Spektrum Organ der Gesellschaft für Informatik e.v. und mit ihr assoziierter Organisationen

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2 INHALT Informatik Band 34 Heft 1 Februar 2011 Spektrum Organ der Gesellschaft für Informatik e.v. und mit ihr assoziierter Organisationen EDITORIAL M. Broy, K. H. Mühleck, D. Taubner 1 Informatik in der Automobilindustrie MITTEILUNGEN 6 Mitteilungen der Gesellschaft für Informatik 207. Folge HAUPTBEITRÄGE A. Katzenbach, H.-P. Steiert 7 Engineering-IT in der Automobilindustrie Wege in die Zukunft R. Stark, H. Hayka, J.H. Israel, M. Kim, P. Müller, U. Völlinger 20 Virtuelle Produktentstehung in der Automobilindustrie K. H. Mühleck, W. Hackenberg 29 Universelles SAP-Template als Schlüssel zur Standardfabrik S. Bauer 38 Das vernetzte Fahrzeug Herausforderungen für die IT M. Broy, G. Reichart, L. Rothhardt 42 Architekturen softwarebasierter Funktionen im Fahrzeug: von den Anforderungen zur Umsetzung E. Henkel, M. Ober, D. Taubner 60 Erfahrungen mit Lean-Konzepten im Management von Softwareprojekten J. Bross, M. Kohnen, P. Schilf, C. Meinel 71 Vier Jahre Docu-blogging im IT-Gipfel-Prozess der Bundesregierung AKTUELLES SCHLAGWORT S. Bunzel 79 AUTOSAR the Standardized Software Architecture DUECK-β -INSIDE G. Dueck 84 Automotivierte IT STUDENT S CORNER R. Bröcker, J. Tiemeyer 90 Relationale Cloud-Datenbanken, ein aktueller Vergleich FORUM 99 Andreas Pfitzmann, /Rüdiger Dierstein, /Datenmacht/ Dagstuhl Manifesto/Gewissensbits Wie würden Sie urteilen?/zum Titelbild 109 High Dynamic Range (HDR) image-based lighting system MITTEILUNGEN 110 Mitteilungen der Gesellschaft für Informatik 207. Folge Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der GI/Aus den GI-Gliederungen/ Tagungsankündigungen/LNI-Neuerscheinungen 115 GI-Veranstaltungskalender 116 SI-Mitteilungen 123

3 EDITORIAL} Prof. Dr. Manfred Broy Klaus Hardy Mühleck Dr. Dirk Taubner Informatik in der Automobilindustrie Die Automobilindustrie ist Schlüsselindustrie für Deutschland. Insbesondere im Premiumsegment sind deutsche Automobilhersteller weltweit führend. Die Wertschöpfung von Elektrik/Elektronik und damit auch von Software ist im Automobil-Premiumsegment besonders hoch bei weiter steigender Tendenz. Innovation und Wettbewerbsdifferenzierung neuer Autos erfolgen verstärkt durch softwarebasierte Funktionen. Die Beherrschung der Informatik wird damit auch für die Automobilindustrie Schlüssel für den Erfolg. Dabei spielt die Informatik nicht nur im Auto, sondern auch im Entwicklungs-, Produktions- und Vertriebsprozess also in Verwaltung und Fabrik eine umfassende Rolle. Salopp gesagt ist hier Informatik überall. Das vorliegende Themenheft möchte die Aufmerksamkeit der Leser auf dieses hochinteressante Anwendungsgebiet lenken und die Bedeutung von bestimmten Informatikkonzepten hervorheben. Natürlich kann dieses Heft nicht flächendeckend die Informatik in der Automobilindustrie darstellen. Es möchte aber schlaglichtartig einige Highlights als Beispiele vorstellen. Strukturierung des Anwendungsgebiets Wir stützen uns auf die in Abb. 1 gezeigte Strukturierung des Anwendungsgebiets. Dabei verwenden wir die Sicht des Automobilherstellers, im Jargon OEM (Original-Equipment-Manufacturer) genannt, auf seine Prozesse und das Produkt Fahrzeug. Nicht in dieser Sicht enthalten sind die Zulieferer. Die Geschäftsprozesse auf oberster Ebene sind gleichzeitig Grundstruktur für die Aufbauorganisation eines Herstellers. Die Entwicklung reicht von Entwurf und Konstruktion bis zur Absicherung der Baubarkeit. Die Fertigung entspricht der eigentlichen Produktion der Fahrzeuge in den Werken einschließlich der erforderlichen Lieferkettenlogistik. Der Vertrieb umfasst Marketing, Volumenplanung, Distribution und den Fahrzeugverkauf durch die Händler. Der Service beinhaltet sämtliche Prozesse für den Kunden nach dem Verkauf, insbesondere Gewährleistung, Werkstattdienst, Ersatzteilverkauf und sonstige Zusatzdienste. Abb. 1 Strukturierung des Anwendungsgebiets Automotive DOI /s Informatik_Spektrum_34_1_2011 1

4 { EDITORIAL Abb. 2 OEM-Bezeichner der Geschäftsprozesse auf oberster Ebene Steuerung und Verwaltung bezeichnen die klassischen, querschnittlichen Aufgabengebiete für Personal, Finanzbuchhaltung, Controlling und generelle Dienste. Bereits die Geschäftsprozesse dieser obersten Ebene besitzen bei den verschiedenen Herstellern spezifische Bezeichnungen. Abbildung 2 nennt sie exemplarisch für drei deutsche OEMs und aus Sicht von SAP. Eine weitere Verfeinerung ist natürlich für die Gestaltung dieser Landschaft zwingend, ist aber sehr herstellerspezifisch und führt schnell zu großen Landkarten mit mehreren hundert oder gar tausenden Systemen und Artefakten. Seit etwa 40 Jahren wird auch das Fahrzeug selbst zunehmend mit elektrischer Steuerung (Stichwort Kabelbaum), mit Elektronik (Steuerelemente) und mit umfangreicher Software bestückt (Stichwort E/E-Architektur, Bordnetz). Das hat Auswirkungen auf den Entwicklungs-, Fertigungs- und Serviceprozess, da diese Komponenten und dargestellten Funktionen geeignet entworfen, mit Software betankt und aktualisiert werden müssen. Die Software im Fahrzeug strukturiert sich dabei grob wie in Abb. 3 dargestellt. Zusätzlich hat jeder Automobilhersteller eine Bank. Sie dient primär zur Fahrzeugfinanzierung für die Kunden. Die Verbindung von Bank- und Versicherungsangeboten bei Vertrieb und Service wird jedoch für Automobilhersteller zunehmend wichtiger für ein Angebot von Paketen aus Fahrzeug und zugehörigen Dienstleistungen wie Leasingverträge, Wartungsverträge oder allgemeiner gesprochen Mobilitätsdienste. Dies stellt entsprechend neue Anforderungen an die Integration der IT-Systeme. Die Struktur der Software, wie wir sie in heutigen Fahrzeugen finden, ist einerseits stark geprägt durch die Hardware-Struktur und die IT-Architektur des Fahrzeugs und andererseits durch die auf Basis von Software realisierte Funktionalität. Die IT-Struktur der Fahrzeuge besteht aus dem Bordnetz mit einer inzwischen erstaunlich hohen Anzahl von bis zu 100 Steuergeräten in Premiumfahrzeugen. Auf diesen Steuergeräten läuft eine Schicht von Systemsoftware, die aus Betriebssystem, einer Reihe von Systemdiensten und Laufzeitdiensten besteht. Wesentlich sind dabei die Dienste für die Ansteuerungen für Kommunikationseinrichtungen wie Bussysteme, aber auch für die Sensoren und Aktuatoren. Hier findet sich eine starke Tendenz zur Standardisierung, wie sie insbesondere durch den AUTOSAR-Ansatz vorgegeben wird. Abb. 3 Struktur der Software im Fahrzeug 2 Informatik_Spektrum_34_1_2011

