Von Embedded Chips zum Internet der Dinge
Die rund 300 Mitarbeiter des CT-Clusters Software, Security & Systems (CT T SSS) unterstützen dabei die Siemens-Sektoren mit neuen Methoden und Technologien und beraten sie bei der Entwicklung. Im Vordergrund stehen dabei der gesamte Lebenszyklus und die Zukunftssicherheit eines Produkts.
Über das Internet werden vor allem Daten zwischen Computern ausgetauscht. Diese Netzwerke sind jedoch kaum mit der physischen Welt verknüpft. Das dürfte sich bald ändern, denn schon jetzt sind viele Alltagsgegenstände mit Mikrochips ausgestattet, die beispielsweise Waschmaschinen, Teilsysteme von Autos oder Maschinen in Fabrikanlagen steuern. Künftig werden auch viele dieser Geräte miteinander kommunizieren und Informationen austauschen können. So könnte etwa die Waschmaschine den Strom markt beobachten und erst dann starten, wenn der Preis günstig ist. Und in der Logistik wären Pakete von Vorteil, die in Echtzeit „wissen“, wo sie sich gerade befinden.
In diesem Internet der Dinge werden die digitale und die physikalische Welt verknüpft. Dabei spielt Software eine große Rolle. Sie steuert nicht nur die Systeme – seien es Kraftwerke, Industrieanlagen oder medizinische Geräte –, sondern sie begleitet auch die gesamte Wertschöpfungskette von Produkten: vom Design über die Fertigungsplanung bis zur Bedienoberfläche im Betrieb oder späteren Dienstleistungen bei der Wartung.
Eine der wichtigsten Herausforderungen für die CT-Forscher besteht deshalb darin, das Zusammenspiel von Software, Mechanik und Elektronik zu perfektionieren. Eine effiziente Entwicklung ohne Medienbrüche sowie Zuverlässigkeit, Sicherheit und Qualität der Software werden zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor.
Sicherer Datenaustausch
Zum Internet der Dinge gehört die Integration der Daten öffentlicher Verkehrssysteme ebenso wie die von Kraftwerken und dezentralen Energieversorgungssystemen. Beispielsweise könnten die Elektroautos der Zukunft mit den Outlook-Kalendern ihrer Besitzer kommunizieren und schon vor Fahrtbeginn wissen, wie weit und wohin sie fahren müssen. Solche Anforderungen könnten schon im Voraus an Stromtankstellen weitergegeben werden, die dann bei Energieerzeugern im Umkreis „anfragen“, wer wann wie viel Energie liefern kann. Damit ließe sich beispielsweise eine Überlastung der Netze vermeiden und Strom zu günstigen Konditionen bereitstellen. Wichtig hierfür ist eine vernetzte Kommunikation, die vor allem auch dem Datenschutz Rechnung tragen muss – die Daten müssen verschlüsselt werden, um zu verhindern, dass Unbefugte die Informationen nutzen oder manipulieren können.
Eine weitere Aufgabe ist, die vorhandenen Ressourcen, etwa Rechner, Material, auch Personal, durch IT-Systeme optimal zu koordinieren. Heute setzt sich die IT-Landschaft aus den unterschiedlichsten Anwendungen, Plattformen und vielen Datenbanken zusammen. Nebeneinander existieren verschiedene Systeme mit unterschiedlichen Lebenszyklen und Produktversionen, Client-Server-Anwendungen und webbasierte Technologien, die oft inkompatibel sind und redundante Funktionen anbieten.
Ideal wäre eine IT-Umgebung, in der die Komponenten aller Anwendungen nahtlos ineinander greifen. Das ist machbar mit einheitlichen Schnittstellen zwischen den Komponenten, die auf offenen Standards basieren. Damit würden die Kosten sinken, Qualität und Flexibilität nähmen trotz steigender Ansprüche der Benutzer zu. Nötig dafür ist vor allem eine offene, Service-orientierte Architektur (SoA).
Die SSS-Experten optimieren Bedienoberflächen von Produkten wie Syngo.via, sichern Software mit Crypto-Chips und wehren Cyber-Angriffe ab.
