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JAHRESBERICHT 2012 | 2013 Technologie Lebensräume Forschung IKT Transfer Vernetzung Innovation FZI FORSCHUNGSZENTRUM INFORMATIK


FZI-Jahresbericht 2012 | 2013 Mai 2013 Herausgeber: Der Vorstand des FZI Dipl. Wi.-Ing. Michael Flor Prof. Dr. Andreas Oberweis Prof. Dr. Ralf Reussner Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner FZI Forschungszentrum Informatik Haid-und-Neu-Str. 10–14 76131 Karlsruhe, GERMANY Tel. +49 721 9654-0 Fax +49 721 9654-959 E-Mail: fzi@fzi.de FZI Forschungszentrum Informatik|Gemeinnützige Stiftung des bürgerlichen Rechts, Az: 14-0563.1, RP Karlsruhe Vorstand: Michael Flor, Andreas Oberweis, Ralf Reussner, J. Marius Zöllner|Vorsitzender des Kuratoriums: Ministerialdirigent Günther Leßnerkraus 2 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS VORWORT DES VORSTANDS 4–5 ANWENDUNGSFELDER UND AUSGEWÄHLTE PROJEKTE Energie Projekt Energiemanagement mit intelligenten Haushaltsgeräten Wissen und Informationsdienste Projekt xDelia Software-Entwicklung Projekt Cumulus4j Gesundheitswesen Projekt Wegweiser Pflege und Technik Mobilität Projekt OpEneR Automation und Robotik Projekt viEMA-Werkserprobung bei Bosch Produktion und Logistik Projekt RAN 6–21 8–9 10–11 12–13 14–15 16–17 18–19 20–21 FZI HOUSE OF LIVING LABS 22–27 ORGANISATION Wir über uns Unsere Forschungsbereiche Zahlen und Fakten 28–41 30 32–39 40–41 HIGHLIGHTS Ausgezeichnet Personelles Gründen Netzwerken Zusammenarbeiten Aus- und Weiterbilden 42–61 44–45 46–47 48–49 50–55 56–59 60–61 IMPRESSUM 63 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 3


SEHR GEEHRTE DAMEN UND HERREN, LIEBE FREUNDE UND FÖRDERER DES FZI! Dem FZI ist mit dem Aufbau des House of Living Labs (HoLL) in der Haid-und-Neu-Straße 5a die Etablierung einer einzigartigen Plattform für unsere Partner zur Inspiration, Erforschung und Erprobung neuartiger Dienste gerade an den Schnittstellen der Informatik zu den Anwendungen gelungen. Selbst europaweit ist unser HoLL mit sieben Living Labs und über 2000 qm Fläche einzigartig in der Breite der abgedeckten Themen, die allesamt gesellschaftliche Herausforderungen der Zukunft bearbeiten. Und dennoch: auf diesem Erfolg darf sich das FZI nicht ausruhen. Ganz im Gegenteil: das Jahr 2012 war geprägt von der Weiterentwicklung und dem Ausbau des HoLL. Hier gilt es insbesondere zwei unserer Projekte des Spitzenclusters Elektromobilität Süd-West, AUTOPLES und GreenNavigation, zu nennen, die an den Schnittstellen der FZI Living Labs smartMobility, Automotive, mobileIT/mobileBusiness sowie smart Energy angesiedelt sind. Dass das FZI mit dem HoLL auf „das richtige Pferd“ gesetzt hat, zeigt sich schon jetzt; nicht zuletzt in den hochrangigen Besuchern, die das HoLL ans FZI holte. EU-Kommissar Günther Oettinger besuchte es am 28.9.2012 und war beeindruckt von der Forschungskraft und Innovation, die das FZI hier demonstriere. Weitere hochrangige Gäste waren die Ministerialräte Dr. Goerdeler und Dr. Tettenborn aus dem BMWi in Berlin sowie die Mitglieder der Landtagsfraktion der FDP. Ebenso beeindruckt war der britische Botschafter Simon McDonald, der bei seinem Besuch am 7.3.2013 das HoLL als „House of the Future“ treffend charakterisierte. Am 12.10.2012, als das HoLL im Rahmen der 40-Jahr-Feier der Fakultät für Informatik des KIT seine Türen der Öffentlichkeit öffnete, hatten wir ein volles „House“. Die strategische Relevanz des FZI House of Living Labs wird auch deutlich in der Etablierung einer neuen Stelle für einen Leiter des HoLL. Wir sind froh, Dr. Stefan Hellfeld ab dem 1.1.2013 für die Leitung gewonnen zu haben. Neben seiner Kernaufgabe, das HoLL strategisch weiterzuentwickeln, ist er auch die zentrale Ansprechperson für alle Fragen rund um das House of Living Labs. Gerade wenn Sie unsicher sind, welches oder welche Kombination von Living Labs für Ihr Unternehmen die geeignete Innovationsplattform ist, schneidert Ihnen Stefan Hellfeld passgenaue Lösungen. Eine weitere Leitungsstelle besetzt Frank Kleiner, bisher Abteilungsleiter der Stabsstelle Rechner- und Datenkommunikation (RuD), seit dem 1.02.2013 als Technischer Leiter des FZI. Damit ist er für die strategische technische Ausrichtung des FZI im Bereich IT und sonstiger FZI-weiter Technik sowie für die Stabsstelle RuD und den inneren Dienst verantwortlich. Das FZI sieht es als außerordentlichen Erfolg an, Professor Dr. Stefan Jähnichen von der TU Berlin als Assoziierten Direktor seit dem 1.11.2012 gewonnen zu haben. Professor Jäh nichen ist vielen in der Informatikszene sehr bekannt, u. a. durch sein Amt als Präsident der Gesellschaft für Informatik in den Jahren 2008 bis 2011 und aufgrund seiner langjährigen Erfahrung als Institutsleiter des Fraunhofer FIRST. Professor Jähnichen leitet nun gemeinsam mit Professor Tai unsere Außenstelle in Berlin in der Friedrichstraße 60 und wird sie um die Themen Simulation und Blended Learning ergänzen. Auch in Karlsruhe gab es personelle Veränderungen. Nach acht Jahren Vorstandsarbeit schied zum 31.12.2012 Professor Dr. Rudi Studer aus dem Vorstand aus. Seit Anfang 2006 war Rudi Studer Sprecher des Vorstands. Während seiner Vorstandszeit erlebte das FZI ein rasantes Wachstum, den Aufbau des HoLL und der Außenstelle Berlin. Rudi Studer ist es gelungen, trotz dieser in vielerlei Hinsicht „Verdoppelung des FZI“ dennoch die Konsolidierung und Nachhaltigkeit unserer Forschungseinrichtung im Blick zu halten. In sehr sympathischer Weise, mit Augenmaß und Beharrlichkeit hat er das FZI höchst erfolgreich geführt. Wir danken ihm sehr herzlich dafür! Rudi Studer wird sich weiter im FZI als Direktor engagieren. Nachfolger im Vorstand wird Professor Dr. Andreas Oberweis, Nachfolger als Sprecher wird Professor Dr. Ralf Reussner, der schon seit 2011 dem Vorstand angehört. Für die Kontinuität des FZI ist eine andere Personalie prägend: in der Kuratoriumssitzung wurde Dipl.-Wi.-Ing. Jan Wiesenberger als Nachfolger unseres kaufmännischen Vorstands Dipl. Wi.-Ing. Michael Flor bestätigt. Damit ist mit dem neuen Vorstand der Generationenwechsel nun vollständig gelungen. Prof. em. Dr. Dr. h. c. Wolffried Stucky ist zu Beginn des Jahres aus dem aktiven Wirken als Direktor ausgeschieden. Er engagierte sich viele Jahre lang in bemerkenswerter Weise als Direktor und Vorstand am FZI. In Anerkennung seiner Dienste wurde ihm der Status Direktor emeritus verliehen. Wir danken ihm herzlich für sein langjähriges Engagement. Bereits im Sommer 2011 erzielte das FZI eine Zertifizierung für sein Qualitätsmanagementsystem (QMS) nach DIN EN ISO 9001:2008 und DIN EN ISO 13485:2010 für Forschungsbereiche mit Anwendungsforschung im Bereich Medizinprodukte. Im Berichtsjahr wurde das QMS erfolgreich weiterentwickelt. Die Normkonformität und der gelebte, kontinuierliche Verbes- 4 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


VORWORT DES VORSTANDS serungsprozess konnten in einem Überwachungs- und Rezertifizierungsaudit im Juni 2012 positiv bestätigt werden. Für Aufbau, Weiterentwicklung und Koordination des QMS wurde eine Stabsstelle geschaffen. Neben der effizienten und nachhaltigen Umsetzung des QMS zählt die Koordination des FZI-internen Wissensmanagements zu den Aufgaben der neu geschaffenen Stabstelle. Wir freuen uns, dass seit 1.9.2012 Dr.-Ing. Nicole Groß diese verantwortungsvolle Aufgabe am FZI wahrnimmt. Ein Highlight in der Außendarstellung des FZI war die Präsenz des FZI auf der CeBIT 2013, wie im vergangenen Jahr gemeinsam mit dem KIT. Unser gemeinsamer Stand zog eine Vielzahl von Besuchern an, an ihrer Spitze die EU-Kommissarin für die Digitale Agenda und Vizepräsidentin der Europäischen Kommission Neelie Kroes sowie Staatssekretär Ingo Rust aus dem Ministerium für Finanzen und Wirtschaft des Landes Baden- Württemberg. Neu in 2013 war unser Konzept, den Startup- Unternehmen aus dem FZI die Möglichkeit zur Präsentation zu geben, eingebettet in den Stand des FZI. Teilgenommen haben die FZI-Spin-Offs audriga und nubedian, die ihre Leistungen zum E-Mail-Umzug in der Cloud und cloudbasierte Lösungen für das Gesundheits- und Sozialwesen präsentierten. Dank und Ausblick Mit dem HoLL besitzt das FZI nach wie vor eine einzigartige Forschungsplattform, gerade auch für unsere mittelständischen Partner. Wir bauen die Wettbewerbschancen, die das HoLL uns bietet, systematisch weiter aus. In der Außenstelle Berlin können wir unser Angebot als einer der führenden mittelständischen Forschungs- und Transferdienstleister auch bundesweit gut sichtbar darstellen. Der neue Vorstand hat den Generationenwechsel an der Spitze des FZI vollzogen, sodass wir voller Zuversicht in die Zukunft schauen. Wir möchten uns an dieser Stelle bei allen Förderern und Wegbegleitern des FZI für ihre tatkräftige Unterstützung im Berichtsjahr bedanken. Spezieller Dank gilt unseren Direktoren, Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die durch ihr außergewöhnliches Engagement den Erfolg des FZI in 2012 möglich gemacht haben. Mit diesen Voraussetzungen sowie der Hilfe und Unterstützung unserer Freunde und Förderer sehen wir den Herausforderungen der Zukunft optimistisch entgegen. DER VORSTAND DES FZI J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 5