5 Auf den Systemsoftwareschichten der Plattform läuft dann die Applikationssoftware, die die unterschiedlichsten Funktionen im Fahrzeug realisiert und steuert. Je nach dem, wie man Funktionen genau zählt, bieten heutige Premiumfahrzeuge bis zu 4000 Funktionen und mehr, die sich auf Software abstützen. Die Applikationsdomänen dieser Softwarefunktionen spannen sich über ein großes Spektrum, angefangen von den eher technischen Funktionen wie Motormanagement, Steuerung des Antriebstrangs, der Bremsen und der Stabilität, über weitergehende Assistenzfunktionen bis hin zu Komfortfunktionen wie adaptive Geschwindigkeitsregelung. Daneben findet sich eine Vielzahl von Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise die Airbags, aber auch der weite Bereich der Schließung und nicht zuletzt das Infotainment, das einen ganz eigenen Bereich bildet und heute umfangreiche Software fordert, angefangen von der Navigation, der Unterhaltung bis zum Steuern der externen Kommunikation. Weitere wichtige Bereiche sind Komfortfunktionen wie Klimaanlage oder das Personalisieren der Fahrzeuge für den Fahrer durch Sitzverstellung. Ein wesentlicher Anteil, der sich nicht unmittelbar auf Fahrer und Nutzer der Fahrzeuge richtet, sondern auf die Wartung, liegt im Bereich der Diagnose und Wartung. Große Anstrengungen werden zur Zeit unternommen, die IT-Architektur der Fahrzeuge noch systematischer nachzubilden, insbesondere auch die Softwarearchitektur, um hier eine Komplexitätsreduktion, eine Kostenminimierung durch Wiederverwendung und eine bessere Beherrschung der Systeme zu erreichen. Motiviert wird das nicht zuletzt auch durch neuere Sicherheitsnormen wie die ISO Veränderungen des IT-Marktes Insgesamt ist in den letzten zehn Jahren eine starke Industrialisierung des IT-Marktes zu beobachten. Das gilt nicht nur für Anwendungen der Automobilindustrie, sondern generell. Allerdings dient der Reflektion über das Phänomen der Industrialisierung die Automobilindustrie mit ihrem sehr hohen Reifegrad immer wieder als Feld für Analogien und als Vorlage für Ideen. Zudem tragen die Automobilhersteller mit Ihrer ausgewiesenen Kompetenz im Komponieren von Produkten aus Komponenten, in der Steuerung von Lieferanten und nicht zuletzt in der Professionalisierung des Einkaufs ganz maßgeblich zur tatsächlichen Industrialisierung des IT-Marktes bei. Abbildung 4 skizziert in einem groben Bogen die letzten zehn Jahre des IT-Marktes. Während früher überwiegend Systeme für die Automatisierung von Verwaltung, Entwurf, Produktion und Vertrieb im Fokus standen, wird in den letzten Jahren die IT im Fahrzeug selbst bei Steuerung und Infotainment immer wichtiger. Ebenfalls zu beobach- Abb. 4 Entwicklung des IT-Marktes in der Automobilindustrie Informatik_Spektrum_34_1_2011 3

6 { EDITORIAL ten ist das Bedürfnis aus der intelligenten Verknüpfung von bereits vorhandenen Systemen zusätzliche Information und Nutzen zu ziehen, etwa im Qualitätsmanagement. Die Durchführung setzt seit einiger Zeit aus Kostengründen auf Offshore-Kapazitäten, zudem werden durch Bündelung zu Clustern oder zu Mega-Deals Skaleneffekte genutzt. Trotzdem wird es auch in Zukunft gezielt Einzelbeauftragungen geben. In Summe ist von einer weiteren Zunahme des Gesamtvolumens im Automotive-IT-Markt auszugehen. Beim Einkauf von IT-Leistungen ist eine enorme Professionalisierung des Einkaufs zu beobachten. Die Automobilindustrie ist hier Vorreiter für alle Anwendungsbranchen. Der Einkauf dominiert viele Entscheidungen. Wie bei anderen Zulieferungen auch, wird gezielt in jedem Thema Wettbewerb geschaffen und auch aufrecht erhalten. Die Dienstleistungen werden bestmöglich zerlegt und vergleichbar gemacht, um so auf möglichst elementarer Ebene einfach strukturierte Einheiten in möglichst breitem Wettbewerb einkaufen zu können. So findet eine Commoditisierung statt. Dadurch wird zum Beispiel eine Vergabe in Auktionen zur Erzielung des optimalen Preises möglich. Software-Standardprodukte sind in der Automobilindustrie in den unterstützenden Prozessen wie Finanzbuchhaltung, Controlling und Personal genauso wie in anderen Industrien üblich, hier wird in aller Regel SAP eingesetzt. Für die CAx-Systeme (computer-aided design, manufacturing etc.) hat die Produktwelt Catia von Dassault eine sehr starke Stellung. In der Automobilindustrie gibt es jedoch kaum Standard-Softwareprodukte für übergreifende branchenspezifische Geschäftsprozesse wie etwa für den Kundenauftragsprozess oder das Vorserienmanagement. Im Vergleich dazu gibt es z. B. bei Banken Software-Standardprodukte für ein Kernbanksystem oder bei Versicherungen für die Verwaltung und Abwicklung von Versicherungsverträgen. Vermutlich liegt dies auch an der geringen Zahl und der schieren Größe der OEMs. Bei Banken und Versicherungen ist das anders, kleinere Unternehmen können sich Standardprodukten anpassen und spezifische Entwicklungen gar nicht finanzieren. Bedeutung der Informatik für Automobilhersteller Ohne die Informatik oder Informationstechnologie (IT) lässt sich heute kein Fahrzeug mehr entwickeln und keine Fertigung steuern. Ohne IT können Kunden nicht bedient werden. Volkswagen zum Beispiel ist täglich mit rund Lieferanten sowie internationalen Importeuren, Handels- und Service-Partnern vernetzt. Diese globale Vernetzung wird vom IT-Netzwerk getragen. Die automobile Inhouse-IT ist dabei vorrangig als Dienstleister im Unternehmen zu verstehen und leistet einen wesentlichen Beitrag, um die Geschäftsziele zu erreichen. Als Beispiel sei der Systembaukasten Unit genannt, mit dessen Hilfe markenübergreifende Standardprozesse und Konzernsysteme für Werke und neue Standorte umgesetzt werden können. Hierzu findet sich ein ausführlicher Beitrag in diesem Heft. Effektivität und Effizienz spielen für einen Automobilhersteller eine große Rolle. Die Kontinuierliche Verbesserung ist für die IT des Volkswagen Konzerns so wie für den Konzern als Ganzes ein Leitmotiv der Arbeit, um im Wettbewerb der Automobilindustrie zu bestehen. Ein Beispiel aus der Infrastruktur: Die Volkswagen Konzern-IT trimmt die gesamte Infrastruktur durchgängig auf Effizienz angefangen bei den Rechenzentren, über Arbeitsplatzsysteme wie PCs und Laptops, bis hin zur weltweiten Druckerkonsolidierung. Dabei ist es wichtig, die Balance zwischen Effektivität und Effizienz zu halten, um einerseits die IT-Kosten im Griff zu behalten aber andererseits auch Innovationen zu ermöglichen. Als Schlagwort gilt da aktuell die Herausforderung: Wachsen ohne zu wachsen. Die Volkswagen Konzern-IT unterstützt die Wachstumsstrategie des Unternehmens, indem sie Standards weltweit zur Verfügung stellt, Geschäftsabläufe vereinheitlicht und IT-Anwendungen auch an neuen Konzern-Standorten verfügbar macht. Gleichzeitig werden Innovationen ins Unternehmen gebracht, wie z. B. bei der Nutzung neuer Web-Technologien, Endgeräte oder der sogenannten Volkswagen Cloud. Derzeit werden in der Volkswagen Konzern-IT Effizienzsteigerungen von 10 Prozent pro Jahr durch ständige Überprüfung und Optimierung erreicht. Diese Effizienzen erlauben es, neue Themen und Projekte anzupacken sowie Services bereitzustellen. Die wachsenden Anforderungen an IT-Leistungen können nur durch diese Balance bewältigt werden. Mit diesem Ansatz ist die Volkswagen Konzern-IT auch anerkannter Kostenführer im Vergleich der automobilen Inhouse-IT-Organisationen. Rund ein Prozent des Umsatzes fließt in die Konzern-IT. Das ist die Spitzenposition im Benchmark der Automobilbranche. 4 Informatik_Spektrum_34_1_2011

