Ansatzes wurde im ersten Schritt des modellbasierten Entwicklungsan- satzes ein Blockmodell der Gesamtarchitektur der An- wendung erstellt. Auf der Basis dieser Servicearchitek- tur wurden die horizontalen Schnittstellen zu anderen Services und die vertikalen Schnittstellen zu den Platt- formservices identifiziert. Anhand umfassender und servicespezifischer Leitwortlisten wurde jede einzelne Schnittstelle analysiert und alle relevanten Fehlermodi wurden identifiziert. Die entsprechenden Fehlerlogi- ken wurden dann mithilfe von Komponentenfehler- bäumen erstellt. Im dritten und letzten Schritt wurde mithilfe der Analyse ein Sicherheitsnachweis erstellt, der eine umfassende und unverzichtbare Argumen- tation für die Gesamtsicherheit liefert. Der modellba- sierte Ansatz stellt sicher, dass alle Module in anderen Projekten wiederverwendet werden können, zusam- men mit dem entsprechenden Funktionsblock. safeTbox vereint das Ergebnis in einer Toolbox Der vom Fraunhofer IESE vorgeschlagene modell- basierte Entwicklungsansatz konnte optimal in das Entwicklungsprojekt bei SICK integriert werden und wurde bereits erfolgreich auf andere Entwicklungs- projekte übertragen. Das vom Fraunhofer IESE ent- wickelte Tool safeTbox verbindet alle erforderlichen modellbasierten Techniken in einer Toolbox und er- leichtert den Einsatz der Methodik.

IESE IM TREND Autonome Landwirtschaft im Jahr 2045? Fraunhofer IESE veröffentlicht neue Studie über autonome Landmaschinen Die Entwicklung und Einführung von Landmaschinen auf hochautomatisiertem bis hin zu fahrerlosem Level wird starke Auswirkungen auf die zukünftige Form der globalen Landwirtschaft haben. Dies wirft zwangsläufig die rage auf, wie schnell und wann die neuen Technologien den Markt erobern und bestimmen werden – was auch auf der Agritechnica ielfach diskutiert wurde. azit der Messe war, dass sich die esucher vor allem für autonome Lösungen in der Landwirtschaft von morgen interessierten. Ge- nau in diesem Kontext steht auch die neue Studie des Fraunhofer IESE. Arbeitsprozesse werden sich verändern Das Fraunhofer IESE führte in Zusammenarbeit mit der Kleffmann Group eine Studie durch, die sich mit dem Stand der Technik sowie mit der zukünftigen Entwicklung des Marktes für autonome Landmaschi- nen beschäftigt. In der Studie wurden mehrere Wege beschritten Als erstes ging es um die Identifizierung und Klassifizierung marktbezogener Einflussfaktoren. Damit verbunden war die Feststellung von Änderun- gen in landwirtschaftlichen Arbeitsprozessen im Rah- men der Entwicklung autonomer Landmaschinen. Diese Einflussfaktoren wurden anschließend zusam- men mit entsprechenden Bewertungen von Experten sowie Marktdaten zu Traktorverkaufszahlen im Rah- men eines empirischen Modellierungsansatzes dazu verwendet, mögliche Zukunftsszenarien bis zum Jahr 2045 zu entwickeln. Autonomie ist nicht gleich Autonomie Die Studie skizziert die mögliche Entwicklung der folgenden vier Arten der Autonomieebenen für die Jahre 2025, 2035 und 2045: ● ausschließlich menschengesteuerte Maschinen (d.h. ohne oder mit geringer techno- logischer Unterstützung) ● menschengesteuerte Maschinen mit Assistenzsystemen (d.h. mit technologischer Unterstützung, z.B. GPS-gestütztes Fahren) ● überwachte autonome Maschinen (d.h. mit autonomen Funktionen, die direkt von einem Menschen überwacht werden) ● völlig autonome Maschinen (d.h. ohne menschliche Aufsicht) 2 8

IESE IM TREND Wie sieht die zukünftige Entwicklung bei Landmaschinen aus? Zusammenfassend zeigt sich, dass durch die zuneh- mende Automatisierung in der Landwirtschaft der Fo- kus stärker auf die einzelne Pflanze gerichtet sein wird und die Arbeitsschritte rund um die Pflanze aufgrund der potenziellen Effizienzsteigerung durch reduzierten Ressourceneinsatz zunehmend automatisiert werden. Jedoch ist erkennbar, dass der Wandel hin zu auto- nomen Agrarsystemen einem eher langsamen, aber kontinuierlichen Prozess folgt. Die Geschwin- digkeit, mit der die Landwirte autonome Systeme einführen werden, wird zwischen den verschie- denen Regionen/Märkten allerdings erheblich va- riieren. Dies ist natürlich auch eine Folge der unter- schiedlichen Betriebs- und Produktionsgrößen und -strukturen. Die gesamte Studie können Sie hier nachlesen: https://s.fhg.de/hw6 Prof. Liggesmeyer ist wissenschaftlicher Sprecher am »Zentrum Digitalisierung.Bayern« Die noch junge Themenplattform Digitales Landmanagement am Zentrum Digitalisierung. Bayern (ZD.B) soll Impulsgeber, Unterstützer sowie Dreh- und Angelpunkt für das digitale Landmanagement in Bayern werden. Als wissenschaftlichen Sprecher konnte die Themenplattform Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer, Leiter des Fraunhofer IESE in Kaiserslautern, gewinnen. Prof. Liggesmeyer beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Digitalisierung in der Landwirtschaft und kann seine wissenschaftlichen Kompetenzen im Bereich der digitalen Landwirtschaft einbringen, denn u.a. geht es im aktuellen Leitprojekt der Fraunhofer-Gesellschaft »Cognitive Agriculture« (COGNAC) um die Konzeption und Realisierung einer integrierten Plattform für die informationsbasierte (kognitive) Landwirtschaft. 2 9

IESE IM TREND 3 0 3 Fragen an... Dr. Matthias Nachtmann, Digital-Farming-Experte bei der BASF SE und Vorsitzender des Fördervereins Digital Farming e.V. Autonom fahrende Traktoren, Drohnen zum berwachen des Panzenbestands oder datengestützter Einsatz on etriebsmitteln – diese eispiele zeigen, dass sich die Land- wirtschaft im digitalen andel befindet. In unserem Leitproekt CGNAC, das seit läuft, beschäftigen wir uns mit der digitalen Transformation in der Landwirtschaft und der Schaffung eines lebendigen Digitalen Ökosystems für die Landwirtschaft der Zu- kunft. Der hohe Stellenwert des Themas wird auch dadurch belegt, dass Unternehmen wie zum eispiel AS SE, John Deere GmbH Co. KG, ALDI Süd Gruppe und iele wei- tere den ördererein Digital arming e.. gegründet haben. Dieser hat sich die pti- mierung der Erträge und der Nahrungsmittelqualität unter Erhalt aller natürlichen Res- sourcen zur Aufgabe gestellt. Die Förderung von Nachwuchstalenten, For- schung und Entwicklung im Bereich neuer Tech- nologien sowie das Testen neuer Geschäftsmo- delle spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Deshalb wird der Verein im Laufe des Jahres zu- sammen mit dem Fraunhofer IESE und der Tech- nischen Universität Kaiserslautern eine Professur für digitale Landwirtschaft einrichten. Ziel der Professur ist es, neue Techniken zu erforschen und diese anwendungsnah zu entwickeln. Ne- ben der Leitung der Professur im Fachbereich In- formatik an der TUK beinhaltet die Aufgabe eine leitende Funktion am Fraunhofer IESE. Vorsitzender des Fördervereins ist Dr. Matthias Nachtmann, Leiter Digital Farming Data Business Development bei der BASF SE und seit 2019 auch Kurator am Fraunhofer IESE. Im Gespräch mit uns äußert er sich zu seiner Motivation, sich beim Thema Smart Farming zu engagieren, um den Ressourceneinsatz in der Landwirtschaft nachhaltig zu gestalten. Dr. Matthias Nachtmann, BASF SE

IESE IM TREND aaltigeit und ffiien in der andirtaft in Einklang zu bringen – warum ist das Ihrer An- sicht nach ein großes Thema? Die natürlichen Ressourcen wie Ackerland sind begrenzt, während die Weltbevölkerung und ihr Bedarf an Nahrungsmitteln stetig wachsen. Dies bedeutet, dass Landwirte auf der ganzen Welt vor der Herausforderung stehen, ihre Ernteerträge mit begrenzten Res- sourcen zu steigern. Dieser Wettlauf zwischen Technologien für bes- sere Erträge und wachsender Bevölkerung ist auch schön im Buch Unser täglich Brot gibt uns heute – was der Mensch alles erfinden musste, um satt zu werden« vom Landauer Lebensmitteltechnolo- gen und Fachbuchautor Prof. Jochen Hamatschek beschrieben. Prof. Hamatschek geht dabei nicht nur auf die Geschichte unserer Ernäh- rung ein, sondern wirft vor allem einen Blick in die Zukunft und auf die neuen Herausforderungen, die der Klimawandel und steigende Bevölkerungszahlen mit sich bringen. Warum ist es auch für die BASF so wichtig, zur Entwicklung und Etablierung digitaler Lösungen für die Landwirtschaft mit anderen Playern aus Industrie und Forschung zu kooperieren? Ein Landwirt muss im Laufe einer Saison pro Feld 48 Fragen be- antworten. Diese reichen von der Frage, welche Pflanze angebaut werden soll, bis hin zu Ernte und Vermarktung. Es gibt heute kei- nen Anbieter, der all diese Fragen beantworten kann, und deshalb müssen wir als Industrie mit Experten partnerschaftlich zusammen- arbeiten. Mit bestehenden Partnern haben wir festgestellt, dass wir außerhalb unserer strategischen Projekte ähnliche Herausforderun- gen haben, wenn es um den Zugang zu jungen Talenten und das Testen neuer Technologien und Geschäftsmodelle geht. Das war der Startschuss der Idee für den Förderverein Digital Farming e.V. Was ist die erste große Aufgabe des Vereins Digital Farming e.V.? Der Förderverein unterstützt zusammen mit dem Fraunhofer IESE die TU Kaiserslautern beim Aufbau des Lehrstuhls »Digital Farming – das Berufungsverfahren läuft gerade. Außerdem kümmert er sich um die Förderung von Projekten. 3 1

IESE IM TREND Agricultural Data Space Die Hightech-Datenplattform für die Landwirtschaft Die digitale Transformation in der Landwirtschaft erfordert auf der technischen Ebene digital erfügbare Daten on landwirtschaftlichen Produkten, der Umwelt, etrieben, Maschinen und Prozessen, damit softwaregestützte landwirtschaftliche Prozesse ziel- gerichtet unterstützt werden können. Im raunhofer-Leitproekt CGNAC erforschen und entwickeln acht Fraunhofer-Institute Innovationen für die digitale Transformation in der Landwirtschaft. Unsere Vision ist die Schaffung eines lebendigen Digi- talen Ökosystems für die Landwirtschaft der Zukunft, des Agricultural Data Space (ADS). Ein systemüber- greifender und vernetzender Agrardatenraum bietet direkte Mehrwerte für Landwirte, welche bei betrieb- lichen Entscheidungen auf Basis hochaufgelöster Messdaten aus luft- oder bodengestützten Systemen und deren Veredelung mittels kognitiver Dienste un- terstützt werden. Hightech-Datenverarbeitung durch den ADS Da die durch moderne Sensortechnik erhobenen Datenmengen in der Landwirtschaft rasant anwach- sen, können durch Aggregierung und Veredelung der Daten auch immer hochwertigere Informationen und präzisere Empfehlungen für Landwirte und andere In- teressenten im Agrarsektor angeboten werden. Diese Wertschöpfung aus den Daten hin zu Entscheidungs- empfehlungen kann insbesondere dann erreicht werden, wenn kognitive Dienste mit maschinellen Lernverfahren und passenden Entscheidungsmodel- len zur Verfügung stehen. Hierbei bedarf es der Erhe- bung vieler Daten und des Angebots entsprechender kognitiver Dienste in einem ADS, welche über ent- sprechende Marktplätze für Daten und Dienste ange- boten werden können. Landwirte gestalten im Projekt aktiv mit Um valide Anforderungen an einen Agricultural Data Space zu erhalten, haben unsere Wissenschaftlerin- nen und Wissenschaftler im Jahr 2019 zahlreiche Interviews mit Landwirten, Herstellern von Agrarpro- dukten und Maschinen sowie Dienstleistern des Ag- rarsektors geführt. Daraus konnten wir die Eckpfeiler für ein digitales landwirtschaftliches Ökosystem ablei- ten. Der ADS muss einen einfachen Zugang zu Daten und Diensten ermöglichen, in dem er sowohl inter- operabel mit Sensorsystemen und Landmaschinen agiert als auch mit bestehenden landwirtschaftlichen Plattformen und Systemen kommuniziert. Zudem ba- sieren korrekte Entscheidungen auf der Verfügbarkeit von qualitativ hochwertigen Daten. 3 2

IESE IM TREND Mehrwert erhalten und Daten- hoheit behalten Der grundsätzliche Wille, Daten für Dienste zur Verfügung zu stellen, ist bei Landwirten und an- deren Akteuren im Agrarsektor gegeben. Er ist jedoch an zwei Bedingungen geknüpft: Erstens wird ein klarer Mehrwert als Gegenleistung für die Freigabe der Daten gewünscht, welcher z.B. durch präzise Entscheidungsunterstützung oder vergünstigten Zugang zu kognitiven Diensten erreicht werden kann. Zweitens möchten die Ak- teure die Datenhoheit über ihre Daten nicht ver- lieren. Sie wollen entscheiden, wer welche Daten für welche Zwecke nutzen soll. Anhand dieser und weiterer Anforderungen starten wir im Jahr 2020 in die Detailkonzeption und Entwicklung eines Referenz-ADS. Mehr Informationen zu unseren bisherigen Arbeiten finden Sie in unserem Whitepaper AGRICULTURAL DATA SPACE ADS und auf www.cognitive-agriculture.de. Landwirtschaft von morgen in der Acatech HORIZONTE Nachhaltigkeit ist ein wichtiger Aspekt bei der Digitalisierung der Landwirtschaft. Das wissen auch die Herausgeber der Fachzeitschrift acatech HORIZONTE. Die aktuelle Ausgabe beschäftigt sich mit den drei Dimensionen einer nachhaltigen Landwirtschaft: ökologische Ausgewogenheit, ökonomische Tragfähigkeit sowie gesellschaftliche Akzeptanz und soziale Verträglichkeit. Die Publikation möchte damit einen faktenbasierten und lösungsorientierten Diskurs zwischen allen Akteuren in der Landwirtschaft und in der Gesellschaft anregen. Auch das Fraunhofer IESE ist an der Ausgabe beteiligt: Institutsleiter Prof. Peter Liggesmeyer und Ralf Kalmar, Business Area Manager, haben mit ihrem Expertenwissen zum Gelingen der Publikation beigetragen. Prof. Liggesmeyer ist außerdem Mitglied der acatech HORIZONTE- Projektgruppe. 3 3

IESE IM TREND Digitale Dörfer und Smarte LandRegionen Zukunftsfähig für Deutschland Das Forschungsprogramm Smart Rural Areas etabliert sich – bundesweit beteiligen sich Kommunen am Erfolgsrezept der Digitalen Dörfer. Nun ist am Fraunhofer IESE eine neue orschungsabteilung Digital Society Ecosystems entstanden. An die Erfolge der Digitalen Dörfer schließt ein neues orschungsprogramm des MEL, Smarte LandRegionen, an. Deutschland ist ein Flächenland Wie kann Digitalisierung Menschen auch abseits großer Städte von Nutzen sein Dies war die zent- rale Frage, die sich Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer IESE in Kaiserslautern vor fünf Jahren stell- ten. Während vielerorts über die Potenziale von Smart Cities diskutiert wurde, erschien es den Wissenschaft- lerinnen und Wissenschaftler des IESE naheliegend, die typische Situation in Deutschland zu betrachten und Lösungen für alltägliche Probleme – vor allem der Landbevölkerung – zu finden. Deutschland ist ein Flä- chenland, sprich, mehr als 70% der Bevölkerung lebt nicht in großen Städten, sondern in eher ländlich ge- prägten Regionen. Das birgt ganz andere Anforderun- gen und Herausforderungen für die Digitalisierung, als es Konzepte für Metropolen berücksichtigen. Das Fraunhofer IESE initiierte zusammen mit dem rhein- land-pfälzischen Ministerium des Inneren und für Sport und der Entwicklungsagentur Rheinland-Pfalz e.V. einen Wettbewerb zu »Digitalen Dörfern«, denn für das Gelingen ihres Ansinnens war und ist die Parti- zipation aller Beteiligten sehr entscheidend. Motivier- te Gemeinden in Rheinland-Pfalz waren aufgerufen, ihre Visionen und Ideen als zukunftsfähige Kommune zu skizzieren. Ausgewählt aus zahlreichen Einreichun- gen und zu den Modellregionen des wissenschaftli- chen Projekts ernannt wurden schließlich die Gemein- den Eisenberg, Göllheim und Betzdorf-Gebhardshain. Die »Digitalen Dörfer« etablieren Nachbarschaftshilfe 2.0 In vielen Workshops erarbeiteten sowohl die Gemein- deverwaltungen als auch Bürger zusammen mit dem Fraunhofer IESE und der Entwicklungsagentur, mit welchen digitalen Diensten die Kommunen in Zu- kunft arbeiten könnten. Wo kann uns Technik unter- stützen Wie muss eine App funktionieren, damit sie von möglichst vielen unserer Mitbürger genutzt wird In welchen Situationen könnte uns das vor Ort weiter- helfen Die Idee der Forscher bei den Digitalen Dör- fern« war es, ein digitales Ökosystem zu schaffen, in welchem verschiedenste Teilnehmer zusammen agie- ren und dabei alle von einem Mehrwert profitieren können. Konkret arbeiteten die »Digitalen Dörfer« zunächst an einem Bestell- und Lieferservice in den Kommunen: Lokale Händler konnten ihre Waren in einem Onlineshop verkaufen, den Käufern wurde auf Wunsch die Bestellung durch Freiwillige ausgeliefert. 3 4