Lösung Anwendung Puls der Zeit Herausforderung Information 6 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


FORSCHUNG UND AUSGEWÄHLTE PROJEKTE ENERGIE 8 Projekt Energiemanagement mit intelligenten Haushaltsgeräten 9 WISSEN UND INFORMATIONSDIENSTE 10 Projekt xDelia 11 SOFTWARE-ENTWICKLUNG 12 Projekt Cumulus4j 13 GESUNDHEITSWESEN 14 Projekt Wegweiser Pflege und Technik 15 MOBILITÄT 16 Projekt OpEneR 17 AUTOMATION UND ROBOTIK 18 Projekt viEMA-Werkserprobung 19 PRODUKTION UND LOGISTIK 20 Projekt RAN 21 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 7


ANWENDUNGSFELD ENERGIE Schwankende Stromerzeugung durch erneuerbare Energien wirkt sich auf die Netzstabilität aus. Kritische Netzsegmente müssen zunehmend überwacht und die Stromeinspeisung unter Umständen reduziert werden. Am FZI entwickeln wir Me - thoden und Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung des Netzzustandes und entwickeln Mechanismen zur intelligenten Steuerung von flexiblen Verbrauchern und anderen relevanten Komponenten des Stromnetzes. Gebäude wie auch Produktionsanlagen sollen intelligent gemacht und so beispielsweise in die Lage versetzt werden, den Verbrauch zu flexibilisieren, Lastspitzen zu vermeiden und Systemdienstleistungen bereitzustellen. Neben der technischen Inte gra tion ist die Entwicklung von adäquaten Anreiz- und Steuerungsmechanismen erforderlich. Immer mehr Strom wird aus alternativen Erzeugungsanlagen ins Netz eingespeist. Das stellt die Energieversorgung, die bislang auf einer überschaubaren Anzahl von Großkraftwerken beruhte, vor neue wirtschaftliche und technische Herausforderungen. Dezentrale Einspeisung und fluktuierende Stromerzeugung insbesondere aus Wind- und Photovoltaik-Kraftwerken erfordern neue Lösungen zur Netzsteuerung. Eine wichtige Rolle können hier intelligente Netzkomponenten übernehmen; zum Beispiel Energiemanagementsysteme für Ortsnetzstationen, Umspannwerke und Gebäude. Damit diese Energiemanagementsysteme die gewünschte Wirkung entfalten können, müssen Erzeuger, Abnehmer und Speichersysteme durch Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) vernetzt werden – durchgängig vom Kraftwerk bis beispielsweise zur Elektrofahrzeug-Ladestation. Am FZI erarbeiten wir Konzepte, Methoden, Algorithmen, Software und Software-/Hardware-Lösungen für die effiziente Ressourcennutzung im Energiesystem der Zukunft. KOORDINATIONSMECHANISMEN UND STEUERUNGS- STRATEGIEN Um Stromangebot und Stromabnahme intelligent koordinieren zu können, konzipieren und evaluieren wir Methoden und Verfahren für eine orts-, zeit- und nutzungsvariable Anpassung des Stromverbrauchs an die Stromerzeugung. Als Anreizsysteme können unterschiedliche Tarife eingesetzt werden, die z. B. in Form von dynamischen Preissignalen automatisierte Geräte und Anlagen zu einer Anpassung ihrer Nachfrage unter Berücksichtigung von Präferenzen und Anforderungen veranlassen. MARKTINTEGRATION UND NUTZERPARTIZIPATION Die Kunden mitzunehmen in die Zukunft einer Energieversorgung, an der sie selbst aktiv beteiligt sind, gehört ebenso zu den großen Aufgaben der Realisierung des Smart Grid wie seine technischen Lösungen. Um privaten wie gewerblichen Stromkunden ihre neue Rolle so einfach wie möglich zu machen, wird am FZI erforscht, wie man Entscheidungsprozesse unter Berücksichtigung der Kundenpräferenzen automatisieren kann. Dazu werden Methoden zur Charakterisierung des individuellen Verbrauchsverhaltens eingesetzt, persönliche Präferenzen des Kunden analysiert und unter Berücksichtigung des Datenschutzes in den Verfahren abgebildet. Darauf aufbauend entwickeln wir Entscheidungsunterstützungssysteme im Smart-Grid-Umfeld. EFFIZIENTE VERNETZUNG FÜR INTELLIGENTES GEBÄUDE-ENERGIEMANAGEMENT Damit Lasten flexibel verteilt werden können, müssen Erzeuger, Verbraucher und Speicher durch IKT vernetzt sein. Das FZI definiert Datenmodelle für eine verteilte IKT-Infrastruktur zum integrierten Energiemanagement in Gebäuden und Produktion und forscht an Optimierungsalgorithmen zur Koordination der Lastflüsse. Ansätze und Lösungen werden im FZI House of Living Labs entwickelt und getestet. FORSCHUNGSUMGEBUNGEN AM FZI Das gesamte FZI House of Living Labs ist eine einzigartige Forschungs-, Entwicklungs- und Evaluationsumgebung für moderne Energiemanagementsysteme und -verfahren. Der Gebäudebetrieb stellt den Wissenschaftlern reale Bedingungen und echte Daten durch verschiedene Anlagen im Produktivbetrieb zur Verfügung. Photovoltaikzellen sowie eine KWK-Anlage ergänzen die konventionelle Stromversorgung. Für die Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch sind verschiedene thermische und elektrische Speicher vorhanden. Die Integration der zahlreichen vernetzten Erzeuger, Verbraucher und Speicher in das Gebäude-Energiemanagement steht im FZI Living Lab smartEnergy im Vordergrund. Schnittstellen gibt es zum Living Lab smartHome/AAL, das mit intelligenten Gebäudeautomatisierungssystemen und kommunikationsfähigen Haushaltsgeräten ausgestattet ist. Im FZI Living Lab smartAutomation steht die Energieeffizienz in der Industrieautomatisierung, im FZI Living Lab smartMobility stehen Elektrofahrzeuge als Verbraucher, aber auch als Energiespeicher, im Mittelpunkt. ANWENDUNGSFELD ENERGIE Mehr Informationen unter www.fzi.de/energie 8 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


PROJEKT INTELLIGENTE HAUSHALTSGERATE Ä ENERGIEMANAGEMENT MIT INTELLIGENTEN HAUSHALTSGERÄTEN Das Traditionsunternehmen E.G.O. ElektroGerätebau GmbH Oberderdingen untersucht mit Unterstützung des FZI die Einbindung moderner Haushaltsgeräte in Gebäude-Energiemanagementsysteme. Auf diese Weise soll die Abnahme des Stromverbrauchs der Geräte künftig passend zum aktuellen Lastaufkommen im Fremd- und Eigenstromnetz gesteuert und Mehrwertdienste angeboten werden können. Mit dem FZI House of Living Labs (HoLL) steht für die Entwicklung von Software, Signal- und Steuereinheiten sowie die praktische Erprobung des Zusammenspiels aller Komponenten im realen Gebäude eine einzigartige Forschungsumgebung zur Verfügung. Konventionelle Kraftwerke und alternative Stromerzeugungsanlagen können Energie nicht immer gleichmäßig in die Netze einspeisen. Auf der Verbraucherseite ist die Stromabnahme natürlich auch nicht konstant. Lastflexibles Energiemanagement soll in Zukunft dafür sorgen, dass Schwankungen in der Stromerzeugung ausgeglichen und alle verfügbaren Energieressourcen, also auch weitere Energieträger wie Erdgas oder Fernwärme, optimal genutzt werden. Vom Gebäude-Energiemanagementsystem erhalten Elektrogeräte Signale, wann Energie effizient verbraucht, wann sie gespart und wann sie gespeichert werden sollte. Dabei wird z. B. die eigene Stromerzeugung im Gebäude sowie auch der Zustand im Stromnetz berücksichtigt. Die Basis des Gebäude-Energiemanagements im HoLL (s. linke Seite „Forschungsumgebungen am FZI“) bildet das Software- Framework Organic Smart Home. Dieses Rahmenwerk ist in Forschungsprojekten am Institut AIFB des Karlsruher Instituts für Technologie entstanden. Es wurde weiterentwickelt, um die elektrischen und thermischen Energieströme zu erfassen und die Energieerzeuger, Energiespeicher und Verbraucher zu steuern. Zur eigenen Energiebereitstellung stehen im HoLL ein Blockheizkraftwerk und eine Photovoltaik-Anlage sowie zusätzlich eine Adsorptionskältemaschine mit entsprechenden Speichern zur Verfügung; ideale Bedingungen, um Interdependenzen zwischen Energieträgern und Energieformen bei der Optimierung der Energieflüsse im Smart Building zu berücksichtigen. Das FZI Living Lab smartHome/AAL, eines von sieben FZI Living Labs unter dem Dach des HoLL, ist mit Haushaltsgeräten unterschiedlicher Hersteller ausgestattet. Die in den Geräten verbaute Steuerelektronik von E.G.O. wird sukzessive mit Kommunikationsmodulen (Appliance Connector) ausgestattet. Zusätzlich wurden sogenannte Smart Plugs – ebenfalls eine Entwicklung von E.G.O. – in der Laborumgebung installiert und in das Organic Smart Home integriert. Die Smart Plugs erfassen die Leistungsprofile der angeschlossenen Geräte und können diese zudem schalten. Hierdurch können auch nicht kommunikationsfähige Haushaltsgeräte ins Gebäude- Energiemanagement einbezogen werden. Im FZI Living Lab smartEnergy steht ein klassischer Wäschetrockner als Testgerät zur Verfügung. Wird er vom Stromnetz getrennt, speichert er den aktuellen Programmfortschritt und setzt bei Wiederherstellung der Stromversorgung das Wäschetrocknen genau dort fort, wo das Programm unterbrochen wurde. Mit Hilfe eines Smart Plug kann dieser Wäschetrockner somit relativ simpel in ein Energiemanagementsystem eingebunden werden. Er steht damit exemplarisch für technische Lösungen, die den schrittweisen Übergang zu intelligenten Haushaltsgeräten ermöglichen. Die technische Anbindung der E.G.O. Smart Plugs und Appliance Connectors erfolgt mit dem Kommunikationsstandard ZigBee an ein ebenfalls von E.G.O. entwickeltes Smart Home Gateway, welches über eine Referenz-Implementierung des EEBus verfügt. Mit diesem Gateway können Daten unterschiedlicher Bussysteme abstrahiert und unter Verwendung einer standardisierten Schnittstelle angesprochen werden. Die Datenabstraktion des EEBus wurde von der Firma Kellendonk im Rahmen des Förderprogramms „E-Energy“ entwickelt. Die EEBus Initiative e. V. verfolgt die Vernetzung von Smart Grid und Smart Consumer anhand eines standardisierten Vernetzungskonzeptes (EEBus) mit dem Ziel einer internationalen Normung. Im weiteren Verlauf des Projektes werden neben technischen Fragestellungen des Energiemanagements elektrischer Geräte und Anlagen auch Mehrwertdienste untersucht, welche Funktionen des Energiemanagements mit Services für Komfort und Sicherheit verknüpfen und Schnittstellen für Systeme aus den unterschiedlichen Domänen eines Smart Homes schaffen. Hierbei dient das Organic Smart Home in Kombination mit dem EEBus als Plattform für eine weitestgehend standardisierte Integration. Ansprechpartner am FZI: Birger Becker, bbecker@fzi.de PROJEKT INTELLIGENTE HAUSHALTSGERÄTE ·· Kopplung von intelligenten Haushaltsgeräten mit Verfahren des Gebäude-Energiemanagements ·· Anwendungstests im FZI Living Lab smartHome/AAL ·· Partner: E.G.O. ElektroGerätebau GmbH J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 9