7 Die Automobilindustrie ist traditionell durch die verschiedenen Ingenieursdisziplinen geprägt, im Wesentlichen durch den Maschinenbau und die Elektrotechnik. Sie ist in hohem Grade industrialisiert im Sinne der Produktionsautomatisierung unter Nutzung tief gestaffelter Lieferantenketten mit hoher Arbeitsteiligkeit. Vor diesem Hintergrund ist eine der Rollen der Informatik die Unterstützung und das Management dieser komplexen Logistik und Produktionssteuerungsaufgaben, die für die Wettbewerbsfähigkeit im Sinne der Kostenstruktur und der Unternehmen wettbewerbsentscheidend sind. Hinzu kommt, dass Informationstechnologien zur Unterstützung aller Aufgaben in Vertrieb, Marketing und Kundenbetreuung immer stärker in den Mittelpunkt rücken. In der Fahrzeugentwicklung sowie Fertigungsplanung sind die Informationstechnologien ohnehin nicht mehr wegzudenken. Als Stichworte seien genannt das Virtual Engineering, CAD-Systeme oder bei Volkswagen die Digitale Fabrik. Die inzwischen nahezu perfekten CAD-Systeme zur Gestaltung der Geometrie der Fahrzeuge werden Schritt für Schritt erweitert, um weitere Aspekte, zum Beispiel softwarebasierte Funktionen, besser in den Griff zu bekommen. Besonders bemerkenswert ist aber die Veränderung der Fahrzeuge selbst, die durch eine Vielzahl von Zusatzfunktionen, die sich auf Software abstützen, aufwarten. Hinzu kommen die Möglichkeiten der Gestaltung der Sicherheit der Fahrzeuge, aber auch nicht zuletzt die Einbindung der Fahrzeuge auf übergreifende IT-Infrastrukturen, wo Nutzer, die heute den Umgang mit den digitalen Medien gewohnt sind und dies in gleicher Weise von ihren Fahrzeugen erwarten, eine Einbettung der Fahrzeuge in die Welt der digitalen Medien erfahren. Dies zeigt, dass die Informationstechnologie heute auf einer Vielzahl von Ebenen für die Automobilindustrie wettbewerbsentscheidend geworden ist. Eine Auswirkung der Software im Automobil ist, dass die Entwicklung der Fahrzeuge weniger einem reinen Baukastenprinzip folgen kann, sondern Systems Engineering erfordert und Produktlinienansätze, da von einem reinen Zusammenbau von Fahrzeugen übergegangen werden muss zu einer Integration. Die starken Einflüsse der Informatik stellen die Automobilfirmen vor große Herausforderungen. Die Änderungen betreffen gleichermaßen die erforderlichen Kompetenzprofile, die Organisation und die Prozesse. Erschwert werden diese erforderlichen Veränderungen durch das nicht ausreichende Angebot von Informatikfachleuten auf dem Arbeitsmarkt und die enormen Schwierigkeiten der Veränderung der Kompetenzprofile für die oft auf Nachhaltigkeit ausgelegten Automobilkonzerne und Lieferantennetze. Beiträge in diesem Heft Die Beiträge dieses Heft können nicht entfernt in Anspruch nehmen, alle Bereiche aus Abb. 1 systematisch abzudecken. Stattdessen werfen sie aus unserer Sicht hochinteressante Schlaglichter auf ausgewählte Themen. Der Beitrag von Katzenbach und Steiert zeigt anhand der Prozesse für die Fahrzeugentwicklung auf, wie ein SOA-Ansatz eine laufende Erneuerung der IT-Landschaft ermöglicht. Stark et al. beschreiben den Stand der Kunst bezüglich virtueller Absicherung, also der Überprüfung von Eigenschaften des Fahrzeugs und der Produktion des Fahrzeugs virtuell im Rechner unter Vermeidung des Baus von immens teuren, realen Prototypen. Mühleck und Hackenberg beschreiben den Ansatz des Volkswagen-Konzerns die Geschäftsprozesse in den Werken zu vereinheitlichen, so dass neue Werke idealerweise modular aus der Schublade mit Geschäftsprozessen und zugehörigen IT-Systemen versorgt werden können. Bauer zeichnet den Ausblick zum Fahrzeug in der vernetzen Welt und die daraus entstehenden Herausforderungen. Broy, Reichart und Rothhardt erläutern wie adäquate Architekturen softwarebasierter Funktionen von der Anforderung zur Umsetzung gebracht werden. Die Anforderungen selbst müssen dabei in Software-Systemen der Entwicklung beim OEM dargestellt werden, während die realisierenden Komponenten selbst Software enthalten werden und im Fahrzeug verbaut werden. Henkel, Ober und Taubner schildern Erfahrungen zur Übertragung von Lean-Konzepten der Automobilindustrie bei Entwicklung und Fertigung auf das Vorgehen für IT-Projekte, bekannt im Rahmen agiler Vorgehensweise als Lean Software Development. Bunzel beschreibt im aktuellen Schlagwort die Initiative AUTOSAR zur Standardisierung der IT-Architektur im Fahrzeug. Schließlich nimmt Dueck in gewohnt pointierter Form die Informatik in der Automobilindustrie aufs Korn. Viel Spaß beim Lesen. Manfred Broy, Klaus Hardy Mühleck, Dirk Taubner Informatik_Spektrum_34_1_2011 5

8 { MITTEILUNGEN DER GESELLSCHAFT FÜR INFORMATIK / 207. FOLGE Gesellschaft für Informatik e.v. (GI), Wissenschaftszentrum, Ahrstraße 45, Bonn, Tel.: 0228/ , Fax 0228/ , gs@gi.de, Server: Geschäftsführung: Dr. Peter Federer, peter.federer@gi.de, Tel.: -145 Stellvertreterin der Geschäftsführung: Cornelia Winter, cornelia.winter@gi.de, Tel.: -147 Sekretariat: Monika Schulte, monika.schulte@gi.de, Tel.: -145 Mitgliederwerbung: Ludger Porada, ludger.porada@gi.de, Tel.: -146 Finanzen/Buchhaltung: Elena Kerkmann, elena.kerkmann@gi.de, Tel.: -153, Nicole Sotscheck, nicole.sotscheck@gi.de, Tel.: -152 Mitgliederverwaltung: Tanja Diegeler, tanja.diegeler@gi.de, Tel.: -149, Karola Schmitt, karola.schmitt@gi.de, Tel.: -151 ITK: Marcus Krüger, marcus.krueger@gi.de, Tel.: -156, Christopher Schiller, christopher.schiller@gi.de, Tel.: -156 i Aus der Geschäftsstelle Wahl 2010: Sechs neue Präsidiumsmitglieder Ins Präsidium gewählt wurden Michael Haack, Infodas Köln, Prof. Dr. Elisabeth Heinemann, Fachhochschule Worms, Dipl.- Inform. Christof Leng, Technische Universität Darmstadt, Prof. Dr. Ralf Reussner, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. nat. habil. Harald Richter, Technische Universität Clausthal und Prof. Dr. Gunter Saake, Universität Magdeburg. An der Wahl haben sich 3193 Mitglieder elektronisch und 51 per Brief beteiligt. Wir danken allen Wählerinnen und Wählern und wünschen den,,neuen in unseren Gremien viel Spaß und Erfolg in der gemeinsamen Arbeit. Michael Haack Prof. Dr. Elisabeth Heinemann Prof. Dr. Ralf Reussner Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. nat. habil. Harald Richter Dipl.-Inform. Christof Leng Prof. Dr. Gunter Saake DOI /s Die Fortsetzung der Mitteilungen folgt auf Seite Informatik_Spektrum_34_1_2011

9 { MITTEILUNGEN DER GESELLSCHAFT FÜR INFORMATIK / 207. FOLGE (FORTSETZUNG) Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der GI GI fordert wirkungsvolleren Jugendschutz (6. Dezember 2010) Die Gesellschaft für Informatik e.v. (GI) fordert die Landesparlamente dringend auf, den neuen Jugendmedienschutz-Staatsvertrag der Länder (JMStV) nicht zu beschließen, weil er für den Jugendschutz wirkungslos ist. Der neue Staatsvertrag verlangt ein so genanntes Kennzeichnen und Filtern von Internetinhalten zum Schutz von Kindern und Jugendlichen vor Angeboten in,,elektronischen Informations- und Kommunikationsmedien, die deren Entwicklung oder Erziehung beeinträchtigen oder gefährden. Die Anbieter sind bei Strafe (Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder Geldstrafe) verpflichtet, ihre Inhalte zu kennzeichnen: Ab 6, ab12,ab16oderab18jahren(selbstklassifizierungssystem vergleichbar der Freiwilligen Selbstkontrolle der Filmwirtschaft FSK). Eltern sollen mit von den anerkannten Einrichtungen der Freiwilligen Selbstkontrolle zur Verfügung gestellter Filtersoftware Internet-Inhalte zensieren und ausfiltern können, um sie vor ihren Kindern zu verbergen.,,eine solche Maßnahme ist kontraproduktiv, weil viele Kinder und Jugendliche in der Lage sind, ihre Computer umzuprogrammieren oder die Filtersoftware direkt abzuschalten, sagte GI-Präsident Stefan Jähnichen. Gerade Kinder und Jugendliche seien die ersten, die die von der Medienindustrie zum Schutz ihres Copyrights eingerichteten technischen Beschränkungen überwunden haben. Im Übrigen surfen Kinder und Jugendliche im Internet weltweit und halten sich nicht an die deutschen Landesgrenzen. Verantwortung im Netz wird im globalen Internet gerade nicht durch Zensur und Kontrolle jugendgefährdender Inhalte erreicht. Erst recht lässt sich ein so genanntes Kindernetz nicht vom globalen Internet trennen. Eine genauso untaugliche Maßnahme wäre, nicht für Jugendliche bestimmte Inhalte im Internet erst ab 22:00 Uhr freizuschalten, da es irgendwo im Internetimmernach22:00Uhrist und dann könnten solche Inhalte in Deutschland auch vormittags und nachmittags sowie am frühen Abend gesehen werden. Mit dem bewusst umfassend gemeinten Begriff Anbieter sind neben den Content Providern auch Internetanbieter (ISP) gemeint, die selbst keinen Einfluss auf Inhalte und ihre Kennzeichnung nehmen sollten. Eine Kontrolle aller Inhalte wird aber gerade vom JMStV verlangt und damit einer Zensur auf dem Umweg über die ISP und das Privatrecht Vorschub geleistet. Mit Kontrollen und Verboten erreichen wir also keine mediengerechte Erziehung. Unverzichtbar ist vielmehr eine Sensibilisierung der erziehungsberechtigten Eltern mit dem Ziel einer sachgerechten Erziehung ihrer Kinder und eine Sensibilisierung der Kinder und Jugendlichen selbst und zwar beginnend möglichst bereits im Kindergarten: Hier muss begonnen werden, systematisch und methodisch Kritik- und Urteilsfähigkeit zu Internetinhalten zu vermitteln. Kinder und Jugendliche müssen daher dringend lernen, mit den Inhalten des Internets altersgerecht und sachgerecht umzugehen. Hier sieht die Gesellschaft für Informatik die vorrangige Aufgabe der Schulen und der Erziehungsberechtigten. Die Gesellschaft für Informatik setzt sich für einen wirkungsvollen Schutz von Kindern und Jugendlichenein.SielehntMaßnahmenab, deren flächendeckendes Scheitern schon jetzt abzusehen ist und die zu einem zunehmenden Eingriff in die Informations- und Meinungsfreiheit der Bürger führen. Sie schlägt deshalb ein Pilotprojekt zur Kind- und Jugendlichen-gerechten Sensibilisierung und Erziehung zu kritischem Konsumverhalten (Medienkompetenz) im Internet vor. Das Pilotprojekt soll in Deutschland gestartet und bei Erfolg auf Europa und anschließend schrittweise auf die Welt ausgedehnt werden. Studienanfängerzahlen in der Informatik steigen Berufsaussichten weiterhin exzellent (24. November 2010) Im Studienjahr 2010 (Sommer- und Wintersemester 2010) haben sich laut einer Mitteilung des Statistischen Bundesamtes Studierende für den Studienbereich Informatik eingeschrieben. Dies entspricht einer Steigerung von 3 % im Vergleich zum Vorjahreszeitraum. Über alle Fächer verteilt nahmen 4 % mehr Erstsemester ein Studium auf als im Vorjahr. Wir begrüßen, dass sich wieder mehr junge Leute für ein Informatikstudium entschieden haben, sagte GI-Präsident Stefan Jähnichen. Dennoch seien dies im Vergleich zur Gesamtzahl der Erstsemester noch immer zu wenige Studienanfänger/innen in der Informatik, einem Fach mit einer exzellenten Berufsund Karriereperspektive. Um den DOI /s x 110 Informatik_Spektrum_34_1_2011