IESE IM TREND Nachbarschaftshilfe 2.0 sozusagen. Und allen war da- mit geholfen: Der regionale Handel wurde gestärkt, auch ältere Verbraucher konnten bestellen, denn sie bekamen Unterstützung aus der Nachbarschaft von denjenigen, denen es nichts ausmachte, auf ihren Routinewegen gegebenenfalls auch anderen etwas mitzubringen. Hier spielt nicht der Profit in erster Linie eine Rolle, sondern das Stärken des Miteinanders zum Zwecke der Gemeinschaft und damit die lösungsorien- tierte Nutzung von Synergieeffekten. »SmarteLandregionen« vernetzen den ländlichen Raum Da für viele Geschäftsideen zunächst eine kritische Masse an Kunden erreicht werden muss, werden Lösungen häufig als erstes in Ballungsgebieten und Großstädten erprobt oder eingeführt. Auf dem Land leben wenige Menschen meist über größere Distan- zen verteilt. Ein Dilemma, wenn dadurch innovative Konzepte nicht eingeführt werden. Das bringt letzt- lich die Menschen dazu, den Wohnort zu verlassen, da Daseinsvorsorge und Lebenskomfort in ländliche- ren Gebieten auf der Strecke bleiben. Eine Landflucht, der man aber mit geeigneten Maßnahmen begegnen kann, wie das Fraunhofer IESE feststellte. Ihr Projekt »Digitale Dörfer« zeigt, wie gut sich auf einer Platt- form verschiedenste digitale Dienste integrieren las- sen, die den Menschen in schwächer besiedelten Regionen Hilfestellung bieten. Herausforderungen im Bereich der Nahversorgung, Arbeit, Mobilität, Verwaltung und Kommunikation werden adressiert. Mittlerweile sind es nicht nur die Testgemeinden des Projekts, die mit diesen Diensten arbeiten: Viele wei- tere Kommunen in ganz Deutschland haben sich den »Digitalen Dörfern« angeschlossen. Im April 2020 wurden aufgrund der Coronavirus-Pandemie die DorfApps flächendeckend in ganz Rheinland-Pfalz und Schleswig-Holstein ausgerollt. Mit weiteren Bun- desländern wird verhandelt. Die Gemeinden können dabei ganz individuell entscheiden, mit welchen The- men sie starten möchten und wann und wie sie vor Ort den digitalen Wandel für sich gestalten wollen. Das Fraunhofer IESE wird nun in einem weiteren gro- ßen Projektvorhaben, den Smarten LandRegionen, vom Bundesministerium für Ernährung und Land- wirtschaft gefördert. Ähnlich wie bei den »Digitalen Dörfern« werden ländlich geprägte Landkreise dazu aufgefordert, sich mit Ideen zu bewerben. Das Fraun- hofer IESE wird seine Vision fortführen, mithilfe von digitalen Ökosystemen das Leben auch in ländlichen Regionen fortschrittlich und attraktiv zu halten. Leben und Arbeit soll durch die Digitalisierung an allen Or- ten – ob in der Stadt oder auf dem Dorf – gleicherma- ßen möglich und attraktiv sein. Mit der Vernetzung ländlicher Regionen wird ein wichtiger Schritt getan, alle Kommunen in Deutschland zukunftsfähig zu hal- ten. Wie wichtig dies ist, hat sich gerade im Zuge der Coronavirus-Pandemie 2020 drastisch gezeigt. Steffen Hess – einer von 70 Köpfen 70 Jahre Fraunhofer-Gesellschaft sind 70 Jahre Zukunft – und 70 Jahre Forschergeist und Vielfalt. Im Jubiläumsjahr hat die Fraunhofer-Gesellschaft 70 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter über die Grenzen von Standorten und Disziplinen hinweg nach ihrer Vision für morgen und übermorgen befragt. Einer dieser 70 Köpfe ist unser Mitarbeiter Steffen Hess, der am IESE das Forschungsprogramm »Smart Rural Areas« leitete und nun der Ab- teilung »Digital Society Ecosystems« vorsteht. Darin beschäftigen sich er und sein Team mit der Digitalisierung ländlicher Räume. Das Vorbild des Programms ist das Projekt »Digitale Dörfer«, bei dem Apps entwickelt werden, die die Digitalisierung auf dem Land vorantreiben. Mehr darüber erfahren Sie in diesem Film: http://s.fhg.de/hess Zu den Porträts der anderen 69 Köpfe geht es hier: http://s.fhg.de/koepfe 3 5

IESE IM TREND TRENDS Digitale Ökosysteme Die richtigen Weichen stellen für neue digitale Geschäftsmodelle Die digitale Transformation führt zu zahlreichen neuen, digitalen Geschäftsmodellen. Hierbei zeichnet sich ein klarer Trend ab Digitale kosysteme. Dr. Matthias Naab, Hauptabteilungsleiter Information Systems und Dr. Marcus Trapp, Abteilungsleiter User Eperience and Requirements Engineering erklären im Interiew, was Digitale Ökosysteme ausmacht und wie das Fraunhofer IESE Kunden auf dem Weg zum erfolg- reichen Digitalen Ökosystem unterstützt. Was zeichnet ein Digitales Ökosystem aus? Naab: In einem Digitalen Ökosystem kooperieren Unternehmen und Menschen, die zwar unabhängig sind, sich von der Teilnahme aber einen gegenseitigen Vorteil versprechen. Ein Digitales Ökosystem hat in seinem Zentrum eine digitale Plattform, die diese Ko- operation besonders gut unterstützt. Trapp: Gute und erfolgreiche Beispiele von Digitalen Ökosystemen sind um die Plattformen AirBnB, Uber oder Apple App Store entstanden. Gleichzeitig ist es uns wichtig, jetzt nicht alles als Digitales Ökosystem zu bezeichnen, was ja gerne passiert, wenn ein The- ma gerade eine hohe Sichtbarkeit hat. Wie kann man die Begriffe »Digitales Ökosystem« und »Plattformökonomie« voneinander abgrenzen? Trapp: Während es sich bei einem Digitalen Öko- system um einen ganz konkreten Verbund von Unternehmen, Menschen und IT-Systemen handelt, ist Plattformökonomie ein grundsätzliches wirtschaft- liches Prinzip. Ein Digitales Ökosystem kann mit der Intention aufgebaut werden, nach den Prinzipien der Plattformökonomie zu funktionieren. Das heißt, dass es in einem solchen Digitalen Ökosystem um klare ökonomische Interessen geht und es typischerweise 3 6 Dr. Matthias Naab und Dr. Marcus Trapp arbeiten seit Jahren am Thema Digitale Ökosysteme und unterstützen Kunden aus unter- schiedlichsten Branchen.

IESE IM TREND »Wir begleiten unsere Kunden auf dem Weg zum Digitalen Ökosystem, indem wir gemeinsam mit ihnen intensiv an der Ideenfindung, Gestaltung und Umsetzung arbeiten.« Dr. Matthias Naab Die Initiierung eines Digitalen Ökosys- tems ist also sehr herausfordernd: Welche Chancen bietet sie? Trapp: Die Initiierung eines Digitalen Ökosystems bietet enorme Chancen, weil damit die komplette Art und Weise, wie Geschäfte in einer bestimmten Domäne gemacht werden, verändert werden kann. Es besteht die Möglichkeit, durch Harmonisierung im geschäftlichen, technischen und rechtlichen Sinne komplett neue Geschäftsmodelle und eine enorme Effizienzsteigerung in einer Domäne zu erzielen. Der Initiator eines Ökosystems hat dabei erheblichen Gestaltungsspielraum und kann durch die Abwick- lung künftiger Geschäfte über seine Plattform daran mitverdienen. Dadurch entsteht ein großer Anreiz für den Ökosysteminitiator, das Ökosystem wachsen zu lassen und erfolgreich zu machen. Für welche Unternehmen kann es sinnvoll sein, über den Aufbau eines Digitalen Ökosystems nachzudenken? Naab: Zunächst gibt es keine Unternehmen, die sich per se nicht zumindest gedanklich damit beschäftigen sollten, weil Digitale Ökosysteme das Umfeld aller Unternehmen beeinflussen werden, egal für welche Rolle die Unternehmen sich entscheiden. Um die Initiierung eines Digitalen Ökosystems meis- tern zu können, braucht ein Unternehmen einen star- ken Gestaltungswillen und den Drang, eine Domäne gegen viele Widerstände umzukrempeln. Außerdem werden signifikante Finanzmittel benötigt, da starke Investitionen in den Aufbau der Plattform und das Wachstum der Partner gefordert sind. mehrseitige Märkte gibt, in denen die Teilnehmer ihre Transaktionen über die digitale Plattform abwickeln. Es gibt aber auch Digitale Ökosysteme, die nicht der Plattformökonomie zuzuordnen sind, sondern die andere Ziele verfolgen, zum Beispiel Wikipedia. Welche Möglichkeiten gibt es für Un- ternehmen, an einem Digitalen Ökosys- tem beteiligt zu sein? Naab: Ein Unternehmen muss grundsätzlich die Entscheidung treffen, in welcher Rolle es an einem Digitalen Ökosystem teilnehmen möchte. Bei schon existierenden Digitalen Ökosystemen kann ein Unter- nehmen als Partner einsteigen und sich am Geschäft beteiligen, das über die entsprechende digitale Platt- form abgewickelt wird. Gibt es in einer Domäne noch kein erfolgreiches Digitales Ökosystem oder hat ein Unternehmen den Eindruck, ein noch erfolgreicheres Digitales Ökosys- tem etablieren zu können, so kann es die Rolle des Ökosysteminitiators einnehmen. Dies geht mit viel- fältigsten herausfordernden Aufgaben einher, die vor allem ein abgestimmtes Gesamtbild von Geschäfts- modell, technischer Umsetzung in der Plattform und vertraglicher Gestaltung zwischen allen Ökosystem- teilnehmern erreichen müssen. 3 7

IESE IM TREND Trapp: In Deutschland gibt es viele starke und traditionsreiche Unternehmen, die den notwendi- gen Einfluss und auch die Finanzmittel haben, um erfolgreiche Digitale Ökosysteme zu etablieren. Dabei sollten wir in Deutschland vor allem auch einen Fokus auf B2B-Ökosysteme haben, während viele der schon bekannten Digitalen Ökosysteme eher aus den USA stammen und einen Fokus auf B2C haben. Wie hilft das Fraunhofer IESE Unter- nehmen bei der Gestaltung von Digita- len Ökosystemen? Trapp: Zu Beginn steht meist die Frage, ob ein Unter- nehmen überhaupt ein Digitales Ökosystem initiieren sollte. Diese Frage kann nur dann solide beantwortet werden, wenn man konkrete Ideen für ein Digitales Ökosystem ausgearbeitet hat und dabei in den Be- reichen Geschäftsmodell, Technologie und Rechtliches eine gewisse Tiefe erreicht hat. Wir unterstützen Unternehmen zunächst dabei, von einer initialen Vision zu einer greifbaren Idee zu gelangen, die dann beurteilt werden kann. Die Plattformen und Services der großen und erfolgreichen Digitalen Ökosysteme erscheinen oft direkt überzeugend. Worin liegt die Heraus- forderung, neue zu gestalten? Naab: In der Tat sieht das Endergebnis eines Ge- schäftsmodells eines Digitalen Ökosystems oft er- schreckend einfach aus. Das ist in gewisser Weise trü- gerisch, weil es leicht den Eindruck aufkommen lässt, dass man selbst doch mit überschaubarem Aufwand zu einem ähnlich überzeugenden Ergebnis gelangen sollte. An dieser Stelle können wir aus vielfacher eigener Erfahrung sagen, dass es sich immer wieder ähnlich verhält: Zu Beginn sind die Ideen überhaupt nicht klar und es dauert oft Monate intensivster gestaltender Arbeit, bis man zu einem einfach aussehenden Resul- tat gelangt. Wir begleiten unsere Kunden auf diesem Weg und arbeiten intensiv mit ihnen zusammen an der Gestaltung einer entstehenden Idee für ein neues Digitales Ökosystem. 3 8 Mit dem Kunden designen Sie in Work- shops neue Digitale Ökosysteme und setzen dafür Playmobil® ein. Was macht diese Methode so wertvoll für die Teil- nehmer? Trapp: Der Einsatz von Playmobil® bei TED, unserer Methode »Tangible Ecosystem Design, macht die Gestaltung des Ökosystems im wahrsten Sinne an- fassbar und erlebbar. Dadurch kommen bessere Dis- kussionen zustande, es werden mehr Details erarbei- tet und durchdacht und das Ergebnis bleibt bei den Teilnehmern besser im Gedächtnis. Das ist aber nur ein Teil des Erfolgs. Wir spielen nicht nur einfach mit Playmobil®, vielmehr folgt das Vorgehen einem ext- rem durchdachten Ablauf, der nach und nach essen- zielle Aspekte von Digitalen Ökosystemen beleuchtet und dabei immer geschäftliche, technische und recht- liche Aspekte im Blick behält. Diese sehr konkrete Herangehensweise lässt die Teilnehmer potenzielle Probleme frühzeitig erkennen und beheben. Wie kann das IESE auch beim weiteren Aufbau und bei der Etablierung eines Digitalen Ökosystems helfen? Naab: Neben der initialen Gestaltung des Ökosystems haben wir auch viel Erfahrung damit gesammelt, was während des Aufbaus der Plattform und des Wachs- tums des Ökosystems notwendig ist. Dabei geht es einerseits sehr stark um die Involvierung von Partnern und einer entstehenden Community, von der das Di- gitale Ökosystem erst lebt. Zum anderen können wir als Institut für Software- und Systems Engineering die

»In Deutschland gibt es viele starke und traditionsreiche Unternehmen, die den notwendigen Einfluss und auch die Finanzmittel haben, um erfolgreiche Digitale Ökosysteme zu etablieren.« Dr. Marcus Trapp komplette Bandbreite von Expertise einbringen, die notwendig ist, um das Herzstück des entstehenden Digitalen Ökosystems, nämlich die digitale Plattform, erfolgreich zu bauen. Dabei haben wir unsere Kern- kompetenzen wie User-Experience-Design, Architek- turdesign, Safety und Security Engineering oder Data Science entsprechend erweitert, um im Kontext von Digitalen Ökosystemen unsere Kunden bestmöglich zu unterstützen. Welche Kunden hat das Fraunhofer IESE beim Thema Digitale Ökosysteme bereits unterstützt? Mit welchen konkreten Leistungen? Trapp: Das Fraunhofer IESE hat Unternehmen quer durch viele Branchen bei Entscheidungen zu Digitalen Ökosystemen und bei deren Gestaltung unterstützt, z.B. die Caruso GmbH, John Deere und die DATEV e.G. IESE IM TREND Naab: Am Beispiel Caruso kann man sehr schön eine mögliche Unterstützung durch das Fraunhofer IESE illustrieren. Wir haben Caruso von der initialen Ge- staltung und Ausrichtung des Digitalen Ökosystems an begleitet und über die Zeit dann immer wieder den Fokus an die Bedarfe angepasst. So haben wir vom User-Experience-Design über das Design von Kernkonzepten der Plattform bis zur technischen Architektur und den Sicherheitskonzepten viele Beiträge geliefert. Ganz konkret haben wir z.B. die Verfahren für die DSGVO-konforme Behandlung von personenbezogenen Daten bei der Übertragung über die zentrale Datenaustauschplattform mitgestaltet. Wie kann ein Unternehmen dafür sor- gen, dass ein initiiertes Digitales Öko- system erfolgreich wird? Naab: Es gibt leider kein Rezept, das den Erfolg garantieren könnte. Trotzdem können wir natürlich aus schon gemachten Fehlern (eigenen und denen anderer) lernen und damit auch wichtige Erfolgs- faktoren benennen. Ein absoluter Erfolgsfaktor ist die integrierte und sauber abgestimmte Betrachtung von geschäftlichen, technischen und rechtlichen Aspek- ten. Trapp: Die Etablierung des Partnernetzwerks ist ein weiterer Erfolgsfaktor. Die Partner müssen einen Vor- teil davon haben, am Ökosystem teilzunehmen, sie müssen zueinander passen, weil sie interagieren müs- sen, und ihre Anzahl muss schnell wachsen, weil nur so die notwendigen Netzwerkeffekte eintreten und somit die Attraktivität weiter steigt. Ebenfalls wichtig ist es, die Etablierung des Digitalen Ökosystems über eine Zeit von Jahren zu betrachten und eine Vision vom Aufbau zu haben, dabei aber immer wieder auf Gelerntes zu reagieren und den Plan anzupassen. Auch finanziell brauchen Unternehmen Ausdauer, weil sich das Engagement in Digitale Ökosysteme meist erst nach Jahren so richtig auszahlt. Das Interview führte Claudia Reis, Pressereferentin beim Fraunhofer IESE. Mit der TED-Methode (s. S. 40f.) erarbeitet das Fraunhofer IESE mit dem Kunden Schritt für Schritt unterschiedlichste Aspekte des Digitalen Ökosystems. 3 9