ANWENDUNGSFELD WISSEN UND INFORMATIONSDIENSTE Die immer größere Wissensintensität von Produkten und Dienstleistungen, technologische Entwicklungen, aber auch der globale Konkurrenzdruck bedeuten, dass der Erfolg einer Organisation wie auch die Wohlfahrt einer Gesellschaft in immer stärkerem Maße von Informationen und Wissen abhängen. Das richtige Wissen zu erfassen oder aus einer ständig wachsenden Datenflut abzuleiten, um es dann im richtigen Moment in der richtigen Form am richtigen Ort zum Einsatz zu bringen, ist deswegen unser Forschungsziel. Das FZI betrachtet in diesem Anwendungsfeld besonders neue Ansätze, um Wissen aus großen Datenmengen (Big Data) oder der kollektiven Intelligenz vieler Menschen zusammenzutragen; ebenso, wie betriebliche Informationssysteme durch Cloud Computing besser werden und Lernen unterstützen können. (MOBILE) KOLLABORATION UND KOLLEKTIVE INTELLIGENZ In den letzten Jahren im Internet entstandene Methoden und Techniken wie Wikis haben den Beitrag und das Kombinieren von Informationen ins Internet und Intranet radikal vereinfacht. Durch diese Techniken kann die kollektive Intelligenz immer größerer Gruppen effizient zusammengebracht und nutzbar gemacht werden. Zusammen mit der schnellen Entwicklung von internetfähigen und mit Sensoren versehenen Smartphones entsteht die Basis für eine neue Generation des betrieblichen Wissensmanagements, bei dem Daten und Wissen von allen und für jeden Mitarbeiter genau im Moment der Anwendung erfasst und bereitgestellt werden können. KA-Feedback – eine vom FZI entwickelte App, mit der Bürger der Stadt Karlsruhe Hinweise zur Verbesserung der Infrastruktur geben können. Die App dient auch der Erforschung von Rahmenbedingungen für erfolgreiche mobile Kollaboration. Das FZI untersucht hier beispielsweise seit Anfang 2012 im PartSense-Projekt, wie die verteilte Datenerfassung mit Smartphones besser ermöglicht werden kann. Wie man Techniken wie Wikis für die Verbreitung von Information im Pflegebereich verwenden kann, erproben wir in weiteren Transferprojekten (s. auch Seite 15, Projekt Wegweiser Pflege und Technik). WISSEN AUS BIG DATA Immer kostengünstigere und genauere Sensoren, umfangreiche Datensammlungen aus betrieblichen Informationssystemen und auch das Soziale Web bedeuten eine Datenflut, deren Verarbeitung erhebliche technische Herausforderungen birgt. Gleichzeitig schafft die große Menge verfügbarer Daten viele neue Chancen zur Optimierung von Produkten und Dienstleistungen. In diesem Feld untersuchen wir unter anderem in der Shared Research Group Corporate Services and Systems, einer Forschungs- und Entwicklungskooperation von Bayer, FZI und KIT, wie auf Basis solcher Datenmengen die Finanzplanung eines Großunternehmens verbessert werden kann. CLOUD COMPUTING UND CLOUD SERVICES Der Trend, IT-Dienstleistungen über das Internet anzubieten und abhängig von der Nutzung abzurechnen, bietet neue Möglichkeiten, innovative Dienste in diesem Bereich kostengünstig zu nutzen wie auch neue Möglichkeiten, solche Dienste selbst anzubieten. In diesem Themenbereich untersucht das FZI insbesondere, wie die Sicherheit und gesetzeskonforme Verarbeitung von Informationen in der Cloud sichergestellt werden kann und wie Standards die Verbreitung von Cloud Computing unterstützen können. TECHNOLOGIEGESTÜTZTES LERNEN Technologiegestütztes Lernen ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung und Entwicklung am FZI. Besonders im Rahmen der EU-FP7-Projekte MIRROR und xDelia (s. nachfolgende Seite) hat das FZI dabei auch neue Arten des technologiegestützten Lernens entwickelt. Beispielsweise werden im Projekt MIRROR über Mobiltelefone und am Körper getragene Sensoren Information aus dem Arbeitsleben gesammelt. Diese Daten werden dann vom Computer ausgewertet und präsentiert. Auf diese Weise werden Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bei der Reflexion über ihre Arbeit unterstützt. Es soll für sie z. B. möglich werden, besser zu verstehen, welche Aspekte ihrer Arbeit ihnen Stress verursachen – was ihnen im Anschluss helfen kann, einen besseren Umgang damit zu erlernen. ANWENDUNGSFELD WISSEN UND INFOR- MATIONSDIENSTE Mehr Informationen unter www.fzi.de/wissen 10 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


PROJEKT xDELIA SPIELERISCH EINEN BESSEREN UMGANG MIT EMOTIONEN BEI GELDGESCHÄFTEN LERNEN Warum tendieren Menschen dazu, unerwartete Gewinne leichtfertig wieder auszugeben? Warum weigern sie sich, Aktien zu verkaufen, die im Minus stehen? Sieben Partner aus England, Dänemark, Schweden, den Niederlanden, Spanien und Deutschland hatten sich zum Ziel gesetzt, das Entscheidungsverhalten von Menschen beim Handel auf elektronischen Plattformen zu verbessern. Im Zentrum des xDelia-Projektes stand das Verhalten von Händlern und privaten Investoren der dänischen Investmentbank SAXO Bank. Das FZI hat Biofeedback-Spiele zum Erlernen der Kontrolle von Emotionen mitentwickelt und evaluiert. Richtige Finanzentscheidungen zu treffen, ist sowohl im beruflichen als auch im privaten Umfeld ein essentieller Bestandteil unseres täglichen Lebens. Trotzdem begehen Menschen systematische Fehler bei Finanzentscheidungen. Häufig sind die mit den Entscheidungen verbundenen Emotionen der Grund dafür. Das EU-FP7-Projekt xDelia hat in den vergangenen drei Jahren einen innovativen Weg beschritten, um das Verhalten von Menschen bei Finanzentscheidungen nachhaltig zu verbessern: unter anderem mit Hilfe tragbarer Sensoren zum Messen von Emotionen und sogenannten „Serious Games“, also ernsthaften Computerspielen. Grundannahme war, dass ein Schlüsselaspekt beim Umgang mit Emotionen die Fähigkeit ist, diese kontrollieren und regulieren zu können. Menschen, die ihre Emotionen gut regulieren können, behalten in kritischen Situationen den sprichwörtlichen „kühlen Kopf“. Und den braucht man beim Aktienhandel. Klassische Lernansätze helfen nur begrenzt, die notwendigen Fähigkeiten zu vermitteln, um Finanzentscheidungsfehler zu vermeiden und bei den Entscheidungen die eigenen Emotionen besser zu berücksichtigen. xDelia verfolgte den Ansatz, Emotionsregulation zu trainieren. Die beteiligten Forscherteams entwickelten eine learning journey, eine spielerische Lernreise, mit dem Ziel, Emotionsregulation und somit das Finanzverhalten von Händlern und privaten Investoren nachhaltig zu verbessern. Ein Kernaspekt war dabei die Entwicklung einer Reihe von sogenannten Biofeedbackspielen, für deren Umsetzung und Evaluierung das FZI maßgeblich verantwortlich war. Am FZI wurden dazu mobile Sensortechnologien eingesetzt, die gewonnenen Erkenntnisse in kürzester Zeit (online) ausgewertet und in professionellen Spielumgebungen mit experimenteller Wirtschaftsforschung und Psychologie kombiniert, um den Zusammenhang zwischen emotionalen Einflüssen und dem Entscheidungsverhalten festzustellen. Bei Biofeedbackspielen werden Vitaldaten sensorisch erfasst, zum Beispiel wird die Herzrate des Spielers kontinuierlich gemessen und in ein Maß für emotionale Erregung umgewandelt. Dieses kann dann als Biofeedback online wieder in das Spiel einfließen und z. B. auf dem Bildschirm angezeigt werden. Somit erhält der Spieler Informationen über seine gegenwärtige emotionale Verfassung. Das Biofeedback erfolgt aber nicht nur visuell. Zusätzlich wird die Spielschwierigkeit an die emotionale Erregung gekoppelt. Über diesen Hebel kann die erfolgreiche Regulation von Emotionen belohnt, schlechte Regulation hingegen bestraft werden. Die Spiele sollen Händlern und Investoren helfen, ein stärkeres Bewusstsein für den Einfluss ihrer Emotionalität zu entwickeln, und die Fähigkeit stärken, auch unter großem Stress aktiv Emotionsregulation zu trainieren. Entlang der learning journey wurden die Spiele schrittweise realistischer gestaltet bis hin zum echten Handel auf elektronischen Plattformen. Somit helfen die Spiele, die erlernten Fähigkeiten auch im realen Aktienhandel zu nutzen. Das FZI brachte vor allem bei der Entwicklung und Evaluation des Biofeedback-Spiels Auction Game neben seiner Erfahrung mit der Erfassung und Auswertung von Biosignalen aus Vitalsensoren seine umfassenden Kompetenzen in der Erforschung elektronischer Auktions- und weiterer Marktplattformen sowie der Untersuchung menschlichen Verhaltens unter Emotionalität ein. Zur Evaluation der eingesetzten Methoden wurden die Spiele auch in verhaltensökonomischen Experimenten mit Studenten im Labor untersucht. Maßgeblich für die Nutzung von Biofeedback in den Spielen war dabei die am FZI entwickelte Middleware xAffect, die online Biofeedback basierend auf verschiedenen Vitalsignalen wie Herzrate oder Hautleitwert für verschiedene Anwendungen ermöglicht. Ansprechpartner am FZI: Rico Knapper, knapper@fzi.de PROJEKT xDELIA ·· Ein Großteil der wissenschaftlichen Projektergebnisse ist bereits im Internet unter www.xdelia.org zu finden. ·· Die Middleware xAffect ist zum Projektende als Open-Source-Version veröffentlicht worden unter http://www.xaffect.org/ J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 11