10 großen Bedarf an Informatikern zu decken, müssten unbedingt auch die hohen Abbrecherquoten an den Hochschulen gesenkt werden.,,es ist tragisch für die Studierenden und schädlich für unsere Wirtschaft, wenn noch immer ein gutes Drittel der Studienanfänger das Studium abbricht. Hier besteht dringender Handlungsbedarf, sagte GI-Präsident Jähnichen. Neben einer Werbung für das Informatikstudium und dem Senken der Abbrecherquoten sollten laut Jähnichen als weitere Maßnahme zur Gewinnung von mehr Informatikabsolventen Schüler und Schülerinnen möglichst frühzeitig in Kontakt mit der Informatik kommen:,,nach wie vor halten wir es auch für dringend geboten, in der Schule ab der der Sekundarstufe 1 MINT (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik)-Unterricht durchgängig anzubieten, um Berührungsängste abzubauen und falsche Vorstellungen über einzelne Fächer zu korrigieren. GI stellt zehn Thesen zu Sicherheit und Datenschutz in Cloud Computing vor (1. Dezember 2010) Die Gesellschaft für Informatik e.v. (GI) hat zehn Thesen zu Sicherheit und Datenschutz in Cloud Computing vorgestellt. Im,,Cloud Computing werden viele vernetzte Rechner gemeinsam genutzt.,,cloud Computing ist in aller Munde und wird heute in vielfältigen Umgebungen eingesetzt. Deshalb ist es sehr wichtig, Risiken zu kennen und Handreichungen für einen verantwortungsvollen Einsatz von Clouds zu definieren, sagte GI-Präsident Stefan Jähnichen. Die GI habe deshalb folgende zehn Thesen aufgestellt, die die Herausforderungen Identity Management, Access Control und Integrity Control, Logging und Auditing, Risk Management und rechtlicher Compliance aus technischer und juristischer Sicht beschreiben: Cloud Computing (früher: Grid- Computing und Utility Computing) bezeichnet preiswerte zentral und dynamisch organisierte große (verteilte und virtualisierte) Cluster von IT-Systemen (shared infrastructures, Server-Farmen): Hardware, Speicherund Netzkapazitäten, Plattformen (Datenbanken und Run-Time- Environment) und Anwendungen (verteilte Nutzung von Software: Hosted Applications). Öffentliche Clouds werden in Deutschland und/oder, im Ausland oder an nicht (näher) spezifizierten Orten und auch offshore angesiedelt; jedenfalls kann der Anwender nicht erkennen, an welchem Ort des weltweiten Internets seine Daten gespeichert oder verarbeitet werden: Die Cloud ist intransparent und damit unkontrollierbar: Öffentliche Clouds werden von Outsourcingnehmern auch ohne ausdrückliche Information des Auftraggebers eingesetzt. Wir alle benutzen Clouds wenn wir z. B. mit Suchmaschinen, Software as a Service, webbasierten Maildiensten, Social Communities und Kalendern im Internet arbeiten. Die folgenden Herausforderungen hinsichtlich Identity Management, Access Control und Integrity Control, Logging und Auditing, Risk Management und rechtlicher Compliance müssen also gelöst werden: 1. Clouds können ein Sicherheitsrisiko darstellen wegen der außerhalb des Unternehmens fehlenden Durchsetzungsmöglichkeit unternehmenseigener Sicherheitspolitiken, -strategien und -verfahren sowie Sicherheitsmaßnahmen und ihrer Kontrollierbarkeit. Das Gesamt-Sicherheitsniveau bei Cloud Computing kann naturgemäß nicht höher sein als das Sicherheitsniveau innerhalb des Unternehmens durch die unverzichtbare Vor- und Nach- Verarbeitung im Unternehmen. 2. Daher lassen bereits heute Unternehmen nur ausgewählte Daten in öffentlichen Clouds verarbeiten und verarbeiten wertvolle Daten ausschließlich in privaten Clouds (in-house). 3. Private Clouds unterscheiden sich unter Sicherheitsaspekten nicht von den herkömmlichen unternehmenseigenen IT-Systemen, weil sie der unternehmenseigenen Sicherheitspolitik unterliegen und vollständig kontrolliert werden können. Entsprechendes gilt für rechtliche Vorgaben für die innerbetriebliche Informationsverarbeitung. 4. Bei der Nutzung öffentlicher Clouds (und auch hybrider) sind nationale Gesetze und branchenspezifische Selbstregulierungsmaßnahmen einzuhalten (Compliance); daraus folgt für einige Branchen, dass Clouds gar nicht genutzt werden dürfen. Risikomanagement (z. B. aus 91 Abs. 2 AktG) und Sicherheitskonzepte sind bei der Nutzung von Clouds anzupassen. Einschränkungen ergeben sich insbesondere aus dem Datenschutzrecht, das die Übermittlung personenbezogener Daten in Staaten außerhalb der EU nur sehr eingeschränkt zulässt und auch innerhalb der EU Pflichten für die Auftragsdatenverarbeitung festsetzt, die nur eine eingeschränkte Nutzung öffentlicher Clouds erlauben. 5. Der Transport der zu verarbeitenden Daten zu öffentlichen Clouds erfolgt über das völlig unsichere Internet und kann nur äußerst aufwändig abgesichert werden. Informatik_Spektrum_34_1_