IESE IM TREND Tangible Ecosystem Design Komplexität spielerisch meistern Digitale Ökosysteme sind ungleich komple- er zu erstehen als Softwaresysteme, die unter der alleinigen Kontrolle eines ein- zelnen Unternehmens stehen. In mehr als zwanzig Proekten ist das raunhofer IESE immer wieder auf die ielen Herausforde- rungen bei der Konzeption und Model- lierung solcher Digitalen Ökosysteme und deren User Eperience gestoßen. Eine ei- genständige Methode zur Entwicklung von digitalen Dienstleitungen und disruptiven Geschäftsmodellen im Kontext der digitalen Transformation erschien sinnvoll: die »Tan- gible Ecosystem Design TED-Methode. Was genau ist die TED-Methode? Traditionelle UCD-Methoden (User Centered Design; nutzerzentriertes Design) konzentrieren sich auf die Konzeption hochwertiger Dienstleistungen. Trotzdem handelt es sich bei den meisten davon um Insellösun- gen einzelner Unternehmen. Aktuell – mitten in der digitalen Transformation – erfordert die Entwicklung von Dienstleistungen zusätzliche Methoden, um eine End-to-End-User-Erfahrung und nachhaltige Ge- schäftsmodelle zu schaffen, die über die Grenzen ein- zelner Unternehmen hinweggehen und dabei einen Mehrwert für den Endverbraucher generieren. Hier setzt das Fraunhofer IESE mit seiner neuen Work- shop-Methode an. Um die Konzeption für die Teil- nehmer greifbar, also »tangible, zu machen, werden Playmobil®-Spielfiguren zum Einsatz gebracht. In unserem Workshop können die Teilnehmer mit Playmobil® und geeigneten Templates ein Digita- les Ökosystem modellieren und beschreiben. Dabei werden viele der Herausforderungen, vor denen Unternehmen stehen, berücksichtigt: Vielfalt: Ökosysteme bestehen aus einer Vielzahl von Entwicklungsorganisationen, heterogenen Tech- nologien, einem Mix aus technischen Methoden und unterschiedlichen (teilweise widersprüchlichen) Ge- schäfts- und Nutzerzielen. Der Modellierungs- und Priorisierungsaufwand für das Verstehen und Beherr- schen der Nutzer- beziehungsweise Systemanforde- rung ist immens. End-to-End-Qualität: In einem digitalen Öko- system sind viele Teile nicht mehr unter der Kontrol- le einer Softwareentwicklungsorganisation, die den Ökosystemkonsumenten betreut, dennoch muss eine durchgängige Qualität erreicht werden. Obwohl viele Unternehmen das System beeinflussen, möchten Be- nutzer sie als einen Service wahrnehmen und nutzen können. Unsicherheit: Ökosysteme entwickeln sich dyna- misch und werden von vielen unabhängigen Akteu- ren in ihrem eigenen Tempo vorangetrieben. Manche Entscheidungen beruhen auf unvollständigen Anfor- derungen oder auf Einschätzungen über die Weiter- entwicklung der Nutzerbedürfnisse. Diese müssen aber systematisch aufgenommen und im Nachgang überprüft werden. 4 0

IESE IM TREND Die Hauptbausteine der Methode führen die Experten des Fraunhofer IESE mit den Teilnehmern im Work- shop stringent durch und erarbeiten die verschiede- nen Templates. Gestartet wird mit der Definition der Ziele beziehungsweise der Philosophie des Ökosys- tems. Danach identifizieren die Workshopteilnehmer die verschiedenen Services und modellieren diese auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen. Anschließend werden die verschiedenen Akteure eines Ökosystems identifiziert und dazu im Detail beschrieben. Als Teil der methodischen Anleitung wurden die Model- lierungselemente so definiert, dass die Workshop- Teilnehmer immer das gleiche Playmobil®-Element benutzen können, um verschiedene Services und Beziehungen darzustellen. Als Abschluss werden alle plattformspezifischen Aspekte festgehalten. Für Digitale Ökosysteme fördert die »TED«-Methode die Zusammenarbeit zwischen den Stakeholdern bei folgenden Schritten: efinition eign nale Die Vorteile der Methode In kurzer Zeit bekommen die Unternehmen einen gu- ten Eindruck davon, ob die von ihnen angedachten Services Erfolgspotenzial haben oder wie sie sich am besten in einem Ökosystem positionieren können. Verschiedene Varianten von Geschäftsbeziehungen können dabei ausprobiert werden, sodass sicherge- stellt wird, dass alle Beteiligten Vorteile durch die Teil- nahme am modellierten Ökosystem erhalten. Die physische Darstellung von Konzepten ist dabei ein wichtiges Werkzeug. Informationen wie Farben und Formen können von unserem Gehirn besser in Erinne- rung gerufen und mit anderen nicht verwandten In- formationsaspekten in Verbindung gebracht werden. Dazu werden den Playmobil®-Spielzeugen verschiede- ne Metaphern für komplexe technische, geschäftliche und rechtliche Konzepte zugeordnet. Als Sinnbilder liefern sie reichhaltigere Beschreibungen der Realität und eröffnen einen breiteren Blick auf neue Möglich- keiten. Sie werden verwendet, um einer Aussage eine starke Wirkung zu verleihen und um eine bessere Vorstellung von Lösungen und Nutzungssituationen zu vermitteln. In Kombination mit einer strukturier- ten Vorgehensweise innerhalb des interaktiven Work- shops unterstützt dies den konstruktiven Austausch zwischen den involvierten Stakeholdern eines Digita- len Ökosystems. Jedes Unternehmen, das sich mit seiner Trans- formation durch den digitalen Wandel beschäf- tigt, kann sich mithilfe des kreativen Ansatzes des Fraunhofer IESE einen besseren Überblick über die Chancen und Potenziale verschaffen. Das betrifft sowohl die eigenen Geschäftsmodelle als auch ge- eignete andere Geschäftsmodelle und neue digi- tale Dienste. Gemeinsam mit dem Fraunhofer IESE als Berater kann das Unternehmen so an innova- tiven Lösungen in der eigenen Branche arbeiten. Jedes Playmobil®-Element verkörpert z.B. einen Akteur oder einen Plattformservice. Was macht das Ökosystem – Diese Frage ist anscheinend gar nicht so leicht zu beantworten. 4 1

IESE IM TREND BaSys 4 Eine dienstbasierte Industrie-4.0-Architektur Heutzutage sind ertigungsanlagen auf die Massenproduktion identischer aren ausgelegt. bwohl ertigungssysteme oft eine gewisse leibilität besitzen, sind sie nicht vollständig wandelbar. Stattdessen sind Änderungen mit hohen Kosten ver- bunden. andelbare Produktion hingegen erlaubt es Herstellern, schneller auf eine eränderte Nachfrage zu reagieren und kleine Losgrößen effizient zu produzieren. Der Digitale Zwilling ist ein Schlüsselkonzept für die Umsetzung der erforderlichen andelbarkeit. aSys definiert eine Referenzarchitektur für Produktionssyste- me, die den andel zur Industrie . ermöglicht. Unsere pen-Source-Middleware Eclipse aSy ist eine Referenzimplementierung der Konzepte on aSys . Sich wandelnde Märkte erfordern eine wandelbare Produktion Die zunehmende Nachfrage nach individualisierten Produkten und die immer kürzeren Produktlebens- zyklen eröffnen Fertigungsanlagen neue Möglichkei- ten, sich von der Konkurrenz abzuheben. Traditionell waren die Verkaufsargumente in der Fertigung Stück- kosten und Qualität; heute gewinnt die Fähigkeit, in- dividualisierte Produkte herzustellen, zunehmend an Bedeutung. Hersteller, die in der Lage sind, Produkte zu individualisieren, können schon heute wesentlich höhere Umsätze pro Produkt erzielen. Bei individuali- sierten Produkten besteht jedoch die Herausforderung darin, dass sie nur in kleinen Losgrößen nachgefragt werden. Die Änderungskosten sind bei traditionel- len Fertigungslinien zu hoch, um kleine Losgrößen wirtschaftlich zu realisieren. Andererseits könnte ein wandelbares Fertigungssystem höhere Stückkosten für individualisierte Produkte zu geringen Mehrkosten oder gar ohne Mehrkosten für die Änderung der Fer- tigungslinien realisieren. Dies bringt Wettbewerbsvor- teile, erfordert aber eine neue Fertigungsarchitektur für Produktionsanlagen. Wandelbare Produktion erfordert Wandelbarkeit sowohl bezüglich der Produktionsressourcen einer Fertigungslinie als auch bezüglich der Produktions- prozesse. Zur physikalischen Wandelbarkeit gehört die Fähigkeit, beispielsweise die von einem Roboter benutzten Werkzeuge zu ändern, eventuell Produk- tionsgeräte hinzuzufügen oder zu entfernen und Mitarbeiter auszubilden. Veränderungen der Pro- duktionsprozesse erfordern Änderungen im Bereich Prozessautomation, Anpassung der Prozess- und Qualitätsdokumentation und möglicherweise die Ein- richtung von Lieferketten. Hinzu kommt die erneute Zertifizierung von Fertigungslinien, um sicherzustel- len, dass sie die Kundenanforderungen erfüllen. Aktuelle Fertigungsprozesse sind zu starr Physikalische Wandelbarkeit ist normalerweise in be- stehenden Fertigungslinien gegeben. Änderungen im Bereich Prozessautomation und Re-Zertifizierung sind dagegen die Haupthindernisse, die einer wandelbaren Produktion im Wege stehen. Diese lassen sich nicht einfach durch den Austausch eines einzelnen Geräts 4 2

IESE IM TREND erzielen; stattdessen müssen die Fertigungsprozesse an Industrie 4.0 angepasst werden. Heutzutage wird Prozessautomation mithilfe speicherprogrammier- barer Steuerungen (SPS) realisiert. Diese führen zyk- lische Programme aus, die in einer Standardsprache programmiert sind. Eine einzelne SPS automatisiert eine Produktionszelle oder einen Schritt eines auto- matisierten Fertigungsprozesses. SPS steuern Arbeits- plätze und Roboter und führen für jedes Werkstück die notwendigen Prozessschritte aus. Der komplette Fertigungsprozess wird auf alle SPS der Fertigungs- linie verteilt. Änderungen in der Prozessautomation erfordern daher die Umprogrammierung der SPS, was heute oftmals unerwünschte Seiteneffekte in dem Prozess verursacht. Diese Seiteneffekte führen zu deutlich längeren Stillstand- und Änderungszeiten sowie höheren Kosten. Wandelbarkeit möglich machen mit BaSys-4-Architekturkonzepten Wandelbare Prozesse verkürzen die Stillstandzeiten von Fertigungslinien bei Prozessänderungen. Idealer- weise kann die Programmierung ohne Seiteneffekte und ohne jegliche Stillstandzeiten geändert werden. BaSys 4 definiert eine servicebasierte Fertigungs- architektur, die diese Wandelbarkeit ermöglicht. Es sind nicht mehr SPS, die Prozessschritte umsetzen, sondern aufrufbare Dienste. SPS-Basisdienste imple- mentieren Echtzeitverhalten, das Fertigungsschritte steuert, zum Beispiel für das Bohren von Löchern oder automatisierte Qualitätsbewertung. Die Anpassung der Dienste ist mithilfe von Parametern möglich, die zum Beispiel die Position und Größe von Bohrlöchern bestimmen. eitere nfo u roet finden ie hier: www.basys40.de aSys gibt es auch mit professionellem Support. Gemeinsam mit unseren Partnern NetApp und objective Partner AG erstellen wir für Sie eine angepasste Industrie-4.0-Lösung nach Ihren Wünschen. Ihr Ansprechpartner: Thomas Kuhn, thomas.kuhn@iese.fraunhofer.de 4 3

IESE IM TREND Blockchain: ja oder nein? Das Fraunhofer IESE kann bei der richtigen Entscheidung unterstützen Das Thema lockchain ist im Moment in aller Munde, auch befeuert durch den Hype rund um itcoin. iele irmen überlegen, ob es für sie sinnoll und ielersprechend sein könnte, Ap- plikationen basierend auf einer lockchain-Technologie zu entwickeln oder zumindest damit zu experimentieren. Das Fraunhofer IESE unterstützt Firmen bei der Entwicklung und beim Aufbau solcher Applikationen. Was ist überhaupt Blockchain? Eine Blockchain ist eine Datenbank, die dezentral in einem Netzwerk aus unabhängigen Rechnerkno- ten gespeichert ist. Die Daten werden in Form von Transaktionen in einer linear verknüpften Kette von Blöcken abgelegt, die über kryptografische Verfahren miteinander verbunden und damit gegen Manipula- tion gesichert sind. Zentrale Vorteile einer Blockchain sind der Verzicht auf zentrale vermittelnde Instanzen und eine manipulationssichere Nachvollziehbarkeit von Transaktionen. Häufig diskutierte Nachteile sind die hohen Kosten von Transaktionen und der damit verbundene Energieverbrauch sowie der geringe Durchsatz von Transaktionen. Die Kommunikation zwischen den beteiligten Kno- ten, die kryptografischen Verfahren und die Abstim- mung über neu zu akzeptierende Transaktionen im Netzwerk werden durch eine Blockchain-Technolo- gie umgesetzt. Die bekannteste Blockchain-Tech- nologie ist die Kryptowährung Bitcoin; eine andere Blockchain-Technologie ist zum Beispiel Ethereum. Auf Blockchain-Technologien aufbauend können IT- Anwendungen entwickelt werden, die sich die Eigenschaften der Blockchain bei der Datenhaltung zunutze machen. Während auf der einen Seite eine enorme Erwar- tungshaltung bezüglich des disruptiven Potenzials Blockchain-basierter Anwendungen existiert, mehren sich auf der anderen Seite die Stimmen, die massiv das Fehlen von realen Anwendungen beklagen, die wirklich von Blockchain profitieren. Das Problem von Blockchain in Unternehmen Es wird zwar im Unternehmensfeld viel über Block- chain gesprochen und diskutiert, aber oft fehlt eine gemeinsame Sprache und ein ausreichend tiefes Verständnis zum Thema Blockchain. Darüber hinaus wird die Eignung der Technologie Blockchain häufig nur oberflächlich diskutiert. Auch die methodische Kompetenz für die Entwicklung hochgradig verteilter Applikationen basierend auf Blockchain bei gleich- 4 4

zeitiger Erreichung von Qualitätseigenschaften wie User Experience und Sicherheit ist wenig ausgeprägt. Viele Unternehmen diskutieren das Thema isoliert voneinander im Management und in der Technik, haben dabei aber oft keinen gemeinsamen Wissens- stand und kein Zielbild entwickelt. Viele Unterneh- men fühlen sich außerdem unter Zeitdruck, schneller als die Wettbewerber mit Entscheidungen und even- tuell auch Lösungen auf den Markt zu kommen. Was brauchen Unternehmen nun, die sich mit dem Thema Blockchain auseinandersetzen Hierzu bietet das Fraunhofer IESE methodische Unterstützung an, welche es ermöglicht, sich dem Thema strukturiert zu nähern. So können Unternehmen ein Zielbild entwi- ckeln und werden durch den gesamten Prozess bis zur technologischen Umsetzung geleitet. Das Fraunhofer IESE bietet die Lösung mit fundierter Unterstützung Der Rahmen unserer Lösung ist eine langjährig eta- blierte und bewährte Architektur- und Software- Engineering-Methodik und ein entsprechendes Pro- jektvorgehen. Die Lösung beinhaltet unter anderem die folgenden Bausteine: ● eine einheitliche Terminologie, die häufig durcheinandergeworfene Begriffe rund um Blockchain sauber definiert. ● Unterstützung bei der Bewertung der Eignung einer Applikation für den Einsatz von Blockchain-Technologie mit einem Kriterienkatalog. ● Unterstützung beim Architekturdesign von Blockchain-basierten Applikationen, vor allem durch eine systematische architektur- bezogene Aufbereitung der Applikationen und durch einen Katalog von Fragen, die während des Designs zu stellen und zu beantworten sind. Gemeinsam mit dem Kunden analysiert das IESE entweder existierende Anwen- Fraunhofer dungsfälle, die infrage kom- men, oder es werden mithilfe von Kreativitäts- techniken neue Anwendungsfälle geschaffen. Da- bei fungiert das Institut als Unterstützer und kann für Blockchain IESE IM TREND die methodische Führung übernehmen. Hier geht es vor allem darum, den geplanten Einsatzkon- text, die Vertrauensbeziehungen zwischen Parteien rund um die Applikation und die geforderten Quali- tätseigenschaften der Applikation zu verstehen und zu bewerten. Schließlich wird erörtert und entschie- den, ob es einen Anwendungsfall gibt, der von der Umsetzung mit einer Blockchain-Technologie profitiert und den der Kunde prototypisch umsetzen möchte. Zur Umsetzung des Anwendungsfalls arbeiten das Fraunhofer IESE und der Kunde gemeinsam an der Architektur für die Applikation, die auf einer Block- chain basiert. Dabei bringt das Fraunhofer IESE seine Erfahrung in der Architekturdefinition und in spezi- fischen Fragestellungen zum Thema Blockchain ein. Außerdem bietet es Unterstützung beim User-Expe- rience-Design: Hier geht es darum, das Augenmerk auch auf die Anwender zu richten: An was muss bei Blockchain-Projekten gedacht werden, sodass die Anwender ein möglichst unkompliziertes und zufrie- denstellendes Nutzererlebnis haben Je nach Kun- denwunsch kann das Fraunhofer IESE auch bei der prototypischen Implementierung und bei der Evalua- tion des Prototyps unterstützen. Mehr Infos zum Thema auch im Blog: https://s.fhg.de/abba Fraunhofer Blockchain-Tag Am 5. November 2019 fand der »Fraunhofer-Block- chain-Tag« in Berlin statt. Die spannenden Diskus- sionen reichten von aktuellen Fraunhofer-Arbeiten im Bereich Blockchain bis zur Blockchain-Strategie der Bundesregierung. Die Fraunhofer-Institute IESE und FOKUS diskutierten im Workshop »Blockchain als Basisinfrastruktur für öffentliche Dienstleistungen« mit zahlreichen Teilnehmern, wie eine »Bundesblockchain« aussehen könnte und was sie können sollte, um sinn- volle Anwendungsfälle zu unterstützen. Wenn auch Sie vor der Entscheidung »Blockchain: ja oder nein stehen, dann sprechen Sie mit unserem Experten Dr. Matthias Naab. Mail: matthias.naab@iese.fraunhofer.de 4 5