ANWENDUNGSFELD SOFTWARE-ENTWICKLUNG Aus dem allgegenwärtigen Einsatz von Software ergeben sich komplexe Anforderungen an die Software-Entwicklung. Unsere Teams arbeiten an innovativen Entwurfsmethoden und softwaretechnischen Lösungen für die Konstruktion von Softwaresystemen, die ökonomisch hergestellt und betrieben werden können, und dabei dauerhaft sicher, vertrauenswürdig und beherrschbar sind. Eine ingenieurmäßige Software-Entwicklung, die auch Leistungsvorhersage und Qualitätssicherung in den Entwurf integriert, betrachten wir als Grundvoraussetzung. Unter Nutzung der neuesten Erkenntnisse und Techniken der Informatik und Computerwissenschaften sowie den Chancen zu internationaler Zusammenarbeit, die sich aus der weltweiten Vernetzung durch Web-Technologien ergeben, entwickeln unsere Informatiker, Softwareingenieure, Softwaretechniker, Wirtschaftswissenschaftler und Datensicherheitsspezialisten am FZI wegweisende Methoden für die Software-Entwicklung. Unser Ausgangspunkt ist die ganzheitliche Betrachtung von Software. Diese beginnt bei der Geschäftsprozessanalyse, berücksichtigt die ökonomische Notwendigkeit für effiziente, industrietaugliche Softwareentwurfs- und -produktionsverfahren, wendet neueste Techniken wie Mehrkernverarbeitung, Virtualisierung, Cloud Computing, Web- und Social-Media-Kollaboration an und reicht bis zu kryptographischen Lösungen für den Schutz von Daten vor Angreifern, sei es auf eigenen Servern oder ausgelagert in der Cloud. PROAKTIVE KOORDINATION KOLLABORATIVER SOFT- WARE-ENTWICKLUNG Immer mehr Anwendungen werden von Open-Source-Software- Entwicklungsteams erarbeitet. Untersucht wird, wie eine proaktive Unterstützung verteilter Entwicklungsteams, u. a. durch Beobachtung und Nutzung von Social Media und Kollaborationswerkzeugen aussehen kann. PARALLELVERARBEITUNG UND MULTICORE Zur fachgerechten Entwicklung von Software für Mehrkernprozessorsysteme werden Entwurfsverfahren, Debugging- und Qualitätskontrollmechanismen, Testumgebungen und Testmethoden für Parallelverarbeitung und Multicore-Plattformen erarbeitet. VIRTUALISIERUNG UND CLOUD COMPUTING Ob und wie sich Virtualisierung und Cloud Computing nutzen lassen, um Performanz und Zuverlässigkeit der Systeme zu verbessern, wird auf Basis einer systematischen Analyse von Qualitätseigenschaften zur Entwicklungszeit untersucht. Kostenschwere Fehleinschätzungen bei der Umsetzung von Cloud-Anwendungen werden damit vermieden. SICHERHEIT IN DER SOFTWARE-ENTWICKLUNG Systemsicherheit und der Schutz vertraulicher Daten sind kritische Erfolgsfaktoren geworden. Zu Software-Sicherheit und Kryptographie wird u. a. erforscht, wie man ermitteln kann, ob kryptographische Protokolle und Schutzmechanismen im Betrieb eingehalten werden. INGENIEURMÄSSIGE SOFTWARE-ENTWICKLUNG Methoden und automatisierte Verfahren zu schaffen, durch die man bereits beim Softwareentwurf Qualitätsvorhersagen z. B. im Bezug auf Performanz und Zuverlässigkeit treffen kann, stehen im Fokus der ingenieurmäßigen Softwareentwicklung. MULTIPLATTFORM-ANWENDUNGEN Software so zu konstruieren, dass ohne oder nur mit geringem Aufwand möglichst viele der heute verbreiteten mobilen und stationären Endgeräte bedient werden können, ist Inhalt der Forschungsarbeiten zu Multiplattform-Anwendungen. INNOVATIVE FORSCHUNGSUMGEBUNGEN Für die praktische Erprobung ihrer Lösungsansätze steht den Forscherinnen und Forschern mit dem FZI House of Living Labs (s. Seite 22) eine praxisnahe Anwendungsumgebung zur Verfügung. Prototypen können dort mit Testkomponenten aus dem späteren Einsatzmarkt und auf echten Betriebsplattformen getestet werden. ANWENDUNGSFELD SOFTWARE- ENTWICKLUNG Mehr Informationen unter www.fzi.de/software 12 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


PROJEKT CUMULUS4J NEUARTIGE KONZEPTE SCHÜTZEN ANWENDUNGSDATEN IN DER CLOUD Mit Cumulus4j stellen Wissenschaftler und Softwareingenieure aus dem Karlsbader Unternehmen AX Business Solutions AG, der Freiburger NightLabs Consulting GmbH und des FZI gemeinsam erarbeitete Konzepte für die sichere Speicherung von Anwendungsdaten in der Cloud frei zur Verfügung. Entwickler können die Architektur und die in ein Java-Plug- In umgesetzten Konzepte als Open-Source-Software für eigene Unternehmensanwendungen nutzen. Mit Cumulus4j liegen die Daten nur im lokalen Arbeitsspeicher unverschlüsselt. In der Cloud und bei allen Übertragungen sind sie verschlüsselt. Datenschutz gehört zu den großen Herausforderungen für den Betrieb von Software in der Cloud. Bereits lange bevor Cloud- Computing als Lösung zum Auslagern von Datenverarbeitungsaufgaben technisch so fortgeschritten war, dass Unternehmen es als Alternative für eigene Rechner- und Softwareinfrastrukturen nutzen konnten, wurde vom Auslesen vertraulicher Bankinformationen durch Unbefugte berichtet. Auch Meldungen über bösartige Hacker, die riesige Datenbanken von Großkonzernen kopieren, liest man immer wieder in den Medien. Oft lehnen Unternehmen es deshalb ab, geschäftsbezogene Informationen an einen Cloud-Dienstleister zu übermitteln, der die Durchführung softwarebasierter betriebswirtschaftlicher Berechnungen in Auftragsarbeit anbietet und Rechenkapazitäten, Speicher- und Softwareressourcen als Dienste bereitstellt. Eine der wichtigsten Hürden für den Erfolg von betriebswirtschaftlichen Dienstleistungen über das Internet (Software-asa-Service) ist das Fehlen einer Datensicherheit, die Kunden garantiert, dass selbst ein Systemadministrator des Cloud- Anbieters Daten nicht auslesen und weitergeben kann. Zur Überwindung dieser Datenschutzhürde im Cloud Computing stellt Cumulus4j eine sichere Architektur für vertrauenswürdige Unternehmensanwendungen im Internet zur Verfügung. Um eine vertrauenswürdige Datenverwaltung zu gewährleisten, müssen die Datenbestände verschlüsselt in der Cloud abgelegt werden. Dies könnte man zwar bereits durch Festplattenverschlüsselung erreichen, doch um mit den Daten in der Cloud arbeiten zu können, müssten die entschlüsselten Festplatteninhalte bei dieser Lösung für die Verarbeitung des Cloud- Anbieters entschlüsselt werden. Einem internen Angreifer (z. B. einem Systemadministrator des Cloud-Anbieters) fielen dadurch sämtliche Daten unverschlüsselt in die Hände. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten KMU-innovativ-Projekts Cumulus4j entwickelten die Projektpartner einen neuartigen Ansatz. Dieser löst das Datenschutz-Problem dadurch, dass die Daten nur im Arbeitsspeicher des Benutzers („Client“) unverschlüsselt vorgehalten werden. Der Benutzer überträgt die Daten zerstückelt und verschlüsselt zum Server, der in der Cloud läuft. Dort werden die verschlüsselten Daten in Datenbanken geschrieben. Dies geschieht durch eine geschickte Verteilung der Daten auf mehrere Datenbanken, so dass trotz Verschlüsselung effiziente Datenbankabfragen möglich bleiben: Der Client kann Datenbankabfragen auf verschlüsselten Daten ausführen, ohne dass es zu größeren Einbußen bei der Performanz kommt. Erst auf dem Client werden die Daten dann wieder entschlüsselt. In Cumulus4j wurden darüber hinaus weitere Konzepte zur sicheren Verschlüsselung von Daten entwickelt und umgesetzt. So verwendet Cumulus4j für die Verschlüsselung nicht einen, sondern eine Vielzahl an Schlüsseln. Die Verwaltung der Schlüssel erfolgt auf einem separaten Server und erschwert so den Diebstahl von Daten. Werden außerdem einige Schlüssel gestohlen, kann sich ein Angreifer nur Zugang zu einem kleinen Teil der Daten verschaffen, die aufgrund der verteilten Speicherung zusammengehörender Inhalte über mehrere Datenbanken für ihn aber wenig Sinn machen. Cumulus4j nutzt moderne APIs zur Persistenz von Daten und kann so transparent in Cloud-Applikationen integriert werden. Für die Datenspeicherung werden zahlreiche gängige Datenbanken unterstützt. Obwohl alle Datensätze verschlüsselt gespeichert werden, sind effiziente Abfragen mit etablierten Abfragesprachen wie JDOQL und JPQL möglich. Die Funktionalität der entwickelten Lösung konnte im Projekt erfolgreich anhand der Integration in die Cloud-basierte Fakturierungssoftware AX-Easy und das ERP-System JFire demonstriert werden. Cumulus4j wurde im Rahmen des Projekts als Open-Source-Software veröffentlicht und steht so allen Entwicklern Cloud-basierter Unternehmensanwendungen zur Bereitstellung einer vertrauenswürdigen Datenspeicherung zur freien Verfügung. Ansprechpartner am FZI: Dr.-Ing. Klaus Krogmann, krogmann@fzi.de PROJEKT CUMULUS4J ·· Neuartige Verschlüsselungskonzepte für verbesserten Datenschutz in der Cloud ·· Demonstration der Ergebnisse anhand der Integration von Cumulus4j in AX-Easy und JFire ·· Veröffentlichung der Cumulus4j-Lösung als Open- Source-Software ·· Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Mehr Informationen unter www.cumulus4j.org J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 13