11 { MITTEILUNGEN DER GESELLSCHAFT FÜR INFORMATIK / 207. FOLGE (FORTSETZUNG) 6. Daten können zur Erhöhung der Vertraulichkeit in der Cloud verschlüsselt gespeichert werden; allerdings können Daten nicht verschlüsselt verarbeitet werden, dazu müssen sie in der Cloud erst wieder entschlüsselt werden können dann allerdings in öffentlichen Clouds von Dritten ausgelesen werden. Alle eingesetzten Standard- und/ oder Individualprogramme zum Transport zu Clouds und zur Verwaltung von Clouds (Virtualisierung, Lastausgleich, geografische Verteilung, Sicherungs- und Sicherheitsmaßnahmen etc.) und auch Verschlüsselungsprogramme und Protokolle sind nicht fehlerfrei; sie können vielmehr kritische (aus dem Internet ausnutzbare) Sicherheitslücken enthalten, die (unbekannten) Dritten ein Auslesen oder Abhören der Daten erlauben. 7. Sicherheitsrelevante Vorfälle müssen sorgfältig untersucht werden können (Forensik). Dies wird allerdings durch die geografische Verteilung der sehr vielen genutzten IT-Systeme schwierig bis unmöglich. Die Beschlagnahme lokalisierter Daten(träger) durch Ermittlungsbehörden verursacht Probleme, weil entweder der auf Virtualisierung und Mehrmandantenfähigkeit basierende Cloud- Betrieb gestört wird oder die Alternative eines (potentiell manipulierten) Snapshots der Daten aus der Cloud nur verminderten Beweiswert vor Gericht hat. 8. Cloud-Betreiber können ihre Dienste einstellen z. B. bei wirtschaftlichen Schwierigkeiten. Auch in solchen Fällen muss nicht nur vertraglich sondern auch technisch die volle Kontrolle durch den Anwender erhalten bleiben: Das so genannte,,vendor-lock-in könnte etwa durch branchenübergreifende Standards verhindert werden. Unentgeltliche Cloud-basierte Dienste werden häufig ohne jegliche Garantie angeboten, so dass die verarbeiten Daten besonders hohen Risiken ausgesetzt sind. Verträge bevorzugen zudem derzeit die Cloud-Anbieter und berücksichtigen nicht in angemessener Form die Interessen der Cloud-Nutzer. 9. Bei vertraglichen Vereinbarungen besteht häufig eine Diskrepanz zur technischen Durchsetzung (z. B. technische Unmöglichkeit der Datenlöschung bei Vertragsende oder besonderen Ereignissen wie Insolvenz). 10. Zur Beherrschung der Risiken durch gemeinsame Nutzung von Hard- und Software (Internet, Infrastruktur, Software und Verfahren) gleichzeitig mit unbekannten Dritten muss Cloud Computing dem Wert der verarbeiteten Daten entsprechend abgesichert werden. Öffentliche Clouds müssen wie Kritische Infrastrukturen behandelt werden, sofern sie allgemein und weitverbreitet genutzt werden sollen. Dabei sind auch kartellrechtliche Aspekte wie die,,essential-facilities-doktrin zu beachten. Insgesamt ergeben sich stark erhöhte Anforderungen an die Absicherung unternehmenseigener und auch privater Datenverarbeitung bei Cloud Computing und zwar hinsichtlich Vertraulichkeit, Integrität, Verbindlichkeit (z. B. Authentifizierung Berechtigter) und Verfügbarkeit der verarbeiteten Daten und genutzten IT-Systeme, ferner auch stark erhöhte Anforderungen an die rechtliche Absicherung. Den kompletten Text der Pressemitteilungen finden Sie unter < Aus den GI-Gliederungen Wahlversammlung der Fachgruppe,,Informatik und Ethik am 4. März 2011 in Berlin Die Fachgruppe Informatik und Ethik wird auf ihrer Sitzung am 4. März 2011 um 10 Uhr an der HTW Berlin (Zi. 646) ein neues Leitungsgremium wählen. Es wird aus 6 Personen bestehen, aus deren Mitte werden die Sprecher gewählt. Zur Wahl stellen sich Debora Weber- Wulff, Christina Class, Wolfgang Coy, Constanze Kurz, Stefan Ullrich und David Zellhöfer. Weitere Kandidatenvorschläge senden Sie bitte unter Angabe Ihrer Mitgliedsnummer, der Mitgliedsnummer des Kandidaten inklusive der Einverständniserklärung zur Kandidatur an den Wahlleiter Tobias Preuß, tobias.preuss@student.htw-berlin.de. Nachwuchswissenschaftler für ihre Arbeit geehrt Computerunterstützung für die klinische Anwendung DieFachgruppe VisualComputing in der Medizin der Gesellschaft für Informatik hat am 18. November 2010 zum vierten Mal den Karl-Heinz- Höhne MedVis-Award, für den das Münchener Medizintechnikunternehmen BrainLAB AG das Preisgeld stiftete, vergeben. Ausgezeichnet wurden Nachwuchswissenschaftler, die mit ihren Arbeiten einen wichtigen Beitrag für die Nutzung bildgebender Verfahren in der Diagnostik und Therapie geleistet haben. Eine Jury aus 15 Experten, geleitet von Bernhard Preim (Universität Magdeburg) und Stefan Zachow (Zuse-Institut Berlin) hat die 18 eingereichten Arbeiten sorgfältig bewertet und verglichen. 112 Informatik_Spektrum_34_1_2011

12 Mit dem 1. Preis wird Christian Dick, Technische Universität München geehrt. Ihm ist es gelungen, biomechanische Simulationen mit der interaktiven Darstellung von CT- Daten zu kombinieren, um damit orthopädische Operationen, speziell an der Hüfte, besser planen zu können. Seine Simulationsmethode nutzt dabei die programmierbare Grafikhardware und ist dadurch um Größenordnungen schneller als bisherige Verfahren so dass die Simulationen erstmals direkt im Rahmen einer interaktiven Planung eingesetzt werden können. Mit dem 2. Preis wurde Christian Rieder, Fraunhofer MEVIS Bremen, geehrt. Seine Arbeit dient vor allem der Planung von Tumoroperationen im Gehirn und an der Leber. Er kombiniert dabei verschiedene Darstellungstechniken geschickt und ermöglicht so die Integration aller relevanten Informationen in aussagekräftigen 3D-Visualisierungen. So sehen die Mediziner z. B. besser, wie sie eine Applikatornadel platzieren können, die den Tumor durch Wärmewirkung bei Anwendung der Radiofrequenztherapie zerstören soll. Aufgrund der besonders hohen Qualität der eingereichten Beiträge wurden zwei 3. Preise vergeben. Dagmar Kainmüller vom Zuse- Institut Berlin wird für ihre Arbeit zur automatischen Segmentierung von anatomischen Strukturen ausgezeichnet. Vereinfacht gesagt, gelingt es ihr durch eine komplizierte mathematische Modellierung von anatomischen Formen und Bildinformationen, eine Struktur, z. B. ein Organ in einem Datensatz automatisch korrekt abzugrenzen. Solche Segmentierungsmethoden sind meist die Voraussetzung für die Generierung aussagekräftiger Visualisierungen der 3D-Anatomie. Konrad Mühler, Universität Magdeburg, hat eine Vielzahl von Algorithmen, z. B. zur automatischen Beschriftung von medizinischen 3D- Modellen, entwickelt und in eine frei verfügbare Softwarebibliothek zur Implementierung medizinischer Visualisierungskomponenten integriert. Andere Entwickler müssen somit das Rad nicht immer wieder neu erfinden. Dissertationspreis für hervorragende Ergebnisse bei der Erforschung von Anwendungen der Informatik in sozialen Systemen Die Fachgruppe CSCW der Gesellschaft für Informatik und das Internationale Institut für Sozio-Informatik rufen auf zu Einreichungen für einen Dissertationspreis für hervorragende Ergebnisse bei der Erforschung von Anwendungen der Informatik in sozialen Systemen. Der Preis wird auf der Fachtagung des Fachbereichs Mensch Computer Interaktion 2011 vergeben. Durch die zunehmende Durchdringung von Arbeits- und Lebenswelt durch Anwendungen der Informatik ergeben sich für die Informatik als Wissenschaftsdisziplin neue Herausforderungen sowohl hinsichtlich der Entwicklungs- und Evaluationsmethoden als auch der Gestaltung informationstechnischer Artefakte. Die Informatik muss die Komplexität gesellschaftlicher Anwendungskontexte verstehen, um innovative IT-Anwendungen geeignet gestalten zu können. Zur Ermunterung und Auszeichnung von wissenschaftlichen Arbeiten in diesem Bereich prämiert der ausgeschriebene Preis Dissertationen, die wichtige Erkenntnisse für die Gestaltung innovativer technischer Artefakte im Wechselspiel mit den sie anwendenden sozialen Systemen bieten. Qualitätskriterien sind dabei sowohl die Güte des informationstechnischen Designs als auch die empirische Absicherung der technischen Konzepte in Anforderungsanalyse und/oder Evaluation. Nähere Informationen unter aktivitaten/dissertationspreis/. Tagungsankündigungen Internationales Rechtsinformatik Symposion IRIS 2011 vom in Salzburg Bereits zum 14. Male wird das Internationale Rechtsinformatik Symposion IRIS in der Universität Salzburg stattfinden. Generalthema der IRIS 2011 ist,,europäische Projektkultur als Beitrag zur Rationalisierung des Rechts. Informationsund Kommunikationstechnologien haben die Rechtssysteme wesentlich verändert und diese zugänglicher sowie transparenter gemacht. Bei rechtlichen Standardproblemen wird zunehmend auf Rechtsautomatisierung gesetzt. Die dafür erforderliche angewandte Forschung wurde und wird weniger an Universitäten als in interdisziplinären Projekten, insbesondere auch auf europäischer Ebene, geleistet. Die Finanzierung erfolgte neben öffentlichen Mitteln der Regierungen, der Forschungsfonds, der Universitäten, der Akademien der Wissenschaft sehr stark auch durch die Wirtschaft und die Zivilgesellschaft. Ziel der IRIS 2011 ist es, diese Vielfalt der Projekte abzubilden und einen Beitrag zur stärkeren Zusammenarbeit zwischen Universitäten, Verwaltung, Wirtschaft Informatik_Spektrum_34_1_