HIGHLIGHTS Projekt-Kickoff BaSys 4.2 Die Erfolgsstory geht weiter Das vom BMBF geförderte Industrie-4.0-Projekt »BaSys 4.0 – Basissystem Industrie 4.0« lief zum 30. Juni 2019 aus. Die Erfolgsstory geht jedoch weiter, denn mit BaSys 4.2 startete das BMBF-Projekt im Juli 2019 in eine weitere Phase: Unter der Leitung des Fraunhofer IESE werden 20 Partner aus Forschung und Industrie in den nächsten drei Jahren das kontinuierliche Engineering von Fertigungs- prozessen und Industrie 4.0 für die Prozessindustrie erforschen. Welche Ziele das Projektteam bisher schon erreicht hat und wo die Reise mit BaSys 4.2 noch hingehen soll, beschreibt Dr. Thomas Kuhn, Hauptabteilungsleiter am Fraunhofer IESE und Projektleiter von BaSys 4, im Interview. Dr. Kuhn, mit welcher Zielsetzung sind Sie damals gestartet und mit welchen Ergebnissen konnten Sie die erste Pro- jektlaufzeit abschließen? Ziel des BaSys-4.0-Teams war es, eine Industrie-4.0- fähige Middleware zu entwickeln, die eine wand- lungsfähige Produktion ermöglicht. Umgesetzt haben wir das Vorhaben mit unserer dienstbasierten Fertigungsarchitektur. Das heißt, wir haben den Fer- tigungsprozess nicht, wie heute oft üblich, verteilt auf speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) realisiert, sondern über Dienste, die von Orchestra- toren basierend auf Produkt- und Prozessmodellen aufgerufen werden. Dabei kann man für jedes Pro- dukt andere Rezepte definieren, die beschreiben, welche Dienste zur Fertigung notwendig sind. Das Ändern dieser Rezepte ist viel einfacher als die Neu- programmierung von SPS. Informationen über Pro- dukte und Geräte, wie zum Beispiel die angebotenen Dienste und deren Kosten, werden einheitlich in Ver- waltungsschalen und deren Teilmodellen abgelegt. Diese können verteilt vorliegen und ermöglichen so den Zugriff auf verschiedenste Informationen über einheitliche Schnittstellen. 4 8 Dr. Thomas Kuhn: »BaSys 4 ist der Enabler für Industrie 4.0«. Kurz gesagt – was macht die Lösung so einzigartig? Das Besondere an BaSys 4 ist, dass die IT mit den Geräten im Shopfloor kommuniziert, was bisher keine andere Industrie-4.0-Middleware erlaubt. Ver- waltungsschalen realisieren definierte Schnittstellen zu Geräten, und damit ist sogar eine Steuerung der Geräte möglich.

HIGHLIGHTS Wie geht es mit BaSys 4 weiter? Erfreulicherweise schließt sich an BaSys 4.0 direkt unser Folgeprojekt BaSys 4.2 an. Das BMBF fördert dieses auch für die nächsten drei Jahre. Unser Ziel ist es, BaSys 4 auf die Prozessindustrie auszuweiten. Außerdem wollen wir die kontinuierliche Wandel- barkeit von Produktionsprozessen weitertreiben und auch Werkzeuge zur einfacheren Konfiguration von BaSys 4 bereitstellen. Welche Vorteile für die Industrie bietet die BaSys-4-Middleware? BaSys 4 ist eine dienstbasierte Fertigungsarchitektur. Diese bietet für Nutzer enorme Vorteile. Dreh- und Angelpunkt sind die sogenannten Verwaltungsscha- len. Sie ermöglichen einen durchgängigen Datenzu- griff von der IT in den Shopfloor. Der Status von Ge- räten und Aufträgen steht jederzeit zur Verfügung. Prädiktive Wartung, Dashboards und Analysen können dank BaSys 4 günstig realisiert werden. Man kann die Produktqualität in Echtzeit dokumentieren, was von immer mehr Auftraggebern gefordert wird. Diese werden in der Verwaltungsschale des Pro- dukts gespeichert und stehen jederzeit für Ana- lysen zur Verfügung. Also BaSys 4 als Enabler für Industrie 4.0? Ja, so könnte man es bezeichnen. Die dienstba- sierte Fertigungsarchitektur von BaSys 4 realisiert enorme Vorteile für produzierende Unterneh- men. Werkstücke können auch in kleinen Stück- zahlen effizient produziert werden die Losgröße 1 wird Realität. Das Interview führte Claudia Reis, Pressereferentin beim Fraunhofer IESE Interessierte laden wir herz- lich ein, sich die Open-Source- Middleware herunterzuladen: www.basys40.de Hannover Messe mit BaSys 4 Unter dem Motto »Mit digitalen Zwillingen vernetzte Produktion einfach machen!« haben wir auf der Hannover Messe im April 2019 mit unserer Modellfabrik gezeigt, wie die Open-Source-Middleware BaSys 4 mit Digitalen Zwillingen Fertigungsprozesse vernetzt und digitalisiert. Aufgrund der Corona-Pandemie 2020 wer- den wir voraussichtlich erst 2021 wieder auf der Hannover Messe vertreten sein können. Prof. Liggesmeyer und BDI-Chef Kempf tauschen sich über die Lösungen des Fraunhofer IESE zu Industrie 4.0 aus (Bild oben). Wirtschaftsstaatssekretärin Schmitt informiert sich über BaSys 4 (Bild unten). 4 9

HIGHLIGHTS Wirtschaftsstaatssekretärin Schmitt informiert sich über Industrie 4.0 und die digitale Landwirtschaft Staatssekretärin Daniela Schmitt und Dr. Joe Weingarten, beide aus dem rheinland-pfälzischen Ministerium für Wirtschaft, Verkehr, Landwirtschaft und Weinbau, waren am 16. Juli 2019 zu Gast im Fraunhofer-Zentrum. Sie informierten sich unter anderem über die Forschungsarbeiten des Fraunhofer IESE zu den Innovationsthemen »Industrie 4.0« und »Digitale Landwirtschaft«. Produktion 4.0 mit BaSys Anhand des Projekts BaSys zeigte das Fraunhofer IESE seinen Gästen, wie es Industrie 4.0 auch für den Mittelstand einfach macht. Die Open-Source- Middleware ermöglicht es Fertigungsunternehmen, ihre Produktion individueller an die Bedürfnisse der Kunden anzupassen. Dass das IESE mit dieser Lösung auf dem richtigen Weg ist, bestätigte auch Staats- sekretärin Schmitt: »Es ist unser Auftrag, Hürden und Bedenken abzubauen und mittelständische Produk- tionsunternehmen fit für die Zukunft zu machen. Das Fraunhofer IESE forscht an innova- tiven Lösungen für die Agrarindustrie Wie das Fraunhofer IESE dazu beitragen will, die Landwirtschaft der Zukunft zu gestalten, wur- de außerdem anhand des Fraunhofer-Leitprojekts COGNAC (Cognitive Agriculture) demonstriert. Hier ist das Ziel, die landwirtschaftliche Produktion mithilfe sensorbasierter Datenerfassung und Digi- talisierungs- und Automatisierungsprozesse ebenso umwelt- und ressourcenschonend wie hocheffizient zu machen. Laut Staatssekretärin Schmitt sehen sich heutige Landwirte als Unternehmer, die wettbewerbs- fähig sein müssen. Effizienz in Kombination mit öko- logischen Aspekten sollte daher künftig noch stärker im Fokus stehen. »Agricultural Data Spaces« (siehe S. 32f.) können hierbei als Ökosystem vernetzter Daten und Dienste die Entscheidungsfindung in der hochkomplexen Wechselwirkung zwischen Biosphäre und Produktion unterstützen. Wirtschaftsstaatsekretärin Daniela Schmitt war von der Arbeit am Fraunhofer IESE begeistert. 5 0

HIGHLIGHTS ELIV 2019 Fraunhofer IESE sichert autonome Systeme ab Unter diesem Motto zeigte das Fraunhofer IESE vom 16. bis 17. Oktober 2019 auf der ELIV im World Conference Center in Bonn, wie autonome Systeme durch dynamische Risikobewer- tung abgesichert werden können. Im Mittelpunkt des Vortrags von Dr.-Ing. Rasmus Adler stand das Thema Safety für hochautomatisiertes Fahren. tration diente unser Truck-Platooning-Exponat. Ein weiteres Highlight war der Vortrag unseres Pro- gramm-Managers »Autonome Systeme«, Dr.-Ing. Rasmus Adler, zum Thema »Engineering und Harde- ning funktionaler Fail-Operational Architekturen für das hochautomatisierte Fahren«. Bei der Markteinführung von kooperativen und hochautomatisierten Systemen stellt der Nachweis der funktionalen Sicherheit die Hersteller noch im- mer vor erhebliche Schwierigkeiten. Auf der alle zwei Jahre stattfindenden Automobilmesse ELIV stellte das Fraunhofer IESE auf dem Fraunhofer-Gemeinschafts- stand deshalb ConSerts (Conditional Safety Certifica- tes) vor modulare und formal definierte Sicherheits- konzepte, die zur Laufzeit vollautomatisch integriert werden können. Nach der erfolgreichen Integration werden die Safety-Eigenschaften der kooperierenden Systeme sowie ihrer Umgebung dynamisch über- wacht, um bei sicherheitsrelevanten Ereignissen die Systeme so zu rekonfigurieren, dass die Sicherheit des Gesamtsystems stets gewährleistet bleibt. Über diese Enabler für hochautomatisierte und ko- operative Funktionalität konnten sich interessierte Messebesucher bei unseren Safety-Experten aus ers- ter Hand informieren. Zur anschaulichen Demons- Jan Reich (links) und Dr. Daniel Schneider stellten interessierten Besuchern dynamische Risikobewertung zur Absicherung autonomer Systeme vor. Dynamische Absicherung kooperativer Systeme mit ConSerts Klassische Absicherungsmethoden zur Entwicklungs- zeit reichen nicht aus, um die Herausforderungen ko- operativer Systeme zu meistern. Die am Fraunhofer IESE entwickelten Conditional Safety Certificates (ConSerts) sind modulare und formal definierte Sicherheitskonzep- te, die zur Laufzeit vollautomatisch integriert werden können. Mit ConSerts lassen sich Worst-Case-Betrach- tungen und die damit verbundenen Einbußen in der Performanz umgehen. Die Variabilität in Kooperations- szenarien wird durch ConSerts formalisiert und zur Laufzeit im Hinblick auf Sicherheit und maximale Per- formanz aufgelöst. Weiterhin ermöglichen ConSerts ein kooperatives, dynamisches Risikomanagement, bei dem das Risiko der aktuellen Situation zur Laufzeit gemessen und dynamisch kontrolliert wird. Dadurch kann der Ver- haltensspielraum autonomer Systeme auf den sicheren Bereich eingeschränkt werden. 5 1

HIGHLIGHTS »An die Rechner, fertig, los…« Coden für Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und ökologisches Miteinander – diese und weitere Themen beschäftigten die über 50 Teilnehmenden des 2. PFAFF HACKs. Der PFAFF HACK als Ideenschmiede für das Stadtquartier der Zukunft Mehr als 50 Teilnehmende fanden sich am 25. Oktober 2019 am Fraunhofer-Zentrum in Kaiserslautern ein, um sich einer 24-Stunden-Challenge zu stellen. Dabei entwickelten sie Ideen für Prototypen zur digitalen Umsetzung nachhaltiger Konzepte und innovativer Lö- sungen für das Stadtleben der Zukunft. Unter dem Motto Erneuerbar. Effizient. Digital beschäftigt sich das Fraunhofer IESE gemeinsam mit sieben weiteren Partnern mit der Entwicklung innovativer Ideen und Lösungen für nachhalti- ge Stadtquartiere von morgen. Auf dem einsti- gen Fabrikgelände des Nähmaschinenherstellers PFAFF wird ein neues, klimaneutrales Quartier entstehen, das Dienste auf einer Quartiersplatt- form anbietet, welche Lösungen aus der Infor- mations- und Kommunikationstechnik integriert. Nachhaltige Energieerzeugung und -nutzung so- wie Mobilitätslösungen der Zukunft und digital- basierte Möglichkeiten zur Stärkung der Gemein- schaft stehen hierbei im besonderen Fokus. Das Projekt »EnStadt:Pfaff« wird durch das Bundes- ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) als eines von sechs bundeswei- ten Leuchtturmprojekten gefördert. Es ist erklär- tes Ziel, die Bürgerinnen und Bürger dabei in den Entstehungsprozess neuer digitaler Lösungen stark einzubeziehen. PFAFF HACK als Ideenschmiede Mit Hackathons ist es möglich, eine junge Ziel- gruppe in die Projektidee zu involvieren und auch die Ideen und Visionen Jugendlicher sowie Studie- render zu berücksichtigen. Die Teams waren bei der konkreten Umsetzung ihrer Konzepte rund um die Themen Klimaschutz und Nachhaltigkeit auch bei diesem 2. PFAFF HACK wieder sehr kre- ativ. Einmal mehr bot sich ihnen eine besondere Gelegenheit, im Dialog zwischen Forschung und den Menschen Ideen zu finden, weiterzudenken und direkt an die Umsetzung zu gehen. Im Finale präsentierten die elf Teams ihre Vor- schläge in Form unterhaltsamer, aber gehaltvoller und technisch überzeugender Pitches vor einer Jury bestehend aus Vertretern von KL.digital, dem Gründungsbüro und dem Fraunhofer IESE. Vorgestellt wurden User Interfaces mit diverses- ten Funktionen, Sensoren zur Bemessung und zum Monitoring des eigenen Energieverbrauchs, Online-Plattformen für nachhaltig organisierte Mitfahrgelegenheiten und Recycling- und Sha- ring-Plattformen für ein ökologischeres Mitein- ander oder ein IoT-basiertes (Internet of Things) Kompostmanagement. In einigen Fällen wurden auch Ansätze aus dem Bereich der AR (Augmen- ted Reality) und Gamification implementiert und Finanzierungsmodelle (z. B. Crowd-Sourcing) zur Umsetzung der präsentierten Ideen aufgezeigt. Die Reihe der PFAFF HACKs wird auch 2020 fort- geführt. Mehr Informationen unter www.pfaffhack.iese.de 5 2