ANWENDUNGSEFLD GESUNDHEITSWESEN Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind zu einem festen Bestandteil der Gesundheitsinfrastruktur geworden. Am FZI entwickeln wir Arbeits- und Hilfsmittel zur Unterstützung von Rettungsdiensten, Krankenhäusern, Arztpraxen und Pflegedienstleistern sowie zur gezielten Information und Kommunikation für alle Beteiligten, vor allem für die Patienten. Wir messen uns hier sowohl an der gewonnenen Lebensqualität der Patienten als auch an der erhöhten Wirtschaftlichkeit der Dienstleistungen. IKT-Lösungen assistieren bei einer Vielzahl von alltäglichen Aktivitäten, fördern lebenslanges Lernen und erleichtern die soziale Interaktion. Im Gesundheitswesen verbessern sie die Arbeitsabläufe der Ärzte, Rettungs- und Pflegekräfte durch Vernetzung, technische Überwachung, elektronische Information und automatisierte Dokumentation. Gefragt sind Lösungen, die dazu beitragen, die medizinische Versorgung und die Bedingungen für die Pflege zu verbessern, die Selbstständigkeit und die Selbstbestimmtheit der Patienten zu gewährleisten und pflegende Angehörige zu entlasten. Am FZI werden dabei sowohl technische als auch ökonomische und soziale Aspekte untersucht. MEDIZINISCHE INFORMATIONSTECHNIK Im Forschungsfeld medizinische Informationstechnik arbeiten wir u. a. an Systemen zur Prozess- und Entscheidungsunterstützung bei Großschadensereignissen und Katastrophen. Dafür erforschen und entwickeln wir mobile Monitoring-Lösungen für Patienten und Rettungskräfte. Vitaldaten wie Puls oder Aktivität und GPS-Positionen werden dabei verteilt erfasst, zentral ausgewertet und für Entscheider aufbereitet. So soll ein effektives Management der Einsatzkräfte und Ressourcen mit moderner IT ermöglicht werden, das einen zeitoptimierten Rettungsablauf ermöglicht. Evaluiert wird das System mit Domänenexperten und dem DRK. TELEMEDIZINISCHE INFORMATIONSSYSTEME Für die telemedizinische, also räumlich vom Patienten entfernte Leistungserbringung forschen wir beispielsweise gemeinsam mit Krankenhäusern an einem telemedizinischen System zur Mobilitätsbewertung für Multiple-Sklerose- Patienten. Außerdem arbeitet das FZI auch an telemedizinischen Dienstleistungsinfrastrukturen, u. a. am Aufbau eines Telemedizin-Zentrums in Bayern, und entwickelt hierfür regionale Dienstleistungskonzepte. WORKFLOW IM DISEASE- UND CASE-MANAGEMENT Wir forschen daran, Arbeitsabläufe im Disease- und Case-Management zu verbessern. Beispielsweise entwickelt das FZI die Stroke-Manager-Dienstleistung zur Beratung und Koordination in der Schlaganfallnachsorge. Mithilfe von Informationsmaterial, einer elektronischen Patientenakte und einem Workflow- managementsystem werden die Patienten nach Entlassung aus dem Krankenhaus über mehrere Monate unterstützt. So soll die Integration in den Lebensalltag besser gelingen und die Sekundärprävention einen erneuten Rückfall oder andere Erkrankungen vermeiden. HEALTH 2.0 UND DIENSTLEISTUNGSGESTALTUNG Für das Gesundheitswesen bekommen durch das Internet zunehmend neue Formen der Interaktion und der Vernetzung der Beteiligten Bedeutung. In einem Projekt unterstützen wir einen Internetportalanbieter beispielsweise, eine Online-Community für Patienten und pflegende Angehörige mit einem geeigneten Web-2.0-Geschäftsmodell zu entwickeln. Im Projekt Inspire werden Werkzeuge und Methoden zur Messung der Produktivität und Qualität von vernetzten Dienstleistungen und die erfolgreiche Dienstleistungsgestaltung über mehrere Organisationen hinweg erforscht. In diesem Rahmen ist auch eine App für Schlaganfallpatienten entstanden. AMBIENT ASSISTED LIVING Seit Jahren forschen wir am FZI im Forschungsfeld Ambient Assisted Living. Zur Fülle technischer Lösungen für ein selbstbestimmtes Leben in den eigenen vier Wänden gehört auch ein am FZI entwickeltes System, das Alltagsaktivitäten registriert. Daraus lässt sich ableiten, wie es den Bewohnern geht. Diese und weitere Entwicklungen sowie marktreife Lösungen stellt das FZI im FZI House of Living Labs vor. An einer Referenzarchitektur für den Einsatz der AAL-Technologien und einem Framework für adaptive Benutzerschnittstellen wird gearbeitet. FORSCHUNGSUMGEBUNGEN AM FZI Getestet und evaluiert werden die meisten Lösungen in der realen Wohn- und Pflegeumgebung des FZI Living Lab smartHome/AAL. Interessierte können viele der Lösungen auch selbst ausprobieren. ANWENDUNGSFELD GESUNDHEITSWESEN Mehr Informationen unter www.fzi.de/gesundheit 14 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


PROJEKT WEGWWEISER PFLEGE UND TECHNIK KAMPAGNE INFORMIERT IN BADEN-WÜRTTEMBERG ÜBER TECHNISCHE ASSISTENZSYSTEME FÜR DIE PFLEGE Mit einem interaktiven Internetportal und einer Modellwohnung, die als rollende Ausstellung durchs Land tourt, informiert das Projekt Wegweiser Pflege und Technik in Baden-Württemberg über technische Assistenzsysteme für die häusliche Pflege und selbstbestimmtes Wohnen in den eigenen vier Wänden; ob im Alter oder bei chronischen Erkrankungen. Vorgestellt werden Produkte, die man heute schon auf dem Markt bekommt. Die Kampagne stellt das Potenzial der Pflegetechnik dar und will Berührungsängste abbauen. Das FZI hat marktreife, heute nutzbare Technologien für verschiedene Assistenzfunktionen in einer mobilen Modellwohnung zusammengestellt und ein Info-Portal entwickelt. Technische Assistenzsysteme und Dienstleistungen, die Pflegende entlasten, haben großes Potenzial, Pflegebedürftigen das Leben in der häuslichen Umgebung sehr lange zu ermöglichen und gleichzeitig die Angehörigen und nicht zuletzt die Pflegeversicherung zu entlasten. Dass technische Entwicklungen wie das Auto oder Mobiltelefon das Leben im Alter sehr positiv unterstützen können, ist gemeinhin bekannt; das Potenzial technikgestützter Assistenzsysteme im häuslichen Umfeld dagegen bislang kaum. Deshalb werden die technischen und organisatorischen Unterstützungsangebote bei Hilfe- und Pflegebedürftigkeit noch zu wenig genutzt. Vor diesem Hintergrund wurde in dem vom Ministerium für Arbeit und Sozialordnung, Familie, Frauen und Senioren Baden- Württemberg geförderten Projekt „Wegweiser Pflege und Technik“ am FZI ein umfangreiches Konzept erarbeitet, wie man Wissen über innovative Technologien und technologiegestützte Dienstleistungen in der Pflege systematisch erfassen und in Baden-Württemberg in der Fläche in die Anwendung bringen kann. Die tragenden Bausteine sind ein frei zugängliches, interaktives Informationsportal und eine rollende Ausstellung in Form einer Modellwohnung, in der die neue Pflegetechnik gezeigt und über vorhandene Produkte, Dienstleistungsangebote und organisatorische Lösungen informiert wird. Die Webseite stellt strukturiert und objektiv Informationen über marktreife, verfügbare Technologien bereit. Um den Zugang zu diesen Daten möglichst einfach und übersichtlich zu gestalten, wurde eine Informationsplattform in Form eines semantischen MediaWikis aufgebaut, welches über das Internet von überall und für alle Interessenten zugänglich ist. Die bis dato eingetragenen rund 150 Produkte und die dazugehörenden Anwendungsfälle können in Übersichtsseiten durchsucht und gefiltert werden. Die bereitgestellten Informationen sind untereinander komplett verlinkt. So wird die Möglichkeit geboten, sich zu einem (für das eigene Interesse relevanten oder beispielhaften) Anwendungsfall direkt auch Produkte zur Lösung anzeigen zu lassen. Umgekehrt, also vom Produkt zum Anwendungsfall, sind ebenfalls Verknüpfungen gelegt. In einer ersten Testphase können Besucherinnen und Besucher das Portal auch selbst ergänzen und Technologien und Anwendungsfälle eintragen. Damit man die verfügbaren Technologien wirklich verstehen und erkennen kann, was sie für die Pflege bedeuten, müssen sie greifbar und erfahrbar sein. Deshalb wurde im zweiten Kernteil des Projektes eine mobile Variante des FZI Living Lab smartHome/AAL, eine Modellwohnung in einem Wohncontainer, eingerichtet. Darin werden derzeit 25 aktuelle Produkte gezeigt, zum Beispiel Gebäudeautomationstechnologien zur Entlastung im Alltag oder Sensormatten zur Sturzprävention. Die Modellwohnung kann so in verschiedenen Städten und auch im ländlichen Raum einem breiten Anwenderkreis vorgestellt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können die verschiedenen Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten von Assistenzsystemen vor Ort erklären und auf diese Weise Berührungsängste gezielt und kompetent abbauen. Die Akzeptanz der neuen Pflegetechnik wird dadurch gefördert. Auch wie man die technischen Hilfsmittel praktisch einsetzt, können Interessenten in der rollenden Ausstellung praktisch erproben. Die Wissenschaft evaluiert die Erprobung und lässt die gewonnenen Erkenntnisse in die Weiterentwicklung einfließen. Ansprechpartnerin am FZI: Natalie Röll, roell@fzi.de PROJEKT WEGWEISER PFLEGE UND TECHNIK ·· gezielt aufbereitete Informationen über bestehende Produkte aus dem Bereich der Assistenztechnologien für Pflegeberatung und informelle Pflege ·· niederschwelliger Einstieg in die Thematik für Pflege- Mitarbeiter durch Informationsportal und Informationskampagne vor Ort mit der rollenden Ausstellung ·· Partner: Ministerium für Arbeit und Sozialordnung, Familie, Frauen und Senioren Baden-Württemberg, Hochschule Esslingen Mehr Informationen unter www.wegweiserpflegeundtechnik.de J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 15