13 { MITTEILUNGEN DER GESELLSCHAFT FÜR INFORMATIK / 207. FOLGE (FORTSETZUNG) und Zivilgesellschaft zu leisten. Des Weiteren soll eine Initiative zur besseren Finanzierung, insbesondere der Grundlagenforschung, gesetzt werden. Die Liste der vorgesehenen Workshops und weitere Informationen, insbesondere Details für die Einreichung eines Beitrages, sind der Konferenzhomepage zu entnehmen. Workshop,,Virtuelle und erweiterte Realität vom 15. bis 16. September 2011 in Wedel Der Workshop Virtuelle & Erweiterte Realität (VR/AR) ist seit nunmehr sieben Jahren ein fester Bestandteil der Virtuellen Realität (VR) in Deutschland. Er wurde 2004 von der Fachgruppe VRAR der Gesellschaft für Informatik e.v. (GI) initiiert. Die zweitägige Veranstaltung ist eine Plattform für Wissenschaft, Industrie und Lehre zum Austausch über Ideen und Trends in der VR. Mehr dazu unter LNI- Neuerscheinungen In der Proceedingsreihe der GI-Edition,,Lecture Notes in Informatics sind bislang 179 Bände erschienen. Die neuesten Bände sind INFORMATIK 2010 Service Science: Neue Perspektiven für die Informatik, Band 1 (P-175) INFORMATIK 2010 Service Science: Neue Perspektiven für die Informatik, Band 2 (P-176) INFORMATIK 2010 Business Process and Service Science Proceedings of ISSS and BPSC (P-177) Vom Projekt zum Produkt (P-178) Unter finden Sie alle Bände der Proceedings-, Seminars, Thematicsund Dissertations-Reihe. 114 Informatik_Spektrum_34_1_2011

14 { HAUPTBEITRAG / VIRTUELLE PRODUKTENTSTEHUNG Virtuelle Produktentstehung in der Automobilindustrie R. Stark H. Hayka J.H. Israel M. Kim P. Müller U. Völlinger Einleitung Virtualisierung der Produktentstehung trägt entscheidend zur Kostenreduktion, zur Verkürzung der Produktentstehungszeiten sowie zur Steigerung der Produktqualität bei. Die Automobilindustrie hat frühzeitig diese Vorzüge erkannt und setzt verstärkt Methoden und Technologien der Virtuellen Produktentstehung (VPE) ein. In diesem Artikel werden die Methoden und Vorgehensmodelle der Virtuellen Produktentstehung dargestellt und Unterschiede und Anknüpfungspunkte zu denen der Softwareentwicklung herausgearbeitet. Der Artikel beschreibt zunächst die Phasen der Virtuellen Produktentstehung samt der zu verarbeitenden Informationen und der eingesetzten Werkzeuge (z. B. CAx, PDM). Anschließend werden die Entwicklung, die Erprobung sowie die Arbeitsvorbereitung (hierbei insbesondere die Digitale Fabrik)detailliert und relevante Informationen und Werkzeuge vorgestellt. Das Vorgehen wird mit Beispielen aus der Automobilindustrie unterlegt. Der Artikel schließt mit der Darstellung kurz- und mittelfristig zu erwartender Entwicklungen der Virtuellen Produktentstehung. Vorgehensmodelle der Virtuellen Produktentstehung Die Produktentwicklung im Automobilbau wird vorrangig durch Entwicklungsprozesse vorangetrieben, die durch Meilensteine in Phasen segmentiert werden. Zum einen können dabei generische oder standardisierte Prozesse verfolgt werden, die für einzelne Durchläufe jeweils wieder instanziiert werden und stets strikt nach dem gleichen Muster ablaufen, z. B. Änderungs- oder Freigabeprozesse. Zum anderen kann es sich um Prozesse handeln, die projektspezifisch aufgesetzt werden, wie beispielsweise für die Einführung einer neuen Technologie in eine Fahrzeugklasse oder deren Produktion (z. B. Elektrofahrzeuge). Generell wird die Entwicklung von einem generischen Vorgehensmodell in Prozessphasen, Entwicklungsaktivitäten und schließlich Projektpläne heruntergebrochen. Die bekannten Modelle VDI 2221 [21] und V-Modell [22, 25] bieten dabei in der Automobilbranche eine Orientierung. Jedoch gibt es in der Mehrzahl der Unternehmen einen eigenen Zuschnitt solcher Modelle, sodass sie zuweilen nicht mehr der Ursprungsform zugeordnet werden können. Stattdessen bilden sich eigene, unternehmensspezifische Vorgehensmodelle, Projektformen und Meilensteine aus. Eine Übersicht zu den Entwicklungsphasen auf generischer Ebene liefert das Modell in Abb. 1 nach Stark und Kind [15, 16]. Dem Modell ist auch die Spannweite der Virtuellen Produktentstehung zu entnehmen. Zur Prozessbeobachtung und -verbesserung werden Ansätze aus dem Six Sigma (wie z. B. DMAIC oder PDCA) oder APQP (Advanced Product Quality Planning) eingesetzt. Vorgehensmodelle wie RUP [6], PRINCE2, Scrum oder OpenSAGA, bekannt aus der IT-Entwicklung und den öffentlichen Ausschreibungsprojekten, finden hingegen kaum Anwendung. Das prozessbasierte Projektmanage- DOI /s z Springer-Verlag 2010 R. Stark H. Hayka J.H. Israel M. Kim P. Müller U. Völlinger Geschäftsfeld Virtuelle Produktentstehung, Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), Pascalstraße 8 9, Berlin johann.habakuk.israel@ipk.fraunhofer.de 20 Informatik_Spektrum_34_1_2011

15 Abb. 1 Prozessphasen der Produktentstehung nach Stark und Kind [15] ment, so wie es mit Workflowmanagementsystemen oder Projektmanagementsystemen aus der IT (vgl. microtool [7]) umgesetzt wird, ist in der Automobilentwicklung noch weniger stark ausgeprägt. Gründe hierfür sind beispielsweise Akzeptanz- oder Praktikabilitätsschwierigkeiten, mangelnde Integrationsmöglichkeiten oder ein anderes Systemdenken. Die Produktentwicklung im Automobilbau ist stark funktional und geometrisch getrieben, da am Ende stets ein physisches Produkt hergestellt werden muss, das diese Funktionen zuverlässig realisiert. Im Gegensatz zu Entwicklungsprozessen in IT-Projekten sind die Prozesse des Projektmanagements, des Anforderungsmanagements und der modellgetriebenen Entwicklung [3, 7], hier sehr verschieden und weniger stark modelltechnisch und informationstechnisch integriert. Dies drückt sich besonders auch in den verwendeten IT- Werkzeugen aus. Während in der IT-Entwicklung die modellgetriebene Generierung von Source-Code auf Basis von UML oder ObjectIF bereits Verbreitung findet, wird in der Automobilentwicklung zunächst mit Funktionsstrukturen und geometrischen Modellen gearbeitet. In der Entwicklung komplexer technischer Produkte ist die Realisierung einer geforderten Funktion von dem gewählten physikalischen Wirkprinzip abhängig. Da für verschiedene physikalische Wirkprinzipien auch jeweils eigene Simulationsverfahren vorliegen, ist eine direkte Integration der Simulationsansätze vom Kundenbedarf über Anforderungen zu technischen Modellen (z. B. Finite-Elemente-Methode FEM, Mehrkörper-Simulation MKS oder Computational Fluid Dynamics CFD) derzeit nur eingeschränkt möglich. Diese Thematik wird in den folgenden Abschnitten noch einmal aufgegriffen und näher erläutert. Die Komplexität der automobilen Produkte bedingt darüber hinaus häufig ebenso komplexe Netze Informatik_Spektrum_34_1_

