Prozessorientiertes Facility Management in verteilten Umgebungen. Process Oriented Facility Management in Distributed Environments

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1 Prozessorientiertes Facility Management in verteilten Umgebungen Process Oriented Facility Management in Distributed Environments Kurzfassung und Thesen Abstract and Theses Zu der von der Fakultät Bauingenieurwesen der Technischen Universität Dresden zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigten Dissertation Vorgelegt von Dipl.-Ing. Carsten Karkola geboren am 27. April 1969 in Leipzig Gutachter: apl. Doz. Dr.-Ing. Barbara Hauptenbuchner Prof. Dr. Andreas Hilbert Prof. Dr. Danijel Rebolj Tag der Verteidigung: 9. Dezember 2005

2 Kurzfassung Der Begriff Facility Management bezeichnet eine Facette des unternehmerischen Managements, die es zum Ziel hat, die unternehmerischen Aktivitäten durch die Bereitstellung von Infrastruktur, Technologien und Diensten zu unterstützen und umfaßt den gesamten Lebenszyklus einer baulichen Anlage. Eine Einbettung von Facility Management in die laufenden Prozesse eines Unternehmens oder eines Unternehmensverbundes wird durch die Einführung eines leistungsfähigen, flexiblen und zukunftssicheren Computer Aided Facility Management Systems wesentlich unterstützt. Allerdings haben sich auf diesem Gebiet noch keine durchgängigen Standards etabliert, mit hohem Aufwand angepaßte Einzellösungen sind die Regel, verletzen aber die Forderung nach Investitionssicherheit unabhängig von den proprietären Speziallösungen einzelner Hersteller. Eine Analyse vorhandener Geschäftsstandards zeigt, daß diese Ansätze nur teilweise dazu geeignet sind, die vorhandenen Insellösungen in einem virtuellen Unternehmensverbund miteinander zu kombinieren, um einen tragfähigen Architekturansatz für ein prozeßorientiertes Facility Management zu schaffen. Dabei darf die Kommunikation nicht auf den reinen Datenaustausch reduziert werden, sondern nur stabile Schnittstellendefinitionen und exakt spezifizierte Dokumentenformate können zu einer durchgehenden Lösung führen. Um diesen Ansatz für Entwickler und Endanwender in den Phasen des Entwurfs, der Implementierung und Wartung gleichermaßen transparent zu gestalten, ist eine gemeinsame Begriffswelt notwendig, der Einsatz der Unified Modeling Language erweist sich dabei als erfolgversprechend. Die konkreten Modelle mit den enthaltenen Typen und deren Beziehungen zueinander werden über Metamodelle beschrieben. Der Einsatz von XML als Mittel zum Datenaustausch zwischen den einzelnen Komponenten und zur Beschreibung der Metamodelle garantiert eine flexible und zukunftssichere Entwicklungsgrundlage. Im Rahmen der Arbeit wird auf der Basis von Anwendungsfällen die Konzeption für ein Framework mit Kernkomponenten zum prozeßorientierten Facility Management in verteilten Umgebungen entworfen. Das vom Autor konzipierte Framework Simplix integriert Metamodelle zur Beschreibung konkreter Daten-, Workflow- und Zugriffsschemata. Die dazu geplanten Module werden in eine komponentenbasierte Architektur eingebettet, um eine größtmögliche Flexibilität beim Einsatz in heterogenen IT-Umgebungen zu erzielen. Das Framework Simplix umfaßt vier Kernkomponenten. Der SchemaService beschreibt die konkreten Produktmodelle, die zugehörigen Prozesse werden über den WorkflowService abgebildet. Die Realisierung der Mechanismen zur Zugriffskontrolle werden vom SecurityService übernommen. Der Austausch von Workflow-Nachrichten mit den gekapselten Projektdaten erfolgt über den ExchangeService in XML. Der vorgestellte Ansatz setzt auf die Integration vorhandener Geschäfts- und IT-Standards. Der Entwurf der vier Kernkomponenten beschreibt eine Möglichkeit der Standardisierung im CAFM-Sektor, die losgelöst von herkömmlichen Export-/Import-Szenarios funktioniert und nur die relevanten Daten über Prozesse verknüpft: - Reduzierung der Komplexität herkömmlicher Produktmodelle durch eine Standardisierung über Metamodelle, die eigentlichen Produkt- und Prozeßmodelle können für die Endanwender entworfen und an deren Begriffswelt angepaßt werden - Unterstützung der Ad-Hoc-Manipulation von konkreten Produkt- und Prozeßmodellen, nur dadurch kann eine Integration verschiedener Begriffswelten erreicht werden - der Einsatz standardisierter Techniken im Entwurf und dem Design ermöglicht eine schnelle technische Umsetzung der einzelnen Dienste gerade bei der im CAFM immer notwendigen Einbindung von Fremdsoftware - auf Grund einer klaren Schnittstellenspezifikation können externe Serviceangebote für einzelne Dienste erstellt und genutzt werden, der durchgehende Einsatz von XML ermöglicht eine effektive Langzeitdatenhaltung in einem standardisierten, selbstbeschreibenden Format