HIGHLIGHTS HIGHLIGHTS IKT Konzepte IKT Konzepte PFAFF 2029 PFAFF 2029 Im Rahmen der Transformation einer Industriebrache in ein modernes Quartier wird im Im Rahmen der Transformation einer Industriebrache in ein modernes Quartier wird im Forschungsprojekt »EnStadt: PFAFF« besonders der Aspekt der Klimafreundlichkeit betrachtet. EnStadt: PFAFF besonders der Aspekt der Klimafreundlichkeit betrachtet. Das ehemalige Werksgelände des Nähmaschinenherstellers PFAFF mitten in der Stadt Kaisers- Das ehemalige Werksgelände des Nähmaschinenherstellers PFAFF mitten in der Stadt Kaisers lautern wird in ein neues Stadtquartier umgewandelt. Im Rahmen des Projekts arbeiten und lautern wird in ein neues Stadtquartier umgewandelt. Im Rahmen des Projekts arbeiten und forschen acht Partner an der Realisierung der Vision des »klimaneutralen Stadtquartiers«. In dem Konzeptpapier »IKT Konzepte 2029« be- In dem Konzeptpapier »IKT Konzepte 2029« be schreibt das Forscherteam des Fraunhofer IESE, wie schreibt das Forscherteam des Fraunhofer IESE, wie die Digitalisierung unseres Lebens im Jahr 2029 aus die Digitalisierung unseres Lebens im Jahr 2029 aus- sehen könnte und welche Einflussmöglichkeiten die- se für ein klimafreundliches Verhalten der Menschen bietet. Es zeigt, wie Informations- und Kommunika- tionstechnologie (IKT) in Zukunft in den Alltag der Quartiersbewohner, Anwohner, Besucher, Arbeiter- nehmer, Pendler und sonstiger Betroffener eingebet- tet sein kann. Welche Dienste denkbar sind Generell lassen sich die digitalen Dienste für das kli- maneutrale Quartier in drei Gruppen einteilen: Mobi- lität, Energie und Gemeinschaft. Beispiele aus jedem dieser Bereiche werden im Konzeptpapier vorgestellt. Ein Dienst im Bereich Mobilität könnte z.B. ein Assis- tenzsystem sein, das den Nutzern Wege mit öffentli- chen Verkehrsmitteln, Leihdiensten oder Mitfahrgele- genheiten plant und koordiniert (Lina, die intelligente Mobilitätsassistentin). Mit der Idee eines Parcel Cafs werden Belange für eine gut organisierte, komfor- table Mitmachlogistik adressiert. Hier vereint sich der Gedanke einer Packstation mit der Idee der Mit- machlogistik. Zentral im Quartier gelegen, bietet ein Caf neben seinem Kernnutzen auch noch die Mög- lichkeit, Pakete zentral abzuliefern, bzw. diese zum passenden Zeitpunkt abzuholen oder sich ggfs. von jemandem bringen zu lassen. Dieses Konzept spielt schon in den Bereich der Diens- te für die Gemeinschaft. Mit einem starken Wir-Ge- fühl im Quartier steigt auch das Engagement, sich für eine gemeinsame Sache – hier den Klimaschutz – ein- zusetzen. Dazu dient zuallererst die PFAFF-Funk-App: eine Plattform zum Austausch über Neuigkeiten, Ver- eine Plattform zum Austausch über Neuigkeiten, Ver anstaltungen etc., die das Miteinander im Quartier anstaltungen etc., die das Miteinander im Quartier in allen Lebensbelangen unterstützen kann und ihre in allen Lebensbelangen unterstützen kann und ihre Nutzer stets informiert hält. Darüber hinaus wird mit der App »MeDeTe« (Meins – Deins – Teils) ein Markt- platz für Tauschangebote etabliert: Ressourcen kön- nen von Privatpersonen oder Firmen angeboten und genutzt werden. Zuletzt ist auch noch ein Dienst an- gedacht, der den Nutzern im Quartier basierend auf Daten des eigenen Klimaverhaltens auf spielerische Weise zusätzliche Ratschläge und Hinweise gibt. Die App »Fish n‘ Tipps« bietet persönliche, auf das eige- ne Leben und die eigene Erfahrung zugeschnittene Hinweise und Tipps, um das eigene Handeln umwelt- und klimafreundlicher auszurichten. Die App ist mit anderen Plattform-Apps verbunden und analysiert die Aktionen, die darin vorgenommen werden, auf ihre Bedeutung für das Klima bzw. die Umwelt (z. B. wenn ein Carsharing-Auto gemietet wird, der Ener- gieverbrauch des eigenen Haushalts über die Smart Home App abgefragt wird oder über MeDeTe Werk- zeuge ausgeliehen werden). In einer Effizenz-durch-Transparenz-App können sich Haushalte gegenseitig zu einer Energiespar-Challen- ge herausfordern und vergleichen, wer die höchste relative Einsparung gegenüber dem Normalverbrauch der Haushalte bzw. des gesamten Quartiers erreicht. Neben der Darstellung in der App wird der Verbrauch auch für alle sichtbar auf dem großen Platz vor dem Reallabor erkennbar gemacht. Eine Kunstinstalla- tion – die Energiesäule – zeigt den Energieverbrauch des Quartiers und schafft so eine Identifikation aller Bewohner mit der Gemeinschaft. Gemeinsame An- strengungen zum Energiesparen werden so für alle nach außen hin sichtbar. 5 3

HIGHLIGHTS 70 Jahre Fraunhofer »Wir gestalten Zukunft gemeinsam« 70 Jahre Fraunhofer – auch für die Mitarbeitenden des Fraunhofer IESE ein Grund zum Feiern. #WHATSNEXT: Am 6. November 2019 feierten die Fraunhofer-Institute in Rheinland-Pfalz (IESE und ITWM aus Kaiserslautern, IMM aus Mainz) 70 Jahre Fraunhofer mit einem gemeinsa- men Festakt und einer anschließenden Career Night für Studierende im Fraunhofer-Zentrum in Kaiserslautern. Im Frühjahr 1949 wurde die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. in München gegründet, um nach Krieg und Demon- tage die Wirtschaft wieder neu aufzubauen. Heute, 70 Jahre später, ist sie mit 74 Instituten Europas größte Organisation für angewandte Forschung. Drei dieser Institute, die an digitalen Zukunftsthemen for- schen, sitzen in Rheinland-Pfalz: die Fraunhofer-Ins- titute für Experimentelles Software Engineering IESE und für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern sowie das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM in Mainz. Am 6. November 2019 feierten sie das Jubiläum unter dem Titel »Fraunhofer gestaltet die digitale Zukunft in Rheinland-Pfalz« mit zahlreichen Vertretern aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. Nach dem offi- ziellen Festakt fand ebenfalls im Fraunhofer-Zentrum in Kaiserslautern die zweite Karrierenacht statt, eine Informations- und Netzwerkveranstaltung für MINT- Studierende. Einen Blick in die Zukunft wagen Das Jubiläumsjahr der Fraunhofer-Gesellschaft stand unter dem Motto: »70 Jahre Fraunhofer, 70 Jahre Zu- kunft, WHATSNEXT«. Getreu dieses Mottos blickten die Fraunhofer-Institutsleitungen Prof. Anita Schö- bel, Prof. Peter Liggesmeyer und Prof. Michael Mas- kos gemeinsam mit ihren Gästen und Rednern beim Festakt auf Erreichtes zurück und schauten vor allem nach vorn. Das Grußwort sprach Prof. Dr. Konrad Wolf, Minister für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz Der Fraunhofer- Gesellschaft gratuliere ich herzlich zu ihrer nunmehr 5 4

HIGHLIGHTS unsere führende Rolle in der Digitalisierung der Che- mieindustrie weiter zu stärken. Mithilfe des interdis- ziplinären Austauschs erweitern wir unser Know-how und entwickeln neue, innovative digitale Lösungen. Prof. Dr. Wolfgang Kaminski, ärztlicher Leiter am Bioscientia Institut für Medizinische Diagnostik, zeig- te auf, welche neuen Chancen die Digitalisierung im Gesundheitswesen bietet. »Durch die Nutzung der in der Labormedizin vorhandenen Gesundheitsdaten können zukünftig Krankheiten früher und zuverläs- siger erkannt werden. Bioscientia hat damit bereits begonnen.« Auch die Vertreter aus Politik und Wissenschaft wagten einen Blick in die digitale Zukunft, u. a. mit Univ.-Prof. Dr. Georg Krausch (Präsident der Johannes- Gutenberg-Universität Mainz), Prof. Dr. Hans- Joachim Schmidt (Präsident der Hochschule Kaisers- lautern) und MdL Johannes Klomann (Vorsitzender des Ausschusses für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz). 70-jährigen Erfolgsgeschichte und freue mich auf de- ren Fortschreibung«, so Minister Wolf. »Das Jubiläum ist auch für die drei rheinland-pfälzischen Fraunhofer- Institute ein schöner Anlass, sich mit ihrer Forschung zu präsentieren. Die Fraunhofer-Forschung in Rhein- land-Pfalz leistet einen herausragenden Beitrag, die großen Zukunftsthemen wie Gesundheit, Ressour- ceneffizienz oder Landwirtschaft mit den Chancen der Digitalisierung zu verbinden.« Digitale Lösungen machen Landwirt- schaft, Chemie und Medizin zukunfts- fähig Aus Sicht der Industrie schilderte August Alt- herr, zum damaligen Zeitpunkt Direktor des John Deere European Technology Innovation Centers, sei- ne Vision der digitalen Landwirtschaft, deren Fokus darauf liegt, Nachhaltigkeit und Effizienz in Einklang zu bringen Die Digitalisierung in der Landwirtschaft führt uns von autonomen Fahrzeugen über autono- mes Arbeiten im Feld bis hin zur autonomen, pro- zessgesteuerten Landwirtschaft. Das Feld bekommt, wie bei der Industrie 4.0, einen »Digitalen Zwilling«, der uns erlauben wird, die landwirtschaftlichen Pro- zesse sowohl ökonomisch als auch ökologisch zu op- timieren.« Dr. Christoph Großmann, Director Smart Ma- nufacturing bei der BASF SE, erklärte, wie Fraunhofer das Chemieunternehmen dabei unter- stützt, die Potenziale der Digitalisierung zu nutzen: Mithilfe digitaler Lösungen können wir in unseren Anlagen komplexe Prozesszusammenhänge noch besser verstehen und optimieren. Damit bringen wir unsere Produktion auf ein neues Niveau. Wir setzen auf die intensive Zusammenarbeit mit Fraunhofer, um Prof. Kurz, Fraunhofer-Gesellschaft, überreichte die Ehrenmedaille der Fraunhofer-Gesellschaft an Prof. Wolf, Minister für Wissenschaft, Weiter- bildung und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz. 5 5

HIGHLIGHTS Im Fadenspiel konnten Bewerberinnen und Bewerber ihren individuellen Weg bei Fraunhofer spinnen. Karriere machen bei Fraunhofer Zweite Career Night am Fraunhofer- Zentrum in Kaiserslautern Im Jubiläumsjahr »70 Jahre Fraunhofer« luden gleich drei rheinland-pfälzische Fraunhofer- Institute zur Karrierenacht inklusive Fraunhofer Escape Game ein: Das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE und das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirt- schaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern sowie das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM in Mainz. Nach positiver Resonanz und großem Zulauf 2018 fand am 6. November 2019 zum zweiten Mal die an MINT-Studierende (Mathematik, Informatik, Natur- wissenschaft und Technik) gerichtete Informations- und Netzwerkveranstaltung am Fraunhofer-Zentrum in Kaiserslautern statt. Der Zulauf im Jubiläumsjahr war groß Von 17 bis 22 Uhr konnten die rund 100 Studierenden bei einem abwechslungsreichen Programm die drei rheinland- pfälzischen Institute kennen lernen und sich über Karrieremöglichkeiten bei Fraunhofer informieren. Ein ganz besonderes Highlight des Abends war das Fraunhofer Escape Game: In vier Gruppen mit ma- ximal acht Personen konnten die Teilnehmenden innerhalb von 45 Minuten in einem fiktiven Büro eines Fraunhofer-Wissenschaftlers Rätsel lösen, Hin- weise kombinieren und gemeinsam Codes knacken. Eine Herausforderung, bei der Wissen, technisches Geschick und ein ausgeprägter Teamgeist gefragt waren! Hinweise mussten zum Beispiel in der Aug- mented-Reality-Ebene mithilfe von Smartphone- kameras gefunden werden, und auch eine Virtual- Reality-Brille war Teil des Spiels. Viele interessante Programmpunkte Daneben gab es noch weitere spannende Programm- punkte wie etwa die Präsentation verschiedener wissenschaftlicher Projekte und Exponate aus den Instituten. Das Fraunhofer IESE zeigte mit seinem BaSys-4-Demonstrator, wie mithilfe der eigens ent- 5 6

HIGHLIGHTS Selina Sperber und Petra Wulff vom Fraunhofer IESE stellten Interessierten der Career Night die Jobangebo- te des Fraunhofer IESE vor. wickelten BaSys-Middleware und Digitalen Zwillingen die Fabrik 4.0 und Maßanfertigung bei Losgröße 1 aussehen kann. In spannenden und gut besuchten Vorträgen im »Rapid Innovation Lab vermittelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Teilnehmenden ihr Wissen und ihre Expertise, beispielsweise zum Thema »Safety beim autonomen Fahren«. Darüber hinaus gab es einen Bewerbungsunterlagen- Check und die Möglichkeit zum Dreh eines Vorstellungs- videos oder zur Aufnahme eines professionellen Porträt- fotos. Außerdem konnten sich die Studierenden an der Job Wall über aktuelle Stellenangebote informieren und sich direkt darauf bewerben. Begleitet wurde das kom- plette Event von einem Meet&Greet mit Fraunhofer-Mit- arbeitenden bei Snacks und Getränken. Auch die zweite Karrierenacht erwies sich für die Organisatoren als voller Erfolg und steht baldmöglichst wieder auf der Agenda. Beim Fraunhofer Escape Game Forschung spielerisch erleben 5 7

HIGHLIGHTS Datenplattform für die Landwirtschaft Fraunhofer IESE erstellt Machbarkeitsstudie Digitale Lösungen werden in der Landwirtschaft entlang der gesamten Wertschöpfungskette eingesetzt. Land- maschinen etwa bringen satellitengesteuert und passgenau Saatgut, Dünger und Pflanzenschutzmittel aus, das Tierwohl wird präzise gemessen und gemehrt, Transport- und Lagerungsabläufe werden auf diese Weise optimiert. Digitale Lösungen spielen zudem eine Rolle bei der Erfassung von Erntezahlen und beim gesamten Betriebsmanagement bis hin zur Steuererklärung. Dabei haben Landwirte die Erwartung, dass ein reibungs- loser Datenaustausch ohne Zeitverlust zwischen den Produkten der verschiedenen Hersteller gewährleistet ist. Dadurch gewinnen Datenplattformen hier an Bedeutung. Wie kann eine solche Daten- plattform aussehen? Landwirte sollen digitale Angebote aktiv mitgestalten Mit einer Umfrage ermittelt das Fraunhofer IESE der- zeit den individuellen Bedarf, die Anforderungen und die Bedenken unterschiedlichster Beteiligter bezüg- lich der Bereitstellung landwirtschaftlicher Daten durch staatliche Stellen. Die Befragung richtet sich an Mitarbeiter von land- wirtschaftlichen Betrieben, vor- und nachgelagerten Unternehmen in der Landwirtschaft und landwirt- schaftsbezogenen Referaten, Behörden und Institu- ten sowie an Mitglieder von Verbänden und Vereinen in der Landwirtschaft und Vertreter von öffentlichen Großprojekten in der Landwirtschaft. Die Teilnahme an dieser Umfrage bietet den Teilnehmenden die Chance, mögliche zukünftige digitale Angebote be- reits in einer sehr frühen Phase mitzugestalten. Erste Ergebnisse der Studie sollen im Herbst 2020 zur Verfügung stehen. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie, die durch das Bundesministerium für Ernährung und Land- wirtschaft (BMEL) gefördert wird, untersucht das Fraunhofer IESE folgende Fragestellungen: ● Wie muss eine digitale Datenplattform sinn- voll aufgebaut werden, damit der Staat die Landwirte bestmöglich unterstützen kann ● Welche relevanten Daten können dem Landwirt von staatlicher Seite kostenfrei und in einer praxisgerechten (maschinenlesbaren) Form zur Verfügung gestellt werden ● Wie müssen digitale Daten für die Land- wirtschaft aussehen, damit diese einfach für unterschiedliche Anforderungen nutzbar sind (Standards für Datenformate beziehungs- weise offene Schnittstellen) ● Welches Potenzial bietet die Offenlegung von Schnittstellen beispielsweise zu digitalen Antragssystemen der Länder ● Welche Maßnahmen hinsichtlich Datenschutz müssen bei staatlichen Plattformen gewähr- leistet werden 5 8

Zwischenfazit der »Digitalen Dörfer« Die Vision, Menschen in ländlichen Regionen mithilfe der Digitalisierung besser zu verbinden und neue, innovative Perspektiven für ein attraktives Leben auf dem Land zu schaffen, wurde mit dem Projekt der »Digitalen Dörfer« zur Erfolgsstory. Heute partizipieren bundesweit zahl- reiche Gemeinden an der vom Fraunhofer IESE entwickelten Plattformlösung, die in Rhein- land-Pfalz und Schleswig-Holstein inzwischen sogar landesweit ausgerollt wurde. Gemeinsam mit dem rheinland-pfälzischen Innenmi- nisterium und der Entwicklungsagentur Rheinland- Pfalz e.V. startete das Fraunhofer IESE 2015 das Pro- jekt »Digitale Dörfer«. Aus einem Ideenwettbewerb gingen drei Verbandsgemeinden hervor, in denen Chancen und Möglichkeiten einer digitalen Plattform ausgetestet wurden: mit verschiedenen Diensten und Services für die Bevölkerung, aber auch für die Ge- meindeverwaltungen selbst. Als Living Labs gingen Betzdorf-Gebhardshain, Eisenberg und Göllheim als die ersten »Digitalen Dörfer« an den Start. Praktikab- le Lösungen wurden in zahlreichen Bürgerworkshops erdacht, diskutiert und letztlich technisch durch vom Fraunhofer IESE entwickelte benutzerfreundliche Apps umgesetzt, welche verschiedene Lösungen für die Themen Nahversorgung, Ehrenamt und Kommu- nikation adressieren. Inzwischen nutzen bundesweit immer mehr Gemeinden die Vorteile dieser digitalen Plattform. Vermittler und Botschafter waren dabei sowohl die Fraunhofer-Wissenschaftler, allen voran Abteilungs- leiter Steffen Hess, und der Leiter des Kontaktbüros des Fraunhofer IESE in Berlin, Gerald Swarat, sowie Vertreter der Gemeinden auf zahlreichen Veranstal- tungen, Kongressen und Messen im In- und Ausland. Mit passgenauen digitalen Lösungen für die Bedürf- nisse vor Ort stärkt das Projekt nachhaltig den länd- lichen Raum und belebt die Dörfer. Die im Projekt ko- operierenden Verbandsgemeinden erhielten weitere Zuwendungsbescheide für die Jahre 2020 und 2021, das Fraunhofer IESE bekam im Rahmen der Veranstal- tung Nachhaltig digital unterwegs am 13. Februar 2020 den Förderbescheid für die dritte Projektphase überreicht. Mehr Informationen unter www.digitale-doerfer.de Dr. Marcus Trapp befragt die Pioniere der Digitalen Dörfer: Steffen Hess vom Fraunhofer IESE und die Bürgermeister der Verbandsgemeinden Göllheim, Eisenberg und Betzdorf-Gebhardshain (v.l.n.r.). HIGHLIGHTS 5 9