16 { VIRTUELLE PRODUKTENTSTEHUNG aus Systemintegratoren, Erstausstattern (OEMs) und Zulieferern von Komponenten, Baugruppen oder ganzen Fahrzeugausstattungen. Spezielle Kollaborationsanwendungen und Standardprozesse helfen hier, die Entwicklung standort- und auch unternehmensübergreifend zu gestalten. Simultaneous/Concurrent Engineering und Collaborative Engineering sind Ansätze zur simultanen und gemeinsamen Ausführung von z. T. zeitlich, örtlich und organisatorisch verteilten Entwicklungsprozessen. Interdisziplinäre, zum Teil auch verteilte Kollaboration zwischen Maschinenbauern, Elektrotechnikern und Softwareentwicklern gewinnt ein immer größeres Gewicht bei der effizienten Gestaltung von Entwicklungsprozessen. Hier gilt es u. a., die Softwareentwicklung stärker in die Prozesse der Produktentstehung einzubinden. Kennzeichnend für die verteilte, kooperative Zusammenarbeit ist, dass in den meisten Fällen unterschiedliche Organisations- sowie IT-Infrastrukturen vorliegen. Um eine zusammenhängende Verarbeitung zu gewährleisten, muss eine gemeinsame Entwicklungsumgebung vorhanden sein, die durch geeignete Standardisierungsmaßnahmen unterstützt werden kann. Darüber hinaus gibt es aufgrund verteilter Standorte unterschiedliche Arbeitskulturen und Mentalitäten, die in der Planung des Collaborative Engineering ebenfalls zu berücksichtigen sind. Standardprozesse für das Änderungswesen (vgl. Engineering Change Request (ECR) nach VDA [19] oder SASIG [11]) bieten einen Rahmen zur einheitlichen Abwicklung von Änderungen an Produktdaten. Diese Daten entstammen aus verschiedentlichen Autorensystemen und liegen in Form unterschiedlicher Datenmodelle mit variierenden inhaltlichen Aussagen vor. Zur Verwaltung der Daten werden Produktdatenmanagementsysteme (PDM) eingesetzt (siehe Abschn.,,Entwicklung ), die einen ähnlichen Ansatz wie Versionierungssysteme für Softwarequelltexte (z. B. Subversion, CVS) oder Dokumentenmanagementsysteme (DMS) verfolgen. In PDM-Systemen werden Anforderungslisten, Werksnormen, Konstruktionsdaten (z. B. 3D-Modelle oder Simulationsmodelle), Produktstrukturen oder Stücklisten in unterschiedlichen Revisionsständen verwaltet. Arbeitsabläufe wie das Erstellen, Einchecken, Freigeben, Auschecken, Bearbeiten, erneutes Einchecken und Freigeben von Dokumenten und Modelldateien sind typische Use Cases an PDM-Systemen. Entwicklung Die Entwicklung der Produktentwicklung im Automobilbau war bis zu den 1990er-Jahren sehr stark durch den Bau von physischen Prototypen geprägt. Eine phasenweise Einführung der Digitalisierung begann in den 1970er-Jahren, die seit den 1980er- Jahren zusätzlich um den Bereich des Computer Aided Engineering (CAE) erweitert wurde. Seit den 1990er-Jahren bis heute wurden große Anstrengungen unternommen, um den digitalen Entwicklungsprozess und digitale Entwicklungswerkzeuge mit der Zielstellung zu verbessern, weniger physische Prototypen zu benötigen [13]. Dennoch sind auch heute noch physische Prototypen notwendig, um einerseits die behördliche Zulassung zu erlangen und andererseits das Zusammenspiel des komplexen Systems Automobil zu testen. In der Automobilindustrie erfolgt die Entwicklung neuer Fahrzeuge typischerweise in Form von Projekten. Beim Automobil handelt es sich um ein mechatronisches Produkt, bei dem die Domänen Maschinenbau, Elektrik/Elektronik und Software maßgeblich involviert sind. In der mechanischen Konstruktion als Teil der Entwicklung wird das Produkt während des Entwicklungsprozesses unter mehreren Gesichtspunkten strukturiert. Ausgehend von einer Funktionsstruktur werden die zu erfüllenden Funktionen in Haupt- und Teilfunktionen gegliedert. Für jede Teilfunktion wird unter Berücksichtigung von physikalischen Effekten, bekannten Lösungselementen sowie geometrischen und stofflichen Merkmalen die Wirkstruktur erstellt. Erst dann erfolgt die Festlegung der Teilestruktur, welche den Aufbau des Produkts in,,konkrete Baugruppen und Bauteile beschreibt [1, 9]. Es ist eine Herausforderung, die Abhängigkeiten zwischen den Ebenen und Elementen über die verschiedenen Domänen und Strukturen hinweg zu berücksichtigen, insbesondere vor dem Hintergrund der Erfüllung von sich ändernden Kundenanforderungen, was Gegenstand des Forschungsprojekts ISYPROM ist [14]. Im Produktentstehungsprozess findet eine sehr große Anzahl von IT-Systemen Anwendung. Das Zusammenwirken dieser Systeme kann in horizontaler und vertikaler Kollaboration erfolgen (Abb. 2). Die vertikale Kollaboration findet unternehmens- oder disziplinübergreifend statt. Horizontale Kooperation beschreibt den produkt- und prozessbezogenen 22 Informatik_Spektrum_34_1_2011

17 Abb. 2 IT-Unterstützung entlang des Produktentstehungsprozesses [17] Datenaustausch, beispielsweise den Austausch von Produktmodellen zwischen CAD- und CAE- Systemen (Abschn.,,Erprobung ). Bezüglich der Integration eines OEMs mit seinen Zulieferern sind besondere Integrationsstrategien erforderlich, die den Informationsaustausch in einer heterogenen IT-Systemlandschaft gewährleisten und somit den Anforderungen eines dynamischen Entwicklungsprozesses gerecht werden [17]. Hierbei entstehen sowohl vertikale als auch horizontale Kollaborationen, welche durch Kollaborationsplattformen effizient gestaltet werden können [2]. Ein zentrales Werkzeug in der Konstruktion sind Computer-Aided-Design-Systeme (CAD), deren primäre Funktion die Entwicklung der Produktgestalt ist. CAD-Systeme (z. B. NX, CATIA etc.) gehören heute zu den elaboriertesten Werkzeugen der Virtuellen Produktentstehung und erlauben es, auch Materialien, Parameter, Bemaßungen und Toleranzen für die Fertigung zu definieren [16]. Zur Überprüfung der Qualität der Konstruktion können nur formale beziehungsweise berechenbare Kriterien herangezogen werden. Dazu werden sogenannte Checker verwendet, die das CAD-Modell nach festgelegten Kriterien analysieren und den Konstrukteur gegebenenfalls auf verletzte Kriterien zur Prüfung hinweisen. Die wesentlichen Techniken zur Beschleunigung der Modellierung innerhalb des CAD-Systems sind parametrische Modellierung, Featuretechnologie, Knowledge Based Engineering und die Verwendung von Templates. Die parametrische Modellierung verknüpft die Produktgeometrie mit Parametern und setzt Parameter untereinander in Beziehung. Bauteile können durch die Änderungen der assoziierten Parameter somit schneller geändert werden. In der Automobilindustrie werden parametrisierte Modelle sowohl bei der Konstruktion einzelner Bauteile als auch für das Gesamtfahrzeug (während der Konzeptphase) verwendet. Der Einsatz von Templates, die in Prozess- Templates und Produkt-Templates unterschieden werden, hat sich mittlerweile zu einer etablierten Methode der Virtuellen Produktentstehung entwickelt. Während der Konstrukteur bei Prozess- Templates bei der Vorgehensweise vom System unterstützt wird, soll der Konstrukteur bei Produkt- Templates von Modellierungsaufgaben entlastet werden. Bei Produkt-Templates wird wie auch in der Softwareentwicklung ein vordefiniertes parametriertes und um Regeln ergänztes Grundgerüst eines Modells als Ausgangspunkt herangezogen, welches durch Eingabe von Parametern automatisch eine Geometrie erstellt. Zur Verwendung von Templates ist also zunächst eine Formalisierung des Expertenwissens notwendig, welches durch Parametereingabe und -auswahl konkretisiert wird. Für eine effiziente Gestaltung des Produktentstehungsprozesses ist die uneingeschränkte und konsistente Verfügbarkeit der jeweils relevanten Produktdaten für alle Beteiligten während des gesamten Produktentstehungsprozesses zwingend erforderlich. Dies schließt sowohl die Endhersteller als auch die Dienstleister, die Zulieferer und die Komponenten- und Systemlieferanten ein. Informatik_Spektrum_34_1_

18 { VIRTUELLE PRODUKTENTSTEHUNG Für die Verwaltung der Produktdaten werden seit einigen Jahren verstärkt Produktdatenmanagementsysteme (PDM) eingesetzt. PDM bezeichnet hierbei die ganzheitliche Verwaltung aller Daten, die im Produktlebenszyklus neuer Produkte oder der Aktualisierung bestehender Produkte anfallen, bearbeitet und weitergeleitet werden müssen, verbunden mit der Fähigkeit, den Prozess der Bearbeitung und Weiterleitung zu steuern und zu kontrollieren [20]. Ein PDM-System hat somit die Aufgabe, in produzierenden Unternehmen die Verwaltung und Lenkung von Ressourcen und Daten zu übernehmen. Als Rückgrat der technischen und administrativen Informationsverarbeitung stellen viele PDM-Systeme systemspezifische Schnittstellen zu CAD- und ERP-Systemen sowie anderen Anwendungssystemen bereit. PDM-Systeme unterstützen somit einen unternehmensweit durchgängigen Informationsfluss. Funktionen wie Produktstruktur-, Workflow-, Versions- und Variantenmanagement helfen, die große Komplexität von Produktentwicklungsvorgängen zu bewältigen. PDM hat sich zur zentralen Datenquelle für Produktdaten in einem produzierenden Unternehmen entwickelt, und das inzwischen nicht mehr nur für die Produktentwickler und -fertiger, sondern zunehmend auch für andere Unternehmensbereiche (wie Vertrieb, Einkauf oder Marketing), die Daten über die erstellten Produkte benötigen oder liefern. PDM-Systeme gestatten es, durch komplexe Produkt- und Dokumentenstrukturen zu navigieren und gewünschte Daten zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stellen, soweit die Daten hinsichtlich der Klassifizierung und der Attribuierung von Produkten technisch-organisatorisch aufbereitet sind. Die meisten PDM-Systeme stellen Funktionen zur Verfügung, die den Datentransfer in verteilten Entwicklungs- und Auftragsabwicklungsteams begünstigen. Einige unterstützen darüber hinaus den Datenaustausch bei unternehmensübergreifenden Kooperationen. Für die Abbildung und Steuerung von Produktentwicklungsprozessen sowie von Routineabläufen, wie sie im Freigabe- und Änderungswesen die Regel sind, stellen die meisten PDM-Systeme Workflowmanagementmodule zur Verfügung. Die Weiterentwicklung der PDM-Technologie mündete in PLM-Systemen. Mit dem Begriff Product Lifecycle Management (PLM) wird zum Ausdruck gebracht, dass entsprechende Systeme den gesamten Produktlebenszyklus und die Gestaltung der Prozesse, Informationen und Daten durchgängig unterstützen. In PLM-Systemen werden das PDM-System und zusätzliche Systeme wie RTM (Requirement Traceability Management), MRO (Maintenance-, Repair- and Overhaul-Management) und CM (Configuration Management) integriert. Ein Ziel von PLM-Systemen ist es darüber hinaus, die Kollaboration zwischen den Unternehmen weitgehend zu unterstützen. Erprobung Ein vordergründiges Ziel der Virtuellen Produktentstehung ist die Erprobung und Absicherung von Produkteigenschaften in frühen Entwicklungsphasen (Frontloading). Dies kann durch den Einsatz adäquater Simulationsmodelle und -verfahren erfolgen, die Produkteigenschaften bereits am virtuellen statt am physischen Produktmodell erproben und zu jedem Zeitpunkt des Gesamtprozesses zur Verfügung stehen. Der Begriff Simulation ist in der VDI-Richtlinie 3633 definiert als,,(...) das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Im weiteren Sinne wird unter Simulation das Vorbereiten, Durchführen und Auswerten gezielter Experimente mit einem Simulationsmodell verstanden [24, Blatt 1]. Als ein Bestandteil der digitalen Erprobung von Produkten werden Digital und Functional Mock-Ups (DMU, FMU) eingesetzt. DMUs bilden durch ein virtuelles Modell Struktur und Geometrie eines Produktes ab und erlauben es, virtuelle Ein- und Ausbauuntersuchungen, Ergonomieuntersuchungen oder Baubarkeitsprüfungen durchzuführen. FMUs ermöglichen es darüber hinaus, die Funktionalität eines Produktes digital zu simulieren und für den Anwender erlebbar zu gestalten (vgl. Smart Hybrid Prototyping [12], Abb. 3). In der Praxis werden sehr unterschiedliche Simulationsverfahren für verschiedenste Problemstellungen in der Produktentwicklung mittels Computer-Aided-Engineering-Systemen (CAE) eingesetzt. Typische Problemstellungen in der Automobilindustrie sind Strömungsverhalten, Crashverhalten, Geräusch-, Vibrations- und Schwingungsverhalten sowie statische Analysen. Aufgrund der Komplexität der zu lösenden Problemstellun- 24 Informatik_Spektrum_34_1_2011