ANWENDUNGSFELD MOBILITÄT Mobilität steht als Impulsgeber wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Entwicklungen im Zentrum des Interesses internationaler Forschungsaktivitäten. Am FZI arbeiten wir daran, Autos autonom fahrfähig, sicherer und umweltfreundlicher zu machen. Wir entwickeln Algorithmen und Sensortechnologien für konventionelle Fahrzeuge und Elektroautos, beschäftigen uns aber auch mit völlig neuen Transportsystemen. Mit Infrastrukturlösungen, IKT-basierten Vernetzungs- und Nutzungskonzepten sowie Geschäftsmodellen schaffen wir Grundlagen für ein effizientes, nachhaltiges Mobilitätssystem. Das Mobilitätsangebot der Zukunft wird aus einer Kette zusammenspielender Maßnahmen bestehen. Verschiedene bekannte und neue Transportmittel wie eBikes oder individuelle Transportplattformen werden mit neuen Nutzungskonzepten, z. B. CarSharing, durchgängig vernetzt, um Transport passend zum Anwendungszweck bereitzustellen und dabei die Anforderungen nachhaltiger Mobilität zu berücksichtigen. Unter IKT-Gesichtspunkten ergeben sich daraus drei Zukunftsstrategien, die in gegenseitiger Wechselwirkung stehen: Erstens die Weiterentwicklung von Autos durch Fahrerassistenzsysteme und autonome Funktionen, die Fahrzeuge immer mehr zu kognitiven technischen Systemen machen. Hier ist die Herausforderung an die Wissenschaft, die benötigten Algorithmen, Sensortechnologien, Hardware- und Softwarekomponenten zu entwerfen und Simulations- und Testverfahren dafür zu entwickeln. Zweitens die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstranges, die den Anteil der Nutzung von Batteriestrom in Elektrofahrzeugen immer mehr ausweitet. Hierfür gilt es, ein optimales Onboard- Energiemanagement sowie die Einbindung der Fahrzeuge ins Stromnetz zu realisieren. Drittens die Flexibilisierung des Mobilitätsangebotes mit verschiedenen Transportmitteln und Teilnutzungskonzepten als dritte Säule der Zukunftsstrategie. Dadurch gewinnen Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) eine noch größere Bedeutung für das zukünftige Verkehrssystem, als sie es durch die Lösungen zur Verbesserung von Fahrzeugen schon heute haben. VERNETZTE MOBILITÄT Eine durchgängige Informationskette und durchgängige Beförderungstarife sind für das aufkommende nachhaltige Mobilitätssystem unabdingbar. Wir untersuchen Lösungen, die den Benutzer optimal unterstützen, alle am Transportsystem Beteiligten vernetzen und dabei die größtmögliche Flexibilität bieten; zum Beispiel, den Kunden an seinem Standort aufsammeln. ELEKTROMOBILITÄT Im Mittelpunkt steht die Verbesserung der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Wir untersuchen Methoden zur Reichweiten- und Energiebedarfsprognose sowie zur Analyse von Fahrstrecken und entwickeln das Energiemanagement weiter. Zudem arbeiten wir an energiesparenden Fahr- und Betriebsstrategien und entwickeln neue Systemfunktionen und Geschäftsmodelle für das Parken und Laden. FAHRERASSISTENZ UND AUTONOMES FAHREN Forschungsschwerpunkt ist hier die sensorische Erfassung sowie Modellierung und Prognose von Fahrsituationen, um Handlungsempfehlungen für assistiertes und autonomes Fahren ableiten zu können. Auch effiziente Verfahren für die Simulation und den Test von Algorithmen und Soft-/Hardware- Systemen sowie Konzepte, die virtuelle und reale Welt verknüpfen, werden entwickelt. FORSCHUNGSUMGEBUNGEN AM FZI Das FZI House of Living Labs (s. Seite 24) ist für integrierte Mobilitätsforschung erstklassig ausgestattet. Im FZI Living Lab Automotive stehen ein Fahrsimulator der jüngsten Generation, ein voll instrumentiertes, reales Testfahrzeug und eine breite Palette an Software-Werkzeugen für die Entwicklung, Evaluierung und Demonstration neuer Anwendungslösungen bereit. Im FZI Living Lab smartMobility können Fragen rund um Elektrofahrzeuge und vernetze Mobilität mit einem Elektrofahrzeug und der am FZI entwickelten Transportplattform CityPod praktisch angegangen und zukünftige Mobilitätskonzepte entwickelt werden. Das FZI Living Lab smartEnergy dient unter anderem als Forschungsumgebung für die Erprobung der Einbindung elektrischer Fahrzeuge ins Gebäude-Energiemanagement. ANWENDUNGSFELD MOBILITÄT Mehr Informationen unter www.fzi.de/mobilitaet 16 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


PROJEKT OpEneR MIT BREMSENERGIE UND FAHRSTRATEGIE ZU GRÖSSERER REICHWEITE FÜR ELEKTROFAHR- ZEUGE Im Projekt OpEneR arbeiten fünf Partner aus der Automobilindustrie und das FZI daran, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Sie untersuchen dazu die optimierte Rückgewinnung von Bremsenergie durch Assistenzsysteme, um sie wieder für die Nutzung bereitzustellen. Die optimale Energieverwendung regelt ein intelligentes Energiemanagement an Bord. Zusätzlich werden Fahrern von Elektroautos energieeffiziente Fahrstrategien auf Basis von Verkehrs- und Sensorinformationen empfohlen. Mit Versuchsträgern wurden bereits bis zu 30 Prozent Energieeinsparung erreicht. Elektrofahrzeuge werden in naher Zukunft ihren Platz im Straßenverkehr ebenso wie in Transportsystemen und Maschinenparks der Industrie ganz selbstverständlich neben den herkömmlichen Transportmitteln einnehmen. Größtes Hemmnis auf dem Weg zur Akzeptanz ist ihre derzeit noch geringe Reichweite. Im dem von der Europäischen Union geförderten Forschungs- und Entwicklungsprojekt „OpEneR“ – Reichweitensteigerung von Elektrofahrzeugen durch optimierte Rekuperation und intelligentes Energiemanagement – untersuchen fünf Partner aus der Automobilindustrie in Kooperation mit dem FZI, wie die Reichweite von Elektrofahrzeugen durch die Steigerung der Effizienz ihrer Antriebssysteme verbessert werden kann. Hierfür werden auf der einen Seite energieverbrauchsbestimmende Charakteristika des Fahrzeugs, auf der anderen Seite Umfeldinformationen aus Sensoren, Kommunikations- und Navigationsdiensten betrachtet. Im ersten Projektjahr haben die Forschungspartner mehrere identische vollelektrische Versuchsträger konstruiert, welche auf dem Peugeot 3008 Hybrid-Serienfahrzeug basieren und auf eine Systemleistung von 100 kW durch einen Elektromotor an jeder Achse sowie einer initialen Reichweite von ca. 150 km kommen. Die Fahrzeuge sind mit neuartigen energieeffizienten Vorserienkomponenten ausgestattet, so beispielsweise einem Bremssystem für hybride und vollelektrische Fahrzeuge. Unter Einbeziehung optimierter Rekuperation, welche anstatt Bremsens durch Reibung die Rückgewinnung elektrischer Energie aus kinetischer Energie unter Verwendung der Elektromotoren des Fahrzeugs nutzt, werden energieeffiziente Geschwindigkeitsprofile bestimmt und ein intelligentes Bordenergiemanagement entwickelt. Assistenzfunktionen berechnen beim Anfahren spezifische Wegpunkte wie Geschwindigkeitsbegrenzungen, Ampeln oder Kurven nach Energieeffizienz und Fahrzeiten optimierte Fahrstrategien. Anzeigen und Bedienungshilfen unterstützen den Fahrer bei der Umsetzung dieser Profile. Das FZI leitet zwei zentrale Innovationspunkte des Projekts: Die Entwicklung des Energy Managers und die Entwicklung einer ganzheitlichen Simulationsinfrastruktur. Die Simulationsinfrastruktur unterstützt und beschleunigt die Konstruktion intelligenter Fahrerassistenzsysteme durch Bereitstellung von Modellen des Fahrzeugs und der Umwelt unter Berücksichtigung von Aspekten wie Höhenprofil und Straßenverlauf, Antriebsstrang, Fahrzeugumfeld und E/E-Architektur des Fahrzeugs. Erst durch diese Simulationsinfrastruktur wird es möglich, neben einer funktionalen Entwicklung der Assistenzfunktionen eine geeignete Abbildung der Funktionen auf die eingebetteten Hardware-/Software-Systeme durchzuführen, welche allen sicherheitskritischen und zeitlichen Anforderungen genügt und es zudem erlaubt, den Energieverbrauch der elektronischen Verbraucher bei der Auslegung, Optimierung und Komponentenauswahl zu berücksichtigen. Die verschiedenen Assistenzfunktionen des Energy Managers bieten dem Fahrer eine kontinuierliche Unterstützung beim Betrieb des Fahrzeugs. Informationen aus bereitgestellten Kennlinien der Antriebsstrangkomponenten erlauben es, das Fahrzeug in einem effizienten Arbeitspunkt zu betreiben. Weiterhin werden Kartenmaterial, Umfeld-Sensorik sowie Kommunikationsschnittstellen zur Infrastruktur und zu anderen Fahrzeugen genutzt, um vorausschauend optimierte Geschwindigkeitsprofile zu ermitteln. Die durch das FZI erforschten und in den Versuchsträgern realisierten intelligenten Assistenten bringen bereits heute weitreichende Optimierungen der Energieeffizienz. Vergleiche gegenüber dem Betrieb des Fahrzeugs ohne diese vom FZI entwickelten Assistenten zeigen Einsparungen durch die neuen Technologien von bis zu 30 % der benötigten Energie. Damit steuern diese einen maßgeblichen Anteil zur Steigerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen durch das OpEneR- Projekt bei. Ansprechpartner am FZI: Dr. Alexander Viehl, viehl@fzi.de PROJEKT OpEneR ·· Höhere Reichweite von Elektrofahrzeugen und gesteigerte Energieeffizienz; geringere Betriebs- und potentiell geringere Fahrzeugkosten durch die Möglichkeit der Verwendung kostengünstigerer und leichterer Batterien ·· FZI-Fokus lag auf der optimierten Rekuperation von Elektrofahrzeugen, dem intelligenten Energiemanagement und der Datenfusion sowie auf der ganzheitlichen Fahrzeugsimulation ·· Partner: Robert Bosch GmbH, PSA Peugeot Citroën Automobiles SA, Robert Bosch CarMultimedia GmbH, AVL List GmbH, CTAG – Centro Tecnológico de Automoción de Galicia J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 17


