Engineering smarter digitaler Ökosysteme

Das Unbeherrschbare beherrschbar machen

5. Oktober 2022, 11:00 Uhr | Von Dr. Rasmus Adler und Prof. Dr. Peter Liggesmeyer
Was als »Internet der Dinge« begonnen hat, weitet sich aus zu intelligenten, digitalen Ökosystemen mit einer immer umfassenderen Vernetzung und den damit verbundenen Wechselwirkungen
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Was als »Internet der Dinge« begonnen hat, weitet sich aus zu intelligenten, digitalen Ökosystemen mit einer immer umfassenderen Vernetzung. Die damit verbundenen Wechselwirkungen stellen Ingenieure und Unternehmen vor neue Herausforderungen.

Das Systems und Software Engineering fokussierte lange Zeit auf einzelne Systeme – z. B. auf eine Maschine oder ein einzelnes Fahrzeug. Das Systems Engineering fungiert dabei insbesondere als Bindeglied zwischen den Ingenieursdisziplinen Mechanik und Elektrotechnik sowie der Informatik. Die Software hat seit ihrem Einzug in technische Systeme an Bedeutung gewonnen. Sie spielt heute eine Schlüsselrolle für Innova–tionen und hat zu Begriffen wie »softwaredefiniertes Fahrzeug« geführt. Software ermöglicht neue Geschäftsmodelle, bei denen nicht mehr primär das physische Produkt verkauft wird, sondern seine softwarebasierten Fähigkeiten. Selbst bei sicherheitskritischen Systemen, bei denen das Nachladen oder Freischalten von softwarebasierten Fähigkeiten Risiken birgt, ist dieser Trend zu beobachten.

Zunehmend werden auch »As-a-Service«-Geschäftsmodelle angeboten, bei denen Kunden keine physischen Produkte mehr besitzen. Stattdessen wird die Nutzung von Diensten abgerechnet – und das auch nur dann, wenn solche Dienste in Anspruch genommen werden. Man erwirbt beispielsweise kein Fahrzeug, sondern zahlt für einen Mobilitätsdienst. Ein Landwirt kauft keine Pestizide oder Feldroboter, die Unkraut jäten, sondern den Dienst »Pflanzengesundheit«.

Der Betrachtungsbereich des Engineerings wächst somit über die Grenzen eines einzelnen Systems hinaus. Verschiedene Systeme und Organisationen arbeiten zusammen, um einen neuen Dienst zu erbringen oder einen bereits vorhandenen Dienst ressourcenschonender, schneller oder günstiger anzubieten.

Alles mit allem verbunden

Diese Entwicklung in der digitalen Transformation hält in vielen Branchen Einzug und verbindet ehemals getrennte Märkte. Digitale Produkte, Prozesse und Geschäftsmodelle lassen neue Märkte entstehen, haben existierende Märkte radikal verändert und werden sie weiter verändern.

Viele Zukunftsvisionen – ob »Manufacturing as a Service« oder »Mobility as a Service« – basieren auf technologischen Fortschritten im Bereich der Vernetzung und künstlichen Intelligenz (KI). Die Fortschritte markieren den Beginn einer neuen Ära. In einer zunehmend vernetzten Welt müssen häufig schnell viele Informationen verarbeitet werden, um die »Dinge« im Internet der Dinge situationsspezifisch zu kontrollieren und zu steuern. Solche Steuerungsaufgaben übertreffen oft menschliche Fähigkeiten und sind ein Treiber für die Einführung autonomer Systeme.

Weiterhin werden die Wechselwirkungen zwischen autonomen Systemen zunehmen. Die Entscheidungen bezüglich des Materialflusses eines fahrerlosen Transportsystems, bestehend aus einer Flotte von autonomen mobilen Robotern, steht in Wechselwirkung mit den Adaptionsent- scheidungen der wandelbaren Fabrik. Diese wiederum stehen in Wechselwirkung mit Entscheidungen eines teilautomatisierten Lieferkettenmanagements.

Das Engineering solcher »smarten digitalen Ökosysteme« birgt enormes Potenzial, um das Spannungsfeld zwischen drängenden ökologischen, sozialen und ökonomischen Herausforderungen zu lösen.

Jedoch werden neue Systems- und Software-Engineering-Ansätze benötigt, um trotz der hohen Systemkomplexität einen verlässlichen und insbesondere sicheren Betrieb zu garantieren. Die Ansätze müssen nicht nur mit den komplexen Wechselwirkungen der technischen Teilsysteme umgehen können, sondern auch mit den Wechselwirkungen zwischen Technik, Mensch und Umwelt. In einer smarten Stadt gibt es beispielsweise komplexe Wechselwirkungen zwischen der Technik und den Bewohnern. Beim »Smart Farming« gibt es komplexe Wechselwirkungen zwischen Technik und dem landwirtschaftlichen Ökosystem. Die digitale Transformation ist eine Gestaltungsaufgabe, die ohne geeignete Systems- und Software-Engineering-Ansätze nicht zu bewältigen ist.


  1. Das Unbeherrschbare beherrschbar machen
  2. Drei Herausforderungen

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