3 Thesen 1. Neben den traditionellen Gebieten des computergestützten Arbeitens im Bauwesen hat sich das Facility Management zu einer festen Größe entwickelt. Obwohl dieser Fachbereich eng mit den Prozessen im Entwurf, der Fachplanung und der Bauausführung verknüpft ist, werden die Erfordernisse des Facility Managements nicht in diesen Kontext eingebunden. 2. Die Kommunikation in den einzelnen Entwurfsphasen und in den Phasen der parallel einsetzenden Bauwerksbewirtschaftung wird nur auf die Belange des Datenaustauschs reduziert, ein durchgehender Prozeßgedanke fehlt. Eine erfolgreiche Integration der Informationen in die eigentlichen Geschäftsprozesse schlägt deshalb fehl. 3. Der Aufbau eines prozeßorientierten Facility Management Systems ist ohne EDV-Unterstützung nicht zu realisieren. Eine erfolgreiche Implementierung ist nur über die Schaffung einer einheitlichen Begriffswelt zu realisieren. Voraussetzung ist die Anwendung standardisierter Entwurfsmethoden, wie sie mit der UML geboten werden. 4. Bei der Umsetzung der komplexen Anforderungen im Computer Aided Facility Management spielen Verteilungsaspekte eine besondere Rolle, da Facility Management in der Regel nicht auf ein einzelnes Unternehmen beschränkt ist, sondern sich den Herausforderungen virtueller Unternehmensstrukturen stellen muß. Dazu sind komponentenorientierte Architekturen hervorragend geeignet. 5. Existierende Geschäftsstandards sind nicht in der Lage, das Zusammenspiel einzelner Bereiche des Facility Managements effektiv abzubilden. Die von der ISO oder der International Alliance for Interoperability vorgelegten Standards sind bisher nur wenig verbreitet. 6. Eine verteilte Dokumenten- und Datenverwaltung kann nur mit selbstbeschreibenden und erweiterbaren Sprachmitteln realisiert werden. Die Extensible Markup Language (XML) ist ein allgemein akzeptierter Ansatz, der eine Basis für die Beschreibung von Dokumenten- und Austauschformaten bildet. 7. Die Beschreibung von Standards im prozeßorientierten Facility Management kann nur über Metamodelle realisiert werden, die Typen, Beziehungen zwischen den Typen, deren Attribute und Methoden definieren. Die Metamodelle werden für die gewünschten Anwendungsdomainen entworfen und bilden die Regeln für die eigentlichen Produktund Prozeßmodelle. 8. Mit der Definition von Schnittstellen, die auf die jeweiligen Metamodelle abgestimmt sind, wird die Kommunikation der einzelnen Komponenten über Systemgrenzen hinweg ermöglicht. Dabei werden keine Festlegungen über die zugrundeliegenden Protokolle getroffen. Als Datenformat steht aber immer eine Repräsentation in XML zur Verfügung. 9. Eine einzelne Kernkomponente des vom Autor konzipierten Frameworks Simplix wird über ein XML-Metamodell beschrieben, alle Methoden zur Bearbeitung des Metamodells und der über das Metamodell beschriebenen Produkt- oder Prozeßdaten sind über Schnittstellen definiert. 10. Zur Umsetzung der vier Kernkomponenten SecurityService, SchemaService, Workflow- Service und ExchangeService wird in Simplix eine komponentenbasierte Architektur auf der Basis von Enterprise Java Beans vorgeschlagen. Weitere Anwendungskomponenten greifen nur über die definierten Schnittstellen zu oder nutzen die korrespondierenden XML-Nachrichten.