HIGHLIGHTS Smart-City-Atlas Eine Zusammenarbeit zwischen Bitkom, Fraunhofer IESE und weiteren Partnern Der Smart-City-Atlas von Bitkom, Fraunhofer IESE und 13 weiteren Partnern nimmt erstmals systematisch diejenigen Städte in den Blick, die einen integrierten Smart- City-Ansatz im Sinne einer themenübergreifenden Kooperation verfolgen. Durch den Einsatz neuer Technologien sollen vernetzte Infrastrukturen entstehen, um urbanen Herausforderungen wie der Energie- und Verkehrswende zu begegnen. Durch digi- tale und an den Bedürfnissen der Bürger ausgerichtete Dienstleistungen soll die Lebens- und Standortqualität vor Ort gesteigert werden. Mehr als die Hälfte der betrachteten Städte befindet sich inmitten des Prozesses, ihre Digitale Agenda auszuformulieren. Für die Vorreiterkommu- nen lässt sich zudem feststellen, dass die Notwendig- keit einer gewissen Ressourcenbereitstellung und der Anpassung von (Verwaltungs-) Strukturen erkannt wird. Die Studie gibt eine strukturierte Übersicht der 50 Vorreiterstädte in Deutschland, darunter auch Kai- serslautern, und zeigt deren jeweilige strategische wie organisatorische Herangehensweise an die Digi- talisierung vor Ort auf. Zudem wird die Einbindung von Bürgerinnen und Bürgern, Akteursgruppen und Partnern vor Ort aufgezeigt und hervorzuhebende Projekte aus jeder Kommune werden dargestellt. Die Ergebnisse basieren auf Vorrecherchen und Experten- interviews mit Digitalverantwortlichen der Städte. Sie stellen eine Momentaufnahme mit Stand März 2019 in einem sich rasant entwickelnden Thema dar. Dringlichkeit des Themas Digitalisierung Die Ergebnisse des Smart-City-Atlas zeigen, dass in den Städten in großer Breite die Notwendigkeit er- kannt wurde, die Herausforderungen der digita- len Transformation aller Lebens- und Wirtschafts- bereiche aktiv anzugehen und diese gemeinsam mit den Interessensgruppen vor Ort zu gestal- ten. Insbesondere Metropolen und Großstädte sind hierbei auf einem soliden Weg und gehen mit gutem Beispiel voran. Davon inspiriert beginnen zu- nehmend auch Mittelstädte mit der Entwicklung und Umsetzung einer Digitalen Agenda. 6 0 Übersichtskarte der in der Studie untersuchten 50 Städte

HIGHLIGHTS ÜBRIGENS… Kaiserslautern verfolgt das Ziel, sich zu einer digitalen Modellstadt für das Land Rhein- land-Pfalz zu entwickeln. Im Mittelpunkt der Digitalen Agenda steht der Mensch, dessen Lebensqualität erhöht werden soll, beispiels- weise indem technische Systeme ihn bei seinen Aufgaben unterstützen und Abläufe beschleunigen. So sollen durch die Digitali- sierung Effizienzgewinne in der erwaltung erreicht werden und der Kontakt zwischen Behörden, Bürgerinnen und Bürgern soll erleichtert werden. Insgesamt ist die Stadt bestrebt, ihre Attraktivität als Wohnort zu steigern und für Unternehmen als Standort noch interessanter zu werden. Die Studie wurde in Kooperation zwischen Bitkom und dem Fraunhofer IESE sowie den folgenden 13 Partnern erstellt: bee smart city GmbH, Capgemini Deutschland GmbH, Dell EMC (Dell GmbH), Deutsche Telekom AG, Ernst & Young GmbH Wirtschaftsprüfungsge- sellschaft, Esri Deutschland GmbH, FIWARE Foun- dation e.V., Fujitsu Technology Solutions GmbH, Hewlett-Packard Enterprise, MasterCard Europe SA, PricewaterhouseCoopers GmbH Wirtschaftsprü- fungsgesellschaft, Robert Bosch GmbH und Stadt- werke München GmbH. 6 1 Eine der digitalen Vorreiterstädte: Kaiserslautern Herausforderungen und Handlungs- empfehlungen Dass die Digitalisierung auch bei den »Großen« kein Selbstläufer ist, zeigen die Herausforderun- gen, denen die Kommunen begegnen und mit denen sie umgehen. Die größten Herausforde- rungen auf dem Weg zur Smart City sind dem- nach die digitale Teilhabe, die Qualifizierung der Verwaltungsmitarbeiter und der Umgang mit Fragen zu Datenschutz, Datensicherheit und IT- Sicherheit. Zentrale Handlungsempfehlungen sind die Klärung von Verantwortlichkeiten und die Be- reitstellung von Ressourcen, um insgesamt quer- schnittsorientierte Rollen zu schaffen, die sich der Digitalisierung der Kommunen annehmen. Von ho- her Bedeutung sind zudem eine professionelle Kom- munikationsarbeit, intern wie extern, und Partizipa- tionsmöglichkeiten der Stadtgesellschaft. Mehr Informationen unter www.digitalestadt.org/de/smart-city-atlas

INDUSTRIEPROJEKTE Bosch Chassis Systems Control Das Fraunhofer IESE kooperiert seit 2016 mit Bosch Chassis Systems Control (CC) zu diversen Aspekten rund um Agilität. Hierzu zählen zum Beispiel der eingesetzte Grad an Agilität, agile Skalierungsansätze, Agile Transition und konkrete Projektunterstützungen (z.B. Coaching) zu diesen Themen. 2019 lag der Fokus der Arbeiten auf der Suche und Anpassung geeigneter attraktiver Wissenstransferkonzepte zur Vermittlung klassischer En- gineering-Themen. Als Anwendungsfall wurde die Rolle eines klassischen Testmanagers be- trachtet, für die die notwendigen Anpassungen an die Arbeit im agilen Kontext erarbeitet wurden. Für die geänderte Rolle des agilen Testmanagers wurden anschließend passende Wissenstransferkonzepte ausgewählt und angepasst. Auch 2020 wird die Zusammenarbeit fortgesetzt, um Wissenstransferkonzepte zur Vermittlung von Themen aus dem Bereich Continuous Integration zu finden. DATEV Die DATEV e.G. aus Nürnberg ist der größte Anbieter von Softwarelösungen für Steuer- kanzleien, Rechtsanwälte und Wirtschaftsprüfer. Als innovatives Unternehmen erkannte die DATEV früh die Chancen, die Digitale Ökosysteme bieten, um neue digitale Geschäftsmo- delle zu etablieren. Die eigens dafür gegründete Organisationseinheit bei der DATEV arbeitet dazu eng mit dem Fraunhofer IESE zusammen. Zur Exploration verschiedenster Gestaltungs- möglichkeiten eines Digitalen Ökosystems kam die Fraunhofer Ecosystem Shaping Methode zum Einsatz. Dabei wurden geschäftliche, technische und vertragliche Aspekte und deren Querbeziehungen betrachtet. Auf dieser soliden Grundlage arbeiten das IESE und DATEV gemeinsam an der Ausgestaltung und am Aufbau dieses Digitalen Ökosystems. T-Systems International Mit dem Data Intelligence Hub (DIH) legt die Deutsche Telekom Tochtergesellschaft T-Systems International GmbH den Grundstein für eine sichere und vertrauensvolle Da- tenökonomie. Die Online-Plattform bietet einen Marktplatz für den Handel mit Daten sowie Werkzeuge für die Analyse und Veredelung dieser Daten. Die Vision des DIH ist es, innova- tive, datengetriebene Services zu ermöglichen und hierbei maschinelles Lernen und Künst- liche Intelligenz wertschöpfend einzusetzen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Einhaltung der Datensouveränität für alle beteiligten Akteure. T-Systems hat sich deshalb für die MYDATA Control Technologies, eine vom Fraunhofer IESE entwickelte Technologie zur technischen Umsetzung von Datennutzungskontrolle, entschieden. Die Technologie wurde in einem gemeinsamen Projekt im DIH integriert und stellt dort die Datensouveränität ver- schiedener Akteure sicher. 6 4

INDUSTRIEPROJEKTE FibuNet Die FibuNet GmbH aus Kaltenkirchen bietet ihren Kunden seit vielen Jahren sehr erfolg- reich eine Software für die Finanzbuchhaltung an. Um ihre Software auch weiterhin modern und leistungsfähig zu halten, möchte FibuNet ihre bisherige Desktopanwendung durch eine Webanwendung ergänzen. FibuNet entschloss sich deswegen zu einer erneuten Zusam- menarbeit mit dem Fraunhofer IESE zur Unterstützung dieses herausfordernden Migrations- vorhabens. Das Fraunhofer IESE führte dafür Nutzertests durch, gestaltete ein modernes User-Experience-Konzept und unterstützte die Erarbeitung des Architekturkonzepts und die Auswahl von Webtechnologien. Auf Basis dieser soliden Grundlage realisiert FibuNet die angestrebte zukunftsfähige Webanwendung, um den Kunden auch weiterhin ein hochper- formantes und gut bedienbares System zu bieten. Siemens Gas and Power Das Data Science Team des Fraunhofer IESE unterstützt Siemens Gas and Power dabei, den aktuellen Ansatz zur Optimierung der Kraftwerksregelung bezüglich Verfügbarkeit, Effizienz, Flexibilität und Emissionswerten durch datenbasierte Komponenten zu flexibilisie- ren und wirtschaftlich attraktiv zu erweitern. Dazu wurden Methoden und Verfahren identi- fiziert und vorgestellt, die es ermöglichen, neue Erkenntnisse aus den Daten zu ziehen, die über das bisherige Wissen hinausgehen, beziehungsweise zu denen man mit den klassi- schen Verfahren der Datenanalyse nicht gelangt. Das Fraunhofer IESE konnte aufzeigen, wie mit aktuellen Technologien Daten qualitätsgesichert, visualisiert, deskriptiv analysiert und explorativ hinsichtlich neuer Erkenntnisse untersucht werden können, um den Prozessbe- trieb durch kontinuierliche, optimierende Eingriffe noch besser zu gestalten. Robert Bosch FERAL ist eine Co-Simulationsplattform für den virtuellen Test von Steuergeräten. Neben den Funktionen des Steuergeräts können auch die Einflüsse der Buskommunikation und der Ziel- plattform getestet werden. Dafür werden verschiedene Busse, Prozessoren und Gateways unterstützt. Die Robert Bosch GmbH hat beim Fraunhofer IESE eine Schnittstelle zu FERAL beauftragt, um diese Plattform zukünftig für Tests während der Steuergeräteentwicklung einzusetzen. 6 5

INDUSTRIEPROJEKTE Volkswagen Die Konzern Grundanforderungen Software (KGAS) definieren für den gesamten Volks- wagen-Konzern Anforderungen, die bei der Entwicklung von Software beachtet werden müssen. Der Wunsch nach agiler Entwicklung geht einher mit der Frage nach der Einhaltung der KGAS. Deshalb untersuchte das Fraunhofer IESE 2019 für den Bereich Konzern-Soft- ware-Qualitätssicherung der Volkswagen AG, wie die Erfüllung der KGAS mit agilen Vor- gehensweisen möglich ist. In Abstimmung mit KGAS-Verantwortlichen und agilen Experten von VW wurde zunächst ein Mapping agiler Praktiken auf KGAS-Anforderungen erstellt. Endergebnis war ein Pocket Guide, in dem für eine Auswahl an Anforderungen eine Über- sicht darüber geboten wird, welche Anforderungen unabhängig von der Vorgehensweise sind und welche durch agile Praktiken unterstützt werden. Für diese unterstützten Anforde- rungen wurde eine agile Umsetzung aufgezeigt. Debeka Das Versicherungsunternehmen Debeka hat mit der Debeka-Leistungs-App eine Anwen- dungssoftware im Einsatz, für die es eine fünfstellige Anzahl von App-Store-Reviews gibt. Darin verbirgt sich eine enorme Informationsmenge, die sich manuell aber nicht mehr effi- zient sichten lässt. Deshalb initiierte das »Debeka Innovation Center« eine Kooperation mit dem Fraunhofer IESE zur Einführung von automatisierten Analysen mit dem »User Echo Service«, dem CrowdRE-Tool des Fraunhofer IESE. Die Analyse deckte unterschiedliche Pers- pektiven ab, wie die Häufigkeit von Emotionen, Themen und kommentierte Qualitätsmerk- male, was ein detailreiches und tiefgehendes Bild der Nutzerwahrnehmung der App ermög- lichte. Die Ergebnisse bestätigten einerseits Vermutungen der Debeka-Mitarbeiter, konnten aber andererseits Annahmen mit Zahlen untermauern und neue Erkenntnisse liefern. Die gewonnenen Informationen zu Verbesserungsvorschlägen, Neuerungsideen und beliebten Funktionen können damit in einer Weiterentwicklung berücksichtigt werden. Die Debeka als innovatives Unternehmen kann so noch besser auf Kundenwünsche eingehen, da diese effizient zusammengefasst werden. 6 6

INDUSTRIEPROJEKTE IAV Zur effektiveren Lösung regelungstechnischer Aufgaben beinhalten immer mehr Produkte Komponenten, die auf maschinellen Lernverfahren und Künstlicher Intelligenz (KI) beruhen. Da solche Verfahren insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn Zusammenhänge im Voraus nicht vollständig spezifiziert werden können, sondern anhand von Daten erlernt werden müssen, verbleibt auch nach intensiver Prüfung solcher Komponenten eine Restun- sicherheit bezüglich des Auftretens fehlerhafter Ergebnisse in bestimmten Situationen. Die am Fraunhofer IESE entwickelte »Uncertainty Wrapper«-Architektur und -Analysemethodik erlaubt es, diesen situationsspezifischen Grad an Unsicherheit zuverlässig abzuschätzen und legt damit eine verlässliche Grundlage für Entscheidungen zur Entwicklungs- wie auch zur Laufzeit. Hierbei adressiert die Architektur alle drei Arten von Unsicherheiten im entspre- chenden Schalenmodell. Derzeit wird die Methodik im Rahmen eines bilateralen Projekts gemeinsam mit der IAV GmbH auf eine bestehende KI-Komponente angewandt, wodurch entsprechendes Know-how in die industrielle Praxis transferiert wird. John Deere European Technology Innovation Center Data Science und Künstliche Intelligenz (KI) sind in aller Munde und bieten im Zusammen- hang mit Digitalen Ökosystemen ein großes Potenzial für neuartige Geschäftsmodelle. Die meisten Unternehmen besitzen bereits sehr viele Daten und daher ist es naheliegend, diesen Datenschatz zu nutzen. Mit Insights Collaboration Space (ICSpace) haben das John Deere European Technology Innovation Center (ETIC) und das Fraunhofer IESE die erste Kollaborations-App für interdisziplinäre Teams entwickelt, die gemeinsam an daten- getriebenen digitalen Diensten im Bereich Smart Farming arbeiten. Die App läuft in der Cloud und ist dank modernster Webtechnologie einfach und intuitiv zu bedienen. Dies gilt insbesondere auch für Experten mit weniger stark ausgeprägtem technischen Hintergrund. Die App bietet eine sehr einfache grafische Notation, die den Nutzer dabei unterstützt, die Datenverarbeitungspipeline konzeptionell soweit aufzubauen, dass die sogenannten »Data Science Significant Requirements sehr einfach abgeleitet werden können. 6 7

ÖFFENTLICHE PROJEKTE DEIS Die offene, kooperative Natur von Cyber-Physical Systems (CPS) schafft neue Herausforde- Die offene, kooperative Natur von Cyber-Physical Systems (CPS) schafft neue Herausforde rungen bezüglich der Sicherstellung ihrer Verlässlichkeit. Im Projekt DEIS (Dependability Engineering Innovation for CPS) leitete das Fraunhofer IESE das Arbeitspaket »Modell- konzepte, in dem das Kernkonzept des Projekts, die Digital Dependability Identity, definiert wurde. Darüber hinaus verantwortete es die Planung der Evaluationen in Labs und in Indus- trieumgebungen. Konkrete Ziele des Projekts waren die Einführung des Konzepts der Digital Dependability Identities (DDI), welches eine sichere Systemintegration ermöglicht effiziente Synthese von Informationen zur Verlässlichkeit von Komponenten und System über die Sup- ply Chain und effektive Evaluation dieser Informationen im Feld für die sichere Komposition von CPS-Konfigurationen. Die Verwendung von DDI wurde 2019 anhand industrieller An- wendungsfälle aus unterschiedlichen Domänen (Truck Platooning, European Train Control System, Driver Monitoring System, Medical Apps) evaluiert, und es konnte jeweils ein signi- fikanter Nutzen gezeigt werden. www.deis-project.eu/ MInD Im Projekt MInD (Machine Intelligence and Deep Learning) geht es um die Identifika- tion und Nutzung von Deep-Learning-Technologien zur sozio-technischen Gestaltung des digitalen Wandels. Dazu werden die Kompetenzen und Potenziale des Fraunhofer IESE, des Fraunhofer ITWM und des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) gebündelt. Das als langjährige Kooperation (> 4 Jahre) angedachte Projekt startete 2018 mit einem Vorlaufprojekt, in dem das Fraunhofer IESE mit einer Systematic Mapping Study einen Überblick über publizierte Methoden für den Einsatz neuronaler Netze in sicherheits- kritischen Anwendungen erstellte. Diese wurden im Jahr 2019 in einen Referenzprozess zur Entwicklung von Systemen mit Machine-Learning-Komponenten überführt, welcher teilwei- se anhand eines Beispielsystems (Fußgängererkennungssystem) evaluiert wurde. 6 8