ANWENDUNGSFELD AUTOMATION UND ROBOTIK Die industrielle Produktion steht vor ihrer vierten Revolution: Nach der Erfindung der mechanischen Maschinen, dem Fließband und dem Einzug der speicherprogrammierbaren Steuerungen schreiben Informations- und Kommunikationstechnologien das nächste Kapitel. Maschinen kommunizieren mit Maschinen, Dinge mit Dingen und alles natürlich auch mit Menschen. Wir entwickeln Konzepte, Methoden, Werkzeuge und Software-/Hardware-Lösungen für Entwurf, Planung, Einrichtung und sicheren Betrieb IKT-automatisierter Produktion und arbeiten an autonomen Robotern für flexible Fertigung und Assistenz. Industrie 4.0 und „Integrierte Industrie“ hat die Fachwelt als Überbegriffe für die IKT-automatisierte Produktion der nächsten Generation geprägt. Die Systeme selbst, die aus der Vernetzung und Interaktion von Ressourcen untereinander sowie mit dem Menschen in seiner neuen Rolle als Beteiligter des teilautonom agierenden Gesamtsystems entstehen, werden als Cyber Physical Systems bezeichnet. Sechs Arbeitsschwerpunkte stehen im Anwendungsfeld Automation und Robotik am FZI im Fokus: Konzeption, Architekturentwicklung, Security, mobile Produktionsroboter, Bedienerunterstützung und wissensbasierte Diagnose. Dabei arbeiten wir eng mit Partnern aus der Industrie zusammen. EIN WERKZEUG ZUR BEWERTUNG UND DOKUMEN- TATION VON ELEKTRIK/ELEKTRONIK Bei den Konzeptionswerkzeugen für Geräte der Automatisierungstechnik und Industrieanlagen fehlen zwischen Werkzeugen für die Planung der Steuerungs- und Leitsysteme und Tools für die Anlagentopologie Arbeitsmittel für Beschreibung, Analyse, Bewertung und Vergleich von logischen und elektrischen Architekturen von Software und Hardware, Vernetzung, Kommunikation und Datenaustausch über Feldbusse. Wir konzipieren Werkzeuge zur Unterstützung der durchgängigen Entwicklung von Systemen und Anlagen. NEUE HARDWARE-ARCHITEKTUREN Controller mit RISC-Architektur nutzen nur einen Teil der Prozessorressourcen, doch auch die ungenutzten Teile verbrauchen Energie. Bausteine mit rekonfigurierbaren Hardware- Anteilen bieten die Möglichkeit, die verfügbaren logischen Einheiten bei gleichzeitiger Reduktion der Leistungsaufnahme bedarfsgerecht auszulegen. Wir entwickeln dafür neue Hardware/Softwarearchitekturen und entsprechende Entwurfswerkzeuge. Methoden der IT-Sicherheit und kryptographische Verfahren für die Automatisierungstechnik und für Embedded Systems an. Ein Forschungsprojekt beschäftigt sich hier z. B. mit der Untersuchung von Schutzmechanismen für den korrekten, vertraulichen und sicheren Betrieb von eingebetteten Echtzeit- Betriebssystemen in einer offenen Internet-Umgebung. MOBILE FLEXIBLE PRODUKTIONSROBOTER Kundenindividuelle Produktion führt zu flexiblen Fertigungslinien, die vollautomatisierte Produktionsstraßen ablösen. Die Automatisierungslücke zwischen den Fertigungsschritten füllen wir durch autonome Roboter, die flexibel eingesetzt werden können. Auf der F&E-Agenda stehen Auftragsplaner, Navigationsmethoden, Sicherheitskonzepte und intuitive Bedienkonzepte sowie die Weiterentwicklung der Greifstrategien. RÜSTZEITMINIMIERUNG DURCH OPTIMALE BEDIENER- UNTERSTÜTZUNG Der Einsatz von Produktionsrobotern erfordert üblicherweise eine längere Vorbereitungszeit. Am FZI haben wir das innovative Programmierkonzept „Programmieren durch Vormachen“ und eine umfassende „Roboter-Skill-Datenbank“ entwickelt, die einmal Erlerntes jederzeit und ohne Verzögerung wieder bereitstellt. Zusätzlich arbeiten wir an Bedienerunterstützung, die Interaktionsschritte in Augmented-Reality-Technik visualisiert und auf Mobilgeräten bereitstellt. WISSENSBASIERTE DIAGNOSE Sensoren als Signalgeber der IKT-gestützten Automation erlauben ein kontinuierliches Monitoring von Produktionsanlagen. Fernüberwachung und sogar die Vorhersage des zu erwartenden Maschinenzustandes wird möglich. Wir erforschen und entwickeln semantische Techniken für die Analyse der verfügbaren Daten und setzen für die zeitnahe Berechnung auf skalierbare Ansätze des Complex Event Processings (CEP). ANWENDUNGSFELD AUTOMATION UND ROBOTIK EINGEBETTETE SICHERHEIT Durch die Zunahme der Vernetzung mit Industrie 4.0 entstehen neue Bedrohungen und Angreifer-Szenarien. Wir passen Mehr Informationen unter www.fzi.de/automation 18 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


PROJEKT viEMA FLEXIBLE ROBOTERZELLE IN DER WERKSERPROBUNG Ein lernender Roboter, der an einer teilautomatisierten Fertigungsstraße dort aushelfen kann, wo Kapazität gebraucht wird, hat in einer mehrwöchigen Werkserprobung in der Robert Bosch GmbH in Waiblingen im regulären Produktionsbetrieb seine Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt. An Grenzen stieß der Montageroboter aufgrund geltender Sicherheitsvorschriften und baulicher Gegebenheiten. Entwickelt wurde der flexible Produktionshelfer von fünf Forschungspartnern im Rahmen des BMWi-Projektes viEMA. Er kann ohne Programmierkenntnisse eingerüstet werden. Es war das erste Mal, dass ein autonomer Industrieroboter aus dem FZI bei laufender Produktion an einem Montagearbeitsplatz in einer Fertigungsstraße real erprobt werden konnte. Die Robert Bosch GmbH in Waiblingen, selbst Partner im viEMA-Projekt, bot den Forschern die Chance, in ihrer Kunststoffproduktion die mobile Roboterzelle mit den intuitiven Einlernstrategien einer mehrwöchigen Erprobung unter echten Fertigungsbedingungen zu unterziehen. Das von Bosch erstellte Lastenheft sowie die vom FZI bereitgestellten Programmablaufdarstellungen sorgten für eine schnelle Integration und Inbetriebnahme in der Produktionsstraße. Die vom FZI entwickelten Methoden zur Bahnplanung für die Ausführung der Arbeitsgänge und die Greifplanung, Hindernisumfahrung und sensorgestützten Greifoperationen erwiesen sich nicht nur als robust, sondern konnten durch das industrietaugliche Einlernverfahren schnell und flexibel an neue Herausforderungen und Aufgaben angepasst werden. Der viEMA-Roboter benutzt als Lernverfahren „Programmieren durch Vormachen“, eine neue, industrietaugliche Variante, bei der das Werkstück vom Roboter gescannt und mit einer Teile- Bibliothek abgeglichen wird, die es ihm dann erlaubt, aus einer Griffe-Datenbank die dafür beste Greifstrategie auszuwählen und die Raumkurven der Ausführungsbahnen (Trajektorien) zu planen. So mussten zum Beispiel die Trajektorien mehrfach angepasst werden, weil der Stellplatz vor der Fertigungsstation durch Rohrleitungen und Kabeltrassen sowie Aufbauten neben dem Stellplatz so unvorhergesehen eng war, dass umgeplant werden musste, damit der Roboterarm nicht aneckt. Auch eine zusätzliche Funktion zur Zwischenpufferung von Werkstücken musste in das System integriert werden. Die Roboterzelle bewies im realen Einsatz, dass sie als einer der wenigen Montageroboter sowohl die Anforderungen an kurze Taktzeiten als auch an die intuitive Inbetriebnahme und Prozess-Stabilität erfüllen kann. Als problematischer stellten sich in der Werkserprobung die Umgebungsbedingungen dar; einerseits die bereits erwähnten baulichen Bedingungen, zum anderen die Sicherheitsvorschriften. Letzteren setzen die Wissenschaftler ein Sicherheitskonzept aus einer Kombination von Absperrungen und zertifizierten Laserscannern entgegen, das einen schnellen, zugleich sicheren Zugang zur Roboterzelle erlaubt. Dieses Sicherheitskonzept schränkt die Flexibilität beim Einsatz mobiler Produktionsroboter derzeit noch ein, bisher ist jedoch keine zertifizierte, marktreife Sicherheitstechnik verfügbar, die es möglich macht, schnelle Robotersysteme ohne Absperrungen einzusetzen. Das FZI plant gemeinsam mit Industriepartnern Konzepte und Lösungen zu entwickeln, die es erlauben, auch Roboter wie die viEMA-Zelle ohne Zäune zu verwenden. Ansprechpartner am FZI: Arne Rönnau, roennau@fzi.de PROJEKT viEMA ·· viEMA steht für: vernetzte, informationsbasierte Einlernund Ausführungsstrategien für autonome Montagearbeitsabläufe ·· viEMA verfolgt ein skalierbares, roboter- und sensorgestütztes Montagekonzept ·· Förderung: BMWi im Rahmen der AUTONOMIK ·· Partner: Robert Bosch GmbH, Technische Universität München, ISRA Vision AG, FAUDE Automatisierungstechnik GmbH J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 19