4 Abstract The term Facility Management describes one part of business management with the goal of supporting the management activities through the delivery of infrastructure, technology and services. It covers the whole life cycle of a structural facility. An integration of facility management in the active processes of an enterprise or an enterprise group will be substantially supported by the introduction of an efficient, flexible and future-safe computer aided facility management system. But still no universal standards were established in this area. With high expenditure adapted single solutions are the rule, harm however the demand for a save investment independently of proprietary special solutions of individual manufacturers. An analysis of existing business standards shows that these solutions are suitable only partly for combining the existing isolated solutions in a virtual enterprise group in order to create a sustainable architectural approach for a process oriented facility management. In doing so the communication must not be reduced to pure data exchange, but only stable interface definitions and accurately specified document formats can lead to a continuous solution. In order to make these solutions for developers and end users in the phases of the design, the implementation and maintenance equally clear, a common vocabulary of concepts is necessary. The usage of the Unified Modeling Language gives thereby a promising basis. The concrete models with the contained types and their relations to each other are described over meta models. The usage of XML as means to data exchange between the individual components and for the description of the meta models guarantees a flexible and future-safe development basis. In the context of the work based on use cases the conception for a framework with core components for process oriented facility management in distributed environments is designed. The framework Simplix conceived by the author integrates meta models for the description of concrete data, workflow and access schemes. The designed modules are embedded into a component-based architecture, in order to obtain a greatest possible flexibility for the deployment in heterogeneous IT environments. The framework Simplix covers four core components. The SchemaService describes the concrete product models, the associated processes are represented by the WorkflowService. The realization of the access rules is realized by the SecurityService. The exchange of workflow messages with the encapsulated project data is done by the ExchangeService in XML. The presented design focuses on the integration of existing business and IT standards. The design of the four core components describes a possibility of standardization in the area of CAFM, which connects only the relevant data over processes detached from conventional export/import scenarios: - Reduction of the complexity of conventional product models by a standardization over meta models, the actual product and process models can be designed for end users and to their vocabulary of concepts adapted - Support of the Ad-Hoc-manipulation of concrete product and process models, only thereby can be achieved an integration of different vocabulary of concepts - The usage of standardized methods in the analysis and design phases makes a fast technical implementation of the individual services possible, especially during the integration of external software systems as always necessary in the CAFM sector - Due to a clear interface specification external offers for individual services can be provided and used, the continuous use of XML makes an effective long-term data storage in a standardized, self-describing language possible

5 Theses 1. In addition to the traditional areas of computer aided working in the building industry, facility management has developed to a serious subject. Although this area is closely coupled with the processes in the design, the special planning and the management of the construction in progress, the requirements of facility management are not merged into this context. 2. Communication in the individual design phases and in the phases of the synchronous starting building management is only reduced to the interests of data exchange, a continuous process thought is missing. A successful integration of the information into the actual business processes therefore fails. 3. The design of a process oriented facility management system is not to be realized without IT support. A successful implementation can only be realized with the creation of a uniform vocabulary of concepts. A condition is the usage of standardized design methods, how they are offered with the UML. 4. During the implementation of the complex requirements in the computer aided facility management aspects of distribution play a special role, since facility management is usually not limited to an individual enterprise, but it has to meet the challenges of virtual enterprise groups. For this purpose component oriented architectures are especially suitable. 5. Existent business standards are not suitable to represent the interaction of individual parts of the facility managements effectively. The standards submitted by the ISO or by the International Alliance for Interoperability are few common. 6. A distributed document and data management can only be realized with self-describing and extensible languages. The Extensible Markup Language (XML) is a generally accepted effort, which forms a basis for the description of document and exchange formats. 7. The description of standards in the process oriented facility management can only be realized over meta models, which define types, relations between the types, whose attributes and methods. The meta models are designed for the desired application domains and form the rules for the actual product and processing models. 8. With the definition of interfaces, which correspond with the respective meta models, the communication of the individual components across systems is made possible. Thereby no definitions about the underlying protocols are made. A XML representation is always available as data format. 9. An individual core component in the framework Simplix conceived by the author is described over a XML meta model, all methods for the handling of the meta model and the by the meta model described product or process data are defined in interfaces. 10. For the implementation of the four core components SecurityService, SchemaService, WorkflowService and ExchangeService a component based architecture based on Enterprise Java Beans is suggested in Simplix. Further application components have access only over the defined interfaces or use the correspondent XML messages.

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