ÖFFENTLICHE PROJEKTE FabOS Im Rahmen des Innovationswettbewerbs »Künstliche Intelligenz als Treiber für volkswirt- schaftlich relevante Ökosysteme« werden Projekte gefördert, die sich auf die digitale Trans- formation der Wirtschaft hinsichtlich Künstlicher Intelligenz fokussieren. Dazu gehört auch FabOS, dessen Ziel es ist, ein offenes und verteiltes sowie echtzeitfähiges und sicheres Be- triebssystem für die Produktion zu entwickeln. Es soll den IT-Backbone für die wandlungs- fähige Automatisierung der Fabrik der Zukunft und die Grundlage eines Ökosystems für datengetriebene Dienste und KI-Anwendungen bilden. Hybride Cloud-Plattformen und IoT- Anwendungen sind Kernelemente cyber-physischer Architekturen und werden die Basis zu- künftiger Produktionslösungen sein. FabOS bildet hierbei eine Plattform, die nach Vorbild eines Betriebssystems Komponenten bereitstellt, die Maschinen, Infrastruktur und Dienste verknüpfen, wie es ein Betriebssystem mit Benutzerprogrammen und der Hardware in Form einer Abstraktionsschicht tut. Dabei werden die bisherigen Vorarbeiten der beteiligten Part- ner, zum Beispiel unsere Open-Source-Middleware BaSys 4, als Schlüsselbausteine gesehen, die zu einem Gesamtkonzept zusammengesetzt werden. So können echtzeitfähige, domä- nenübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke für die KI-gestützte autonome Produktion der Zukunft geschaffen werden. www.fab-os.org DESIGNETZ Die Herausforderung des Projekts DESIGNETZ ist es, den Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch unter Berücksichtigung aller Energieträger zu steigern. Konkret unter- stützt das Fraunhofer IESE beim Entwurf der verteilten Systemarchitektur der integrierten Daten- und Diensteplattform für Energienetz-Management sowie der Erhebung von Daten- schutzanforderungen und der Entwicklung von Datennutzungskontrollkomponenten für die integrierte Plattform. Hinzu kommt die Erstellung von Smart-Data-Analysen für die Mo- dellierung, die Vorhersage und Diagnose von Flexibilitätspotenzialen in Energienetzen und die Evaluierung der Architektur des SESAM-Farm-Demonstrators zur Vernetzung von Smart Energy und Smart Farming. Am Ende steht eine ganzheitliche Betrachtung des Energiesys- tems über alle Akteure und Energieträger hinweg: Es soll eine feinere Steuerung bis hinunter in die Verteilnetze entstehen und existierende IKT-Insellösungen sollen vereint werden, um eine intelligente, ressourceneffiziente Energieversorgung der Zukunft zu schaffen. www.designetz.de 6 9

ÖFFENTLICHE PROJEKTE Digitale Teams »Es ist Zeit, zu leben und zu arbeiten, wo und wie man will!« Daran arbeitet das Fraunhofer IESE seit 2017 im Projekt Digitale Teams: Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, durch eine Verbesserung der Beschäftigungsmöglichkeiten in ländlichen Regionen der Landflucht in Deutschland entgegenzuwirken. Ein Konsortium bestehend aus dem Fraunhofer IESE, Microsoft Deutschland, Insiders Technologies, Welance und dem Institut für Technologie und Arbeit (ITA) sieht die Lösung im Einsatz von »Digitalen Teams«, also Arbeitsgemeinschaften, die virtuell miteinander verbunden sind. Konkret soll eine Ökosystemplattform entwickelt werden, durch die das virtuelle Zusammenarbeiten ermöglicht wird. Es soll gezeigt werden, dass das Arbeiten in virtuellen Teams mit Unterstützung moderner IKT funktioniert, ohne dass dies zu Einbußen bei der Arbeitszufriedenheit oder Produktivität im Vergleich zu lokalen Teams führt. www.digitale-teams.de Demeter Im Rahmen des europäischen Projekts Demeter arbeiten seit September 2019 insgesamt 60 Projektpartner an Lösungen für einen einfachen Austausch von Daten im Kontext der Digitalisierung der Landwirtschaft. Bei dem im Rahmen des »Horizon 2020«-Programms der EU geförderten Projekts stehen Interoperabilität und Vergleichbarkeit von datenbasier- ten Diensten im Vordergrund. Das Fraunhofer IESE entwickelt und erprobt in diesem Pro- jekt, welche Standards und Verfahren angewendet werden können, um die Datenqualität möglichst einheitlich, durchgängig und automatisiert bewerten zu können. Nur bei ent- sprechender Datenqualität ist Aussagekraft und Genauigkeit – zum Beispiel für Vorhersagen – gegeben. Informationen zur Datenqualität können dann von den Verfahren auf Entschei- dungsebene verwendet werden, um gegebenenfalls alternative Strategien zur Auswertung der Daten anzuwenden. Unsere Forscher entwickeln dazu einen Dienst zur automatisierten Qualitätsbewertung. http://h2020-demeter.eu 7 0

ÖFFENTLICHE PROJEKTE Smart tau Hus SMART TAU HUS Mit dem Modellvorhaben Digitales Landleben Mecklenburg-Vorpommern »Smart tau Hus« soll die Digitalisierung das Potenzial ländlicher Regionen erfolgreich in die Zukunft führen. Das Modellvorhaben ist in drei Phasen untergliedert. In der ersten Phase wurde in einem Landeswettbewerb der Gemeindeverbund unter Führung der Gemeinde Hohen- kirchen zur Modellregion ausgewählt, die nun ihr Digitalisierungskonzept umsetzen kann. Die Idee ist, mithilfe von digitalen Schaukästen den Informationsaustausch zwischen Ver- waltung, Einwohnern und Gästen zu verbessern. Der Fokus des Fraunhofer IESE liegt auf der Konzeption (Phase 2) sowie auf der technischen Entwicklung und Umsetzung (Phase 3) des digitalen Schaukastens, der den Informationsaustausch zwischen Verwaltung, Einwohnern und Gästen verbessern soll. www.smart-tau-hus.de TrUSD In dem Verbundvorhaben »TrUSD – Transparente und selbstbestimmte Ausgestaltung der Datennutzung im Unternehmen« wird ein praxistauglicher und rechtskonformer An- satz für den technologiegestützten Beschäftigtendatenschutz entwickelt. Auf diese Weise wird eine Brücke zwischen den Potenzialen der Datenanalyse und dem Recht der Beschäftig- ten auf Privatheit geschlagen. Durch Privacy Dashboards werden Unternehmen in die Lage versetzt, für ihre Arbeitnehmer sowohl Transparenz über betriebliche Datenverarbeitungs- vorgänge als auch Selbstbestimmungsmöglichkeiten hinsichtlich der Datenverarbeitung zu schaffen. Zudem werden Unternehmen durch ein in TrUSD entwickeltes partizipatives Vor- gehensmodell unterstützt. Somit können sie die organisationsweite Vertrauens- und Arbeits- kultur stärken und gleichzeitig von geschäftsfördernden Analysen mit von Arbeitnehmern selbstbestimmt freigegebenen, personenbezogenen Daten profitieren. www.trusd-projekt.de 7 1

ÖFFENTLICHE PROJEKTE Kl in Mittelstädten Die Erforschung der digitalen Transformation im kommunalen Kontext setzt vorwiegend bei größeren Strukturen (Smart Cities) an. Zunehmend geraten auch Smart Regions und ländliche Gemeinden in den Blick. Mittelstädte liegen hingegen nicht im Fokus der Betrach- tung, sodass insbesondere die für Rheinland-Pfalz relevanten (kleinen) Mittelstädte und ihre Potenziale häufig unberücksichtigt bleiben. Ziel des Projekts KI in Mittelstädten ist eine Bestandsaufnahme von Konzepten und Strategien zum Einsatz von KI und zu innova- tiven Ideen in Mittelstädten. Dabei sollen die aktuellen Voraussetzungen sowie Potenziale und Grenzen des Einsatzes von KI-gestützten Diensten in der öffentlichen Verwaltung rheinland-pfälzischer Mittelstädte untersucht werden. Das Projekt setzt die Zusammenarbeit des Fraunhofer IESE mit dem Fachgebiet Stadtsoziologie der TU Kaiserslautern und dem DFKI fort, aus der die gutachterliche Stellungnahme »Auswirkungen der Digitalisierung im Allgemeinen und künstlicher Systeme im Speziellen auf das kommunale Leben in Rheinland- Pfalz im Jahr 2050« hervorgegangen ist. KoKI Auch eine Kommune ist auf innovative technologische Möglichkeiten wie Künstliche Intelli- genz (KI) angewiesen, um die Lebens-, Standort- und Arbeitsqualität für die Menschen wir- kungsvoll und nachhaltig zu verbessern. Die Frage nach dem politischen, rechtlichen und ge- sellschaftlichen Ordnungsrahmen für KI ist zu einer zentralen Frage unserer Zeit geworden. Gerald Swarat, Leiter des Fraunhofer IESE Kontaktbüros in Berlin, hat deshalb zusammen mit der Kommunalen Gemeinschaftsstelle für Verwaltungsmanagement (KGSt) und dem Inno- vators Club des Deutschen Städte- und Gemeindebundes (DStGB) die offene Initiative KoKI gegründet, die sich mit KI in Kommunen beschäftigt. Nach dem Kickoff der Initiative am 19. Dezember 2019 in Berlin werden bis Mai 2020 immer wieder Expertinnen und Experten aus Zivilgesellschaft, Wirtschaft, Wissenschaft sowie Verwaltung und Politik in klassischer Think-Tank-Art zusammenkommen und über die Herausforderungen und Chancen von KI im kommunalen Bereich diskutieren. Ziel von KoKI ist es, Strategien zu entwickeln, wie die rund 12.000 Kommunen in Deutschland Künstliche Intelligenz sinnstiftend und zum Wohle der Menschen einsetzen können, damit diese Technologie zu einer Chance für unser Land wird. www.colab-digital.de/koki/ 7 2

ViTAWiN Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen sind für beinahe jeden zweiten Todesfall in Deutschland verantwortlich. Auch im Rettungsdienst und in Notaufnahmen von Kliniken zählen Patienten mit diesen Erkrankungsgruppen zu den häufigsten Einsatzanlässen. Ein nationales Konsortium aus Mediendidaktikern, Technologieexperten und Partnern der Be- rufspraxis von Rettungsdiensten und Notfallpflege erforscht im Projekt ViTAWiN (Virtu- ell-augmentiertes Training für die Aus-und Weiterbildung in der interprofessionel- len Notfallversorgung) innovative Lösungen für die berufliche Bildung. Das Fraunhofer IESE übernimmt in einem Teilprojekt die Zielgruppenanalyse, die Entwicklung des medizin- didaktischen Designs sowie die Entwicklung des Evaluationsdesigns und die Leitung der Evaluationen des Praxistransfers. Ziele sind zum einen die Erhöhung des Realitätsgrades und der Effektivität notfallmedizinischer Ausbildung sowie die Erschließung des Marktes für VR-/AR-gestütztes Training in der Medizin und zum anderen der Ausbau der eigenen Exper- tise und Kompetenzen bei der Entwicklung und Implementierung von VR-/AR-gestützten Simulationsumgebungen. www.vitawin.info ÖFFENTLICHE PROJEKTE 7 3

IESE IM ÜBERBLICK Engineering the Digital Future Das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Soft- ware Engineering IESE in Kaiserslautern ist seit mehr als 20 Jahren eine der führenden For- schungseinrichtungen auf dem Gebiet der Soft- ware- und Systementwicklungsmethoden. Mit seiner angewandten Forschung entwickelt das Institut innovative Lösungen zur Gestaltung ver- lässlicher Digitaler Ökosysteme und beschleu- nigt damit den wirtschaftlichen und gesell- schaftlichen Nutzen für seine Kunden. Im Fokus des Fraunhofer IESE stehen Themen wie »Auto- nome Systeme«, »Industrie 4.0« oder »Smart Farming« sowie digitale Lösungen für ländliche und urbane Räume. Bereits in mehr als 1.500 Kundenprojekten hat das Institut Spitzenfor- schung in nachhaltige Unternehmenspraktiken transferiert und dabei seine Kompetenzen aus den Bereichen Prozesse, Architektur, Data, Secu- rity, Safety, Requirements Engineering und User Experience erfolgreich eingebracht. Das Fraunhofer IESE ist eines von 74 Instituten und Einrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft. Zusammen gestalten sie die angewandte For- schung in Europa und weltweit wesentlich mit und tragen zur internationalen Wettbewerbsfä- higkeit Deutschlands bei. 7 7

IESE IM ÜBERBLICK Zukunftsorientierte Kompetenzen für digitale Innovationen SCALABLE ENGINEERING GUARANTEED QUALITY Die Skalierbarkeit unserer Methoden hilft Unter- nehmen, ihre individuellen Herausforderungen systematisch und quantifizierbar zu meistern – ganz gleich, ob KMU oder Großkonzern. Validierte Methoden, Qualitätssicherung und faktenbasierte Nachweise garantieren höchst- mögliche Produkt- und Systemqualitäten – in al- len Schritten der Entwicklung. SAFETY Fehler können Menschenleben gefährden – funktio- nale Sicherheit ist entscheidend! Mit innovativen mo- dellbasierten Methoden machen wir Produkte sicher und sorgen für effiziente Sicherheitsnachweise. SECURITY Daten- und Systemsicherheit – gerade in verteilten Systemen – sind Pflicht! Unsere Nutzungskontroll- technologien erlauben es Unternehmen, die Verbrei- tung und Verwendung ihrer Daten über den ersten Zugriff hinaus zu kontrollieren und zu schützen. UX User Experience heißt Erleben! Mit einer positiven UX erobern Produkte den Markt. Die nahtlose Integration unserer innovativen UX-Engineering-Methoden in be- währte Software-Engineering-Methoden sichert den Wettbewerbsvorsprung von Unternehmen. PROZESSE Heutzutage ist Agilität ein Schlüssel, um konkurrenz- fähig zu bleiben. Aber wie schafft man das in regula- tiven Umgebungen, z. B. im Automotive-Bereich? Wir unterstützen Unternehmen darin, die richtigen agilen Praktiken zu finden und in den Systems-Engineering- Prozess zu integrieren, um auch komplexe Systeme agil zu entwickeln. DATA Big Data. Data Science. Machine Learning. Verunsi- chert durch diese Buzzwords? Wir unterstützen Un- ternehmen darin, innovative datengetriebene Lösun- gen zu identifizieren, deren technische Machbarkeit und Akzeptanz zu analysieren und die Qualität von Software zur Entwicklungs- und Laufzeit objektiv auf Grundlage von Daten zu steuern. ARCHITEKTUR Auf ein stabiles Fundament bauen: Bereits in der konstruktiven Phase der Entwicklung unterstützen wir Unternehmen mit modellbasierten Definitionen, mit Bewertungen und bei der Optimierung ihrer System- und Softwarearchitekturen. ANFORDERUNGEN Wissen, was wichtig ist: Durch die systematische Er- hebung, Spezifikation und Bewertung der Anforde- rungen von Unternehmen sichern wir die Qualität der Systeme von Anfang an und helfen ihnen dabei, eine der häufigsten und teuersten Fehlerquellen zu ver- meiden. ENGINEERING + QUALITY = INNOVATION 7 8

IESE IM ÜBERBLICK SOFTWARE-ENABLED INNOVATIONS INFORMATIONSSYSTEME durchdringen unseren Alltag! Das moderne Ge- schäftsleben ist ohne sichere und benutzerfreundliche Systeme und mobile Applikationen undenkbar ge- worden. Täglich werden Milliarden an Transaktionen abgewickelt. Von ERP- über CRM-Systeme bis hin zu Online-Portalen für verschiedenste Dienste wie On- line-Banking, Soziale Netzwerke, eCommerce und eGovernment bieten wir exzellentes Know-how für Informationssysteme. EINGEBETTETE SYSTEME müssen sicher und zuverlässig sein! Sie tragen maß- geblich zu Funktionalität, Innovation und Wertschöp- fung in den Branchen Automatisierung in Produktion und Anlagenbau, Automotive und Nutzfahrzeuge sowie Gesundheitswesen bei. Bei der Produktentste- hung steht für uns die Umsetzung eines modellbasier- ten Systems Engineering mit garantierten Qualitäten im Fokus. In allen Phasen des Entwicklungsprozesses sind wir der zuverlässige Technologiepartner. SMART RURAL AREAS INDUSTRIE 4.0 SMART FARMING DIGITALE DIGITALE ÖKOSYSTEME DIGITALE ÖKOSYSTEME Über die vertikale Vernetzung von Eingebetteten Sys- temen mit Informationssystemen erschließen wir mit unseren Partnern neue Potenziale in Funktionalität und Effizienz. So entstehen intelligente Ökosysteme für unterschiedlichste Anwendungsfelder. Die domä- nenübergreifende Vernetzung und Integration von Systemen, Diensten und Anwendungen spielt eine immer größere Rolle für Themen wie »Industrie 4.0«, »Big Data« oder »Smart Rural Areas«. Mit unserem ganzheitlichen Systems-Engineering-Ansatz helfen wir Unternehmen, smarte Systeme zu entwickeln, auf die man sich in jeder Hinsicht verlassen kann. STRATEGIEN FÜR INNOVATIVE PRODUKTE Am Anfang eines jeden erfolgreichen Produkts stehen innovative Ideen und eine adäquate Umsetzungsstra- tegie. Im Rapid Innovation Lab werden in gemeinsa- men Kreativitätsworkshops mittels modernster Rapid- Prototyping- und Simulationstechnologien innovative Ideen entwickelt, Ideen frühzeitig validiert und wich- tige Fragen zur technischen Machbarkeit oder zu Ge- schäftsmodellen beantwortet. Gerade in einer Zeit sich schnell ändernder Märkte ist es ein entscheiden- der Erfolgsfaktor, einen unabhängigen, kompetenten Partner an seiner Seite zu wissen, der die Brücke zwi- schen Geschäftsideen und Technologien bauen kann. PLATFORM ECONOMY DIGITALER ZWILLING AUTONOME SYSTEME SAFE AI 7 9