19 Abb. 3 Echtzeitsimulation des physischen Interaktionsverhaltens einer Heckklappe mittels eines Smart-Hybrid- Prototyping-Systems (Foto: Fraunhofer IPK [12]) gen werden keine analytischen Lösungen gefunden, sondern nur Näherungslösungen. In den aktuellen CAE-Systemen werden Simulationsverfahren zunehmend zu einer Co-Simulation (Cooperative Simulation) miteinander kombiniert, um eine realistische Prognose des Systemverhaltens zu ermitteln. Ein Beispiel für eine domänenübergreifende Kopplung wäre die Simulation eines elektrischen Fensterhebers, welche sowohl die Mechanik als auch die Software des Steuerungsgeräts simuliert. Ein weiteres Beispiel stellt die Simulation eines Fahrwerks dar; hierbei werden die Komponenten des Fahrwerks als Mehrkörpersystem und flexible Teile wie Schläuche mithilfe der FEM simuliert. Hinsichtlich des Zeitverhaltens unterscheidet man Simulationen, die das Produktverhalten in interaktiven Echtzeitsimulationen oder nichtinteraktiven numerischen Simulationen darstellen. Eine numerische Simulation besteht in der Regel aus den folgenden Schritten: Datenbeschaffung und -aufbereitung (Pre-Processing), Berechnung (Solving) und Ergebnisauswertung (Post-Processing). Im Pre-Processing werden die Eingangsdaten zur Verfügung gestellt und Randbedingungen definiert. Zu den wichtigsten Eingangsdaten zählen Materialdaten, Simulationsparameter und Bauteilgeometrie etc. Im Post-Processing werden die im Solving berechneten Ausgangsdaten ausgewertet. Zu den wichtigsten Ausgangsdaten zählen Prozesskräfte, Stofffluss, Deformationen, Temperaturen, Spannungen, Umformgrade etc. In Echtzeitsimulationen hingegen appliziert der Benutzer interaktiv die Beanspruchungsarten auf das Modell. Echtzeitsimulationen sind insbesondere geeignet, dem Benutzer um- Abb. 4 Echtzeitsimulation flexibler Teile in einer immersiven VR-Umgebung (Foto: Fraunhofer IPK [18]) fangreiche visuelle Eindrücke des Produkts bzw. von Simulationsdaten zu präsentieren und eine intuitive Handhabung des virtuellen Prototypen zu ermöglichen [8]. Hervorzuheben sind immersive Virtual-Reality- Systeme, die es ermöglichen, virtuelle Prototypen dreidimensional im Maßstab 1:1 in Relation zum eigenen Körper wahrzunehmen und mit ihnen auf realistische und zum Teil intuitive Weise zu interagieren [4, 18]. Typische Funktionen industrieller VR-Systeme sind interaktive Design-Reviews, dynamische Einbau- und Ausbauuntersuchungen, Montageuntersuchungen (beispielsweise mit flexiblen Bauteilen) (Abb. 4), Überprüfung von geplanten Montage- und Wartungsabläufen, Ergonomieuntersuchungen (beispielsweise anhand virtueller Menschmodelle) oder fotorealistische Produktpräsentationen für Management und Vertrieb. Bei den auf dem Markt befindlichen VR-Systemen ist zu erkennen, dass sie jeweils besondere Stärken in einzelnen dieser Felder haben, z. B. in der ästhetischen Produktpräsentation oder in umfangreichen Möglichkeiten zur Interaktion [10]. Digitale Fabrik Die Produktionsplanung ist ein integraler Bestandteil der Virtuellen Produktentstehung und umfasst sowohl die Planung der Prozesse als auch die Planung der Fertigungssysteme [23]. Die Digitale Fabrik dient dazu, die Herstellbarkeit eines Produkts abzusichern und zu optimieren. Dabei wird unter Herstellbarkeit nicht nur die technische Machbarkeit, sondern auch die Wirtschaftlichkeit verstanden. In der Automobilindustrie orientiert sich die Aufteilung der Planungsdiszipli- Informatik_Spektrum_34_1_

20 { VIRTUELLE PRODUKTENTSTEHUNG Abb. 5 Aspekte der Verbindung von Fertigung und Produktentwicklung (KTmfk aus [5]) nen an den jeweiligen Gewerken der Produktion, z. B. Aggregate, Presswerk, Karosseriebau, Lack, Montage, Logistik etc. Innerhalb der Gewerke wird ein breites Spektrum an Fertigungsverfahren eingesetzt, welche ausgehend vom Urformen der Gussteile, der Zerspanbearbeitung an CNC- Bearbeitungszentren über mehrstufiges Tiefziehen vonblechenbiszumlaserschweißenmitrobotern und der manuellen Endmontage reicht (Abb. 5). Die digitale Planung und Absicherung der Produktionsprozesse erfolgt zeitlich überlappend zur Produktentwicklung mit den Werkzeugen der Digitalen Fabrik. Diese ist definiert als ein,,(...) umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen u. a. der Simulation und 3-D-Visualisierung, die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden. Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Strukturen, Prozesse und Ressourcen der realen Fabrik in Verbindung mit dem Produkt [23]. Die Komplexität, die in der Produktionsplanung anzutreffen ist, wird durch Unsicherheiten, Dynamik (Produktänderungen), Variantenvielfalt, Planungsdisziplinen und die Vielzahl der Abhängigkeiten begründet. Wesentliche Vorteile der Digitalen Fabrik ergeben sich aus der frühzeitigen Entwicklung, Simulation und Absicherung der Produktionsprozesse. Dies ermöglicht es, die digitalen Produktmodelle zu einem frühen Zeitpunkt zu bewerten und unter Gesichtspunkten der Prozessoptimierung zu beeinflussen. In der Body-In-White Prozesskette werden spezialisierte Simulationswerkzeuge insbesondere für die Planung von Montage- und Fertigungsprozessen eingesetzt (Abb. 6).Beispielsweisewerden mittels Umformsimulation Tiefziehprozesse des Bleches abgesichert. Im Karosserierohbau überprüfen Robotersimulationen Fügeprozesse, die mit Schweißrobotern durchgeführt werden, hinsichtlich Kollision, Erreichbarkeit der Schweißpunkte und Abtaktung. Die Lackierung der Rohkarosse wird ebenfalls simuliert, so kann z. B. die Dicke des Lacks optimiert werden oder die Erreichbarkeit und der Abfluss der Grundierung beim Tauchbad simuliert werden. In der Endmontage werden virtuelle Menschmodelle herangezogen, um die Montageprozesse hinsichtlich der Erreichbarkeit, der Ergonomie oder der Sichtbarkeit abzusichern. Neben den Montage- und Fertigungsprozessen werden zusätzlich die auch Materialflüsse und das Produktionslayout hinsichtlich der Durchlaufzeiten und der Dimensionierung der Puffer mit Materialflusssimulationen optimiert. Ausblick Die zu erwartende Weiterentwicklung der Virtuellen Produktentstehung aus der Sicht der anwen- 26 Informatik_Spektrum_34_1_2011