Holonische Integration
Deshalb ist ein strategischer Schwerpunkt des Clusters SSS interne und externe Anforderungen an Anwendungsprogramme für Geschäftsprozesse und Produktion zu integrieren. Auf Basis der Service-orientierten Architektur können nun Subsysteme zu einem großen System verschmelzen, das einen deutlich höheren Leistungsumfang bietet. Mit diesem von den Forschern als „holonische Integration“ bezeichneten Konzept ließen sich etwa die IT-Kosten eindämmen und eine höhere Flexibilität erreichen. Ebenso wären eine hohe Konsistenz der Kommunikation sowie die Integration von Dienstleitungen sowie Synergien zwischen den Anwendungen möglich. Basis dafür wären autonome, selbstständig agierende Einheiten – Roboter und Software-Agenten gehören auch dazu – statt hierarchisch organisierter Systeme.
Die Forscher untersuchen daher, wie die holonische Integration auf eingebettete Systeme angewendet werden könnte, ohne dass Zuverlässigkeit oder Echtzeitverfügbarkeit darunter leiden. Die EU hat dazu das Forschungsprogramm NESSI (Networked European Software and Services Initiative) aufgesetzt. CT ist daran beteiligt und konzentriert sich auf Themen wie 3D-Welten, Cloud Computing und SoA4PLM („SoA for Product Lifecycle Management“).
Einfache und intuitive Bedienung
Benutzerfreundliche Bedienoberflächen sind ein weiterer Schlüssel zum Erfolg von Produkten und Systemlösungen aller Art. Integriert in die Marketing- und Entwicklungsprozesse der Siemens-Sektoren analysieren die CT-Experten die Anforderungen von Endnutzern und gestalten Interaktionskonzepte und das visuelle Design: bei Zug-Cockpits ebenso wie bei Waschmaschinen, Medizingeräten, Leitsystemen für Kraftwerke oder Automatisierungsanlagen.
Bei der Gestaltung der Schnittstellen (User Interfaces) beschäftigen sich die Forscher mit der Aufgaben-/Workflow-Orientierung. Hier heißt der Trend: Kunst des Verzichts. Die Modellierung des Arbeitsablaufs – das reicht bis zu einzelnen Aufgaben des Anwenders – reduziert die Schnittstelle auf das Wesentliche, sie lässt sich dadurch auch wesentlich besser bedienen. Solche User Interfaces halten den Anforderungen verschiedener Märkte und wechselnder Randbedingungen besser stand als ein Ansatz, bei dem es darum geht, möglichst viele Funktionen zu integrieren. Darüber hinaus erstellen die Siemens-Experten Software-Funktionen als Prototypen und prüfen diese in Bedienbarkeitstests.
Ein Erfolgsbeispiel für eine optimale Bedienoberfläche ist die neue Plattform für alle bildgebenden Verfahren Syngo.via für den Sektor Healthcare. Syngo.via reduziert die Bearbeitungszeiten drastisch, in dem sie passend zur jeweiligen Aufgabe, die Bilder für den Arzt aufbereitet und in einer optimierten Screenaufteilung mit den geeigneten Werkzeugen zur Verfügung stellt. Die konsequente Ausrichtung an den Arbeitsabläufen der Ärzte und die intelligente Datenaufbereitung mit einer einheitlichen Oberfläche überzeugte die Jury des if-Design-Awards: Sie zeichnete das User Interface im September 2010 mit dem if-Design-Preis aus.
| PLM Technology Center |
| Bei der Entwicklung von Produkten entstehen viele Lösungen mit Hilfe digitaler Werkzeuge virtuell am Computer und unter Mitwirkung von Lieferanten und Kunden. Daraus ergibt sich eine enorme Vielfalt ineinander greifender Prozesse: vom Innovations- und Anforderungsmanagement über Design, Simulation, Fertigung und Test bis zu Wartung und eventuellem Recycling. Lösungen dafür werden unter dem Stichwort Product Lifecycle Management (PLM) zusammengefasst. Bereits im Jahr 2008 nahm CT in München ein „PLM Technology Center“ in Betrieb. Damit wird das PLM-Know-how der verschiedenen CT-Teams gebündelt – das Spektrum reicht von der Software-Architektur bis zum virtuellen Design, von der Fabrikoptimierung bis zu Visualisierungstechniken und optimierten Bedienoberflächen. Außerdem werden Best-Practice- Lösungen sowie Zukunftstrends aufgezeigt. Das können spezielle Fernwartungsdienste sein, ein durchgehender digitaler Entwicklungsprozess oder auch eine optimierte Lösung, um virtuelle Produkte in die reale Welt zu integrieren. Ebenso lassen sich damit auch der Ressourcen- und Energieverbrauch optimieren – damit die Produkte die Anforderungen an die Nachhaltigkeit erfüllen können. |