IESE IM ÜBERBLICK Fraunhofer IESE schlägt die Brücke von der Forschung zur Wirtschaft STARKE PARTNER VON DER ERSTEN IDEE BIS ZUM ERFOLGREICHEN PRODUKT Erfolgreiche Produkte basieren auf erfolgreichen Partnerschaften. Starke Unternehmen haben starke Partner. Das Fraunhofer IESE ist seit seiner Gründung 1996 Partner vieler Unternehmen, deren Spanne von mittelständischen Unternehmen bis hin zu weltweit führenden DAX-Unternehmen reicht. Die Experten des Fraunhofer IESE sprechen die Sprache ihrer Kun- den. Mit ihrer langjährigen Erfahrung in Projekten mit der Industrie erkennen sie Herausforderungen und finden konkrete Lösungen für die Praxis, sei es in frü- hen Phasen der Innovation und Strategiefindung, bei der Bewertung und Optimierung bestehender Syste- me oder während der Entwicklung. GEMEINSAM HAND ANLEGEN Starke Partner stehen zusammen, bis das Ziel erreicht ist. Deshalb lassen die Software-Ingenieure des Fraun- hofer IESE ihre Kunden auch beim Thema Entwicklung nicht im Stich. Das Institut bietet auf Basis innovativer Methoden und Tools Engineering-Unterstützung von Anfang an, beispielsweise auch bei der Umsetzung von Optimierungsempfehlungen. Von User-Experien- ce-Konzepten bis zur Validierung und Verifikation von Systemen: Gemeinsam arbeiten Software-Ingenieure des Fraunhofer IESE mit den Experten ihrer Kunden an der Entwicklung innovativer Produkte. Dabei greifen sie auf modernste Systems- und Software-Enginee- ring-Ansätze zurück, die sie individuell an den Bedarf des Kunden anpassen. Auf Wunsch stellen sie ihren Kunden auch die Entwicklungsplattform inklusive der gesamten Werkzeugkette zur Verfügung. So lassen gesamten Werkzeugkette zur Verfügung. So lassen sich Innovationskraft und Effizienz in der aktuellen Entwicklung steigern. Und durch die gemeinsame Entwicklung steigern. Und durch die gemeinsame Arbeit in Kombination mit begleitenden Schulungen Arbeit in Kombination mit begleitenden Schulungen und Coaching wird Know-how wirksam und nach- haltig transferiert. Das gemeinsame Engineering mit dem Fraunhofer IESE ist also nicht nur eine Investi- tion in die Qualität und den Erfolg des aktuellen Pro- dukts oder Systems; es ist vielmehr eine nachhaltige Investition in den Erfolg und die Wertschöpfung des Unternehmens. Mit seinen über 150 Mitarbeitern bie- tet das Fraunhofer IESE Unternehmen jeder Branche und Größe Expertise und Anwendungskompetenz bei allen Fragen der Digitalen Transformation hinsichtlich autonomer und cyber-physischer Systeme sowie digi- taler Services. Das Fraunhofer IESE hat sich in den letzten Jahren zu einem weltweit führenden Kompetenzzentrum im Software und Systems Engineering entwickelt. Dies spiegelt sich auch in der Beteiligung des Instituts an vielen öffentlich geförderten Projekten und Industrie- projekten in Europa und weit darüber hinaus wider. Dazu gehören u.a.: Ecopetrol, Kolumbien ELCA Informatik AG, Schweiz John Deere, Deutschland & USA Fujitsu, Japan Hitachi, Japan Hospital Alemao Oswaldo Cruz, Brasilien Schindler, Schweiz Toyota, Belgien Toyota, Japan Projekt CrEST, EU Projekt DEIS, EU Projekt DEMETER, EU Projekt PROPHESY, EU Projekt Q-Rapids, EU Projekt SECREDAS, EU 8 0 8 0

IESE IM ÜBERBLICK AUTOMATISIERUNG IN PRODUKTION UND ANLAGENBAU AUTOMOTIVE UND NUTZFAHRZEUGE Ralf Pfreundschuh | Business Area Manager Telefon +49 631 6800-2270 ralf.pfreundschuh@iese.fraunhofer.de In diesem Geschäftsfeld bieten wir Ihnen zahlreiche Lösungen im Hinblick auf die Automatisierung Ihrer Produktion und Ihrer Produktionsprozesse: z Digitalisierung der Fertigungsprozesse für eine automatisierte Produktion z Wandelbare Produktion bis Losgröße 1 z Dokumentation von Produkten und Prozessen z Kürzere Fertigungszeiten durch optimierte Auto- matisierung Ralf Kalmar | Business Area Manager Telefon +49 631 6800-1603 ralf.kalmar@iese.fraunhofer.de Oliver Bleisinger | Business Area Manager Telefon +49 631 6800-2257 oliver.bleisinger@iese.fraunhofer.de In diesem Geschäftsfeld bieten wir Ihnen umfang- reiche Lösungen im Hinblick auf Softwaresysteme für die Automotive- und Nutzfahrzeugbranche: z Unabhängige Qualitätsanalysen und -assessments von Embedded Automotive Software und Archi- tekturen z Kostensenkung und Qualitätssteigerung in z (Gemeinsame) Entwicklung von Systemarchitek- Produktion und Anlagenbau z Live-Streaming von Fertigungsdaten z Effiziente Prozessüberwachung z Erhöhung der Produktivität z Ganzheitlicher Überblick über die Fertigung (Shop Floor und Office Floor) z Optimierung der Koordination und Effizienz zwischen IT und Fertigung turen und innovativen Produkten für Automotive und Nutzfahrzeuge z Kontrollierte Evaluierung und Pilotierung neuer Technologien im Automotive Software Enginee- ring z Kundenspezifische Prozess- und Toolberatung, empirische Validierung von Methoden und Toolketten z Virtuelle Inbetriebnahme in Maschinen- und z Schulungen, Workshops, Coaching für Software- Anlagenbau methoden im Systemkontext, wie z.B. Safety Engineering SOFTWARE & PLATFORM BUSINESS Michael Ochs | Business Area Manager Telefon +49 631 6800-1604 michael.ochs@iese.fraunhofer.de GESUNDHEITSWESEN Rolf van Lengen | Business Area Manager Telefon +49 631 6800-2103 rolf.van.lengen@iese.fraunhofer.de In diesem Geschäftsfeld unterstützen wir Sie bei der Entwicklung und Umsetzung digitaler Geschäftsmo- delle, angefangen beim digitalen Service über Digi- tale Ökosysteme bis hin zur Plattform für Ihr digitales Business: In diesem Geschäftsfeld entwerfen wir für Sie und mit Ihnen Ihr Digitales Ökosystem im Gesundheitswesen. Ziel ist es, mit vernetzten Geräten und Diensten die Behandlungsqualität für Ihre Patienten zu maximieren und langfristig Ihren Unternehmenserfolg zu sichern: z Innovation & Strategy – Entwurf Ihres Digitalen z Diagnostics & Optimization – Optimierung Ihrer Ökosystems z Diagnostics & Optimization – Optimierung Ihrer IT- und Softwareprozesse, Überarbeitung Ihrer Softwarearchitekturen und Verbesserung Ihrer User Experience z Engineering Support – Unterstützung bei der Konzeption Ihrer Software und Services und bei der Modernisierung Ihrer Softwaresysteme Softwareprozesse, -architekturen und User Experience z Engineering Support – innovative Lösungen für die Softwareentwicklung und systematische Um- setzung in die tägliche Praxis 8 1

IESE IM ÜBERBLICK STANDORTE FRAUNHOFER IESE KAISERSLAUTERN KONTAKTBÜRO BERLIN Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Fraunhofer-Platz 1 67663 Kaiserslautern Telefon +49 631 6800-0 www.iese.fraunhofer.de http://blog.iese.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE – Kontaktbüro Berlin Spreepalais, Anna-Louisa-Karsch-Straße 2 10178 Berlin Ihr Ansprechpartner: Gerald Swarat Telefon +49 171 3344883 berlin@iese.fraunhofer.de AUSGEWÄHLTE MITGLIEDSCHAFTEN / ALLIANZEN / NETZWERKE z bitkom e.V. www.bitkom.org Arbeitskreise: Arbeit 4.0, Projektmanagement, Qualitätsmanagement, Plattformen, Smart City/ Smart Region, Digitale Landwirtschaft, Digital Design, Open Data/Open API z DLG e.V. (Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft) www.dlg.org z Fraunhofer-Allianz Big Data und Künstliche Intelligenz www.bigdata.fraunhofer.de z Gesellschaft für Systems Engineering e.V. (GfSE) www.gfse.de Arbeitsgruppe System Architecture Framework z GI e.V. – Gesellschaft für Informatik www.gi.de Verschiedene Gruppen, u.a. Vorstands-Task Force »Data Science/Data Literacy«: www.gi.de/datascience z Fachgruppe Software-Messung und -Bewertung: https://fg-metriken.gi.de/ z ISERN – International Software Engineering Research Network https://isern.iese.de z Plattform Industrie 4.0 www.plattform-i40.de z ProSTEP ivip e.V. www.prostep.org z SIAK – Science & Innovation Alliance Kaiserslautern www.science-alliance.de z Softwareforen Leipzig www.softwareforen.de User Group Requirements Engineering z VDI – Verein Deutscher Ingenieure e.V. www.vdi.de z ZD.B (Zentrum Digitalisierung Bayern) – Plattform Digitales Landmanagement www.zentrum-digitalisierung.bayern 8 4

ORGANIGRAMM IESE IM ÜBERBLICK KURATORIUM WISSENSCHAFT Prof. Dr. John A. McDermid | University of York, York, UK Prof. Dr. Jürgen Nehmer | Fraunhofer IESE, Kaiserslautern Linda M. Northrop | Carnegie Mellon University | Pitts- burgh, USA Prof. Dr. Helmut Schmidt | Technische Universität Kaisers- lautern, Kaiserslautern WIRTSCHAFT Dr.-Ing. Reinhold E. Achatz | ThyssenKrupp AG, Essen Gerd Höfner | Siemens Healthcare Pvt. Ltd., Bangalore, Indien Harald Hönninger | Robert-Bosch GmbH, Renningen Dr. Ian Thomas | FUJITSU RunMyProcess, Paris, Frankreich ÖFFENTLICHE HAND RDin Stefanie Nauel | Ministerium für Wirtschaft, Verkehr, Landwirtschaft und Weinbau des Landes Rheinland-Pfalz, Mainz Dr. Carola Zimmermann | Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz, Mainz PRIVATES MITGLIED Renate Radon | Landau GÄSTE Dr. Matthias Nachtmann | BASF SE, AP/IS, Limburgerhof Prof. Dr. Adam Porter | Fraunhofer USA Center for Experi- mental Software Engineering CESE Maryland, Riverdale, USA 8 5

IESE IM ÜBERBLICK Die Fraunhofer-Gesellschaft Die Fraunhofer-Gesellschaft Die Wirkung der angewandten Forschung geht weit Die Wirkung der angewandten Forschung geht weit über den direkten Nutzen für die Auftraggeber hin über den direkten Nutzen für die Auftraggeber hin- aus: Fraunhofer-Institute stärken die Leistungsfähig- keit der Unternehmen, verbessern die Akzeptanz moderner Technik in der Gesellschaft und sorgen für die Aus- und Weiterbildung des dringend benötigten wissenschaftlich-technischen Nachwuchses. Hochmotivierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf dem Stand der aktuellen Spitzenforschung stellen für uns als Wissenschaftsorganisation den wichtigsten Er- folgsfaktor dar. Fraunhofer bietet daher die Möglich- keit zum selbstständigen, gestaltenden und zugleich zielorientierten Arbeiten und somit zur fachlichen und persönlichen Entwicklung, die zu anspruchsvol- len Positionen in den Instituten, an Hochschulen, in Wirtschaft und Gesellschaft befähigt. Studierenden eröffnen sich aufgrund der praxisnahen Ausbildung und des frühzeitigen Kontakts mit Auftraggebern hervorragende Einstiegs- und Entwicklungschancen in Unternehmen. Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer-Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer (1787–1826). Er war als For- scher, Erfinder und Unternehmer gleichermaßen er- folgreich. Der Mann hinter dem Namen: Joseph von Fraunhofer Die Fraunhofer-Gesellschaft mit Sitz in Deutschland ist Die Fraunhofer-Gesellschaft mit Sitz in Deutschland ist die weltweit führende Organisation für anwendungs- die weltweit führende Organisation für anwendungs orientierte Forschung. Mit ihrer Fokussierung auf zu orientierte Forschung. Mit ihrer Fokussierung auf zu- kunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die kunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Indust- Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Indust rie spielt sie eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. rie spielt sie eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Sie ist Wegweiser und Impulsgeber für innovative Sie ist Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz. Mit Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz. Mit inspirierenden Ideen und nachhaltigen wissenschaft inspirierenden Ideen und nachhaltigen wissenschaft- lich-technologischen Lösungen fördert die Fraunho lich-technologischen Lösungen fördert die Fraunho- fer-Gesellschaft Wissenschaft und Wirtschaft und fer-Gesellschaft Wissenschaft und Wirtschaft und wirkt mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und wirkt mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft. Interdisziplinäre Forschungsteams der Fraunhofer-Ge- sellschaft setzen gemeinsam mit Vertragspartnern aus Wirtschaft und öffentlicher Hand originäre Ideen in Innovationen um, koordinieren und realisieren sys- temrelevante, forschungspolitische Schlüsselprojekte und stärken mit werteorientierter Wertschöpfung die deutsche und europäische Wirtschaft. Internationale Kooperationen mit exzellenten Forschungspartnern und Unternehmen weltweit sorgen für einen direkten Austausch mit den einflussreichsten Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen. Die 1949 gegründete Organisation betreibt in Deutschland derzeit 74 Institute und Forschungsein- richtungen. Rund 28 000 Mitarbeiterinnen und Mit- arbeiter, überwiegend mit natur- oder ingenieurwis- senschaftlicher Ausbildung, erarbeiten das jährliche Forschungsvolumen von 2,8 Milliarden Euro. Davon fallen 2,3 Milliarden Euro auf den Leistungsbereich Vertragsforschung. Rund 70 Prozent davon erwirt- schaftet Fraunhofer mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten. Rund 30 Prozent steuern Bund und Länder als Grund- finanzierung bei, damit die Institute schon heute Problemlösungen entwickeln können, die in einigen Jahren für Wirtschaft und Gesellschaft entscheidend wichtig werden. 8 6 8 6

Projektförderkennzeichen BaSys 4.2 | www.basys40.de Förderkennzeichen 01IS19022A (BMBF) DEIS | www.deis-project.eu Förderkennzeichen 732242 (EU Horizon 2020) Demeter | http://h2020-demeter.eu Förderkennzeichen 857202 (EU Horizon 2020) Designetz | www.designetz.de Förderkennzeichen 03SIN231 (BMWi) Digitale Dörfer | www.digitale-doerfer.de Förderkennzeichen 56:382 Digitale Dörfer (Ministerium des Innern, für Sport und Infra- struktur des Landes Rheinland-Pfalz) Digitale Teams | www.digitale-teams.de Förderkennzeichen 01MD18007C (BMBF) FabOS | www.fab-os.org Förderkennzeichen 01MK20010A (BMWi) KI in Mittelstädten | Förderkennzeichen 20192793/9110541 (TU Kaiserslautern) MInD Förderkennzeichen 15414 – 52 207 – 2/43 (Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz Redaktion Dipl.-Kauffrau Claudia Reis (verantw.) Nina Hahnel, M.A. Larissa Theis, M.A. Lektorat und Übersetzung Dipl.-Dolm. Sonnhild Namingha Layout und Satz Julia Kirch, M.A. David Kurz Berit Rickes Dipl.-Betriebswirt (BA) Stephan Thiel Druck Kerker Druck GmbH, Kaiserslautern Reallabor Pfaff Pfaff-Quartier, EnergieIKT 03SBE112D (BMWi) Pfaff-Quartier, SozioMob 03SBE112G (BMBF) SECREDAS | www.ecsel.eu/projects/secredas Förderkennzeichen 16ESE0318 (VDI), 783119 (EU ECSEL) Smart tau Hus | www.smart-tau-hus.de Förderkennzeichen 221-029-Hi-19 (Ministerium für Land- wirtschaft und Umwelt Mecklenburg-Vorpommern) TrUSD | www.trusd-projekt.de Förderkennzeichen 16KIS0898 (BMBF) ViTAWiN | www.vitawin.info Förderkennzeichen 01PV18006P (BMBF) Bildquellen / Fotografinnen & Fotografen Fraunhofer IESE: Jasmin Awan | Birgit Buck | Andrea Hufen | David Kurz Sonstige: S. 19: ©iStock.com/Diy13 | S. 20: Robert Bosch GmbH | S. 23: ©iStock.com/Melpomenem | S. 24: Sick AG | S. 28: ©iStock.com/abadonian | S. 32: ©iStock.com/ wundervisuals | S. 44: ©iStock.com/Rick-Jo | S. 58: ©iStock.com/PrathanChorruangsak | S. 61: KL.digital | S. 84: Andreas Eitel | S. 86: Fraunhofer-Gesellschaft Ihre Ansprechpartnerin für PR und Marketing Claudia Reis Teamleitung Unternehmenskom- munikation | Technologiemarketing Telefon +49 631 6800-0 presse@iese.fraunhofer.de www.iese.fraunhofer.de 8 7

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