PRODUKTION UND LOGISTIK Logistikplanungs- und -steuerungssysteme können mit bekannten Parametern sehr gut umgehen, auch wenn es viele variabel einstellbare Vorgaben sind. Was aber, wenn Unvorhergesehenes auftritt? Produktionsfehler, Naturkatastrophen ... Und wie geht man mit den immer kürzeren Produkt- und Dienstleistungslebenszyklen um, die der globale Wettbewerb erzwingt? Wir entwickeln am FZI neue Ansätze sowohl für klassische Fragestellungen als auch für neue Themen wie Supply Chain Risiko und Disruption Management, für ein sogenanntes resilientes Product Life Cycle Management und für Logistik im Gesundheitswesen. Die anwendungsnahe Forschung und Entwicklung für die Logistik wird stark beeinflusst von den neuen Technologien zur automatischen Identifikation und Datenerfassung (Auto-ID/ RFID), mobilen Endgeräten, der Verlagerung der Datenverarbeitung und -speicherung in die Netze (Cloud Computing) und Software-as-a-Service. Im Bereich der Produktion und Fördertechnik stellen die intelligente Vernetzung von Systemen, Gewerken und Sensoren untereinander sowie deren Integration in die übergeordneten Wertschöpfungsnetzwerke die Forschung vor neue Herausforderungen. Beispiele sind Cyber Physical Systems, zu denen sich mobile und in stationäre Geräte und zunehmend autonome Maschinen eingebettete Systeme vernetzen, ebenso wie kognitive Systeme, aber auch methodische Neuerungen wie Collaborative Systems Engineering, das eine vernetzte verteilte Entwicklung komplexer Systeme und deren dynamische Analyse und kontinuierliche Verhaltensüberwachung ermöglicht. Die Logistik- und Produktionsforschung am FZI bearbeitet diese Themen. LOGISTIK UND SUPPLY-CHAIN-OPTIMIERUNG Bei der Optimierung der Effizienz von Transportnetzwerken und logistischen Systemen in Lager und Produktion ist die Sicherung der termingerechten Erfüllung der Nachfrage auch bei unerwarteten oder unsicheren Veränderungen in den Vordergrund der Forschungsherausforderungen gerückt. Im Projekt RAN – RFID-based Automotive Network (s. nachfolgende Seite) hat sich das FZI in den vergangenen drei Jahren beispielsweise mit der Entwicklung von Systemen beschäftigt, die effiziente Reaktionsmechanismen bereitstellen, um zeitnah auf unerwartete Abweichungen in der Lieferkette reagieren zu können. Neben der Entwicklung neuer Verfahren zur strategischen, taktischen und operativen Planung zuverlässiger Netzwerke beschäftigen wir uns mit der Weiterentwicklung vorhandener Methoden und Systeme. So erforscht und entwickelt das FZI u. a. für die PTV Group seit 2007 Verfahren und Systeme zur optimalen Vertriebsgebiets- und Transportplanung. FZI forscht daran, existierende PDM/PLM-Systeme zu Systems-Engineering-Anwendungen weiterzuentwickeln, die solche Systeme erzeugen bzw. beim Erzeugen assistieren. Untersucht wird z. B. Virtual Prototyping für den automatisierten Entwurf mechatronischer Systeme in Automobilbau und Industrieautomatisierung, wie in den Projekten SANITAS und VERDE. Desweiteren werden Methoden für ein Engineering Feedback Management erforscht, das die sich ändernden Nutzungsanforderungen an Produktionsmaschinen und -anlagen kontinuierlich aufzeichnet und analysiert. Dies kommt beispielsweise in dem seit 2011 laufenden Projekt wiSmaP zur Verkürzung der Time-to-Market zum Einsatz oder zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit (teil-)automatisierter Produktionssysteme im Rahmen des Ende 2012 begonnen Projektes „SkillPro“. LOGISTIK IM HEALTH CARE Demografischer Wandel und steigender Kosten- und Wettbewerbsdruck haben großes Interesse an Planungs- und Steuerungssystemen zur Optimierung logistischer Prozesse im Gesundheitswesen hervorgerufen. Am FZI wird daran gearbeitet, bestehende Prozesse effizienter zu gestalten, um die Auslastung vorhandener Einrichtungen zu erhöhen, Wartezeiten zu reduzieren oder die Verweildauer im Krankenhaus zu verkürzen. Eine Besonderheit beim Forschungsansatz des FZI ist, dass der Freiraum zur Erbringung der Behandlungsqualität und die Patientenzufriedenheit ebenso berücksichtigt werden wie die Wirtschaftlichkeit der Prozesse. Genutzt werden können die Systeme z. B. zur bedarfsgerechten Ansiedlung von Arztpraxen, zur Stationierung von Rettungsfahrzeugen nach Verkehrsaufkommen oder zur optimalen geographischen Aufteilung von medizinischen Einrichtungen nach Behandlungsangebot und Transportstrecken. VIRTUAL PROTOTYPING UND LIFE CYCLE MANAGEMENT Um in den Wertschöpfungsprozessen verteilt hergestellter komplexer Produkte Transparenz und Konsistenz gewährleisten zu können, werden Entwurfs- und Validierungsmethoden zur Konstruktion von Modellen und Wissensbasen benötigt, die den gesamten Produktions- und Lebenszyklus erfassen. Das ANWENDUNGSFELD PRODUKTION UND LOGISTIK Mehr Informationen unter www.fzi.de/logistik 20 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


PROJEKT RAN PRODUKTIONSKETTE UND ZULIEFERNETZWERK REAKTIV UND PROAKTIV UNTER KONTROLLE Die industrielle Produktion und der globale Güter- und Warenaustausch werden heute mit Hilfe komplexer Logistiknetzwerke geplant und gesteuert. Auftretende Störungen lösen eine Kettenreaktion aus. Im Projekt RAN wurden am FZI Konzepte, Methoden und Werkzeuge zur reaktiven und proaktiven Prozessstabilisierung entwickelt und als Forschungsprototypen implementiert. RAN – RFID-Based Automotive Network – war eines von 14 Projekten des Technologieprogramms „Autonomik – Autonome und simulationsbasierte Systeme für den Mittelstand“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi). 18 Konsortialpartner aus der wissenschaftlichen und der industriellen Forschung bearbeiteten gemeinsam die Kernthemen „Transparenz in der Lieferkette schaffen“, „Produktionsund Logistikprozesse effizient steuern“ und „RFID-basierte Standards für die Automobilindustrie entwickeln“. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des FZI richteten ihren Forschungsfokus auf die Entwicklung von Konzepten und Technologien für Logistiksteuerungssysteme, die effiziente Reaktionsmechanismen bereitstellen, um zeitnah auf nicht akzeptable Abweichungen reagieren zu können. Dafür mussten im ersten Schritt Verfahren entwickelt werden, mit deren Hilfe kritische Planabweichungen zuverlässig erkannt werden können. Hier ist es den Forscherinnen und Forschern gelungen, die mittels RAN-Technologie – d.h. durch Einsatz von RFID und Datenaustausch über einen Infobroker – realisierbare Transparenz über den Zustand von Logistik- und Produktionssystemen zu nutzen. Durch die Erfassung und Bewertung von RFID-basierten Ereignisdaten (Events) wird es möglich, kurzfristig auf kritische Schwankungen relevanter Prozessindikatoren oder unerwartete Störungen zu reagieren sowie über die Historie hinweg mittel- bis langfristig Handlungsoptionen zur taktischen oder strategischen Neuplanung abzuleiten. Der Standardplanungsprozess, der mit der strategischen Designplanung des Liefernetzwerkes beginnt und über die taktische Beschaffungs- und Bedarfsplanung bis hin zur operativen Ausführungsplanung stufenweise detailliertere Pläne berechnet, kann durch die RAN-Technologie um eine Feedbackschleife erweitert werden (siehe Abbildung). Damit lässt sich ein über alle Entscheidungsstufen übergreifendes Störungsmanagement (Disruption Management) realisieren. Handlungsbedarf besteht für den Disponenten dann, wenn die Informationen über IST (aktuelle) Situationen relevanter Prozesse eine nicht akzeptable Abweichung von den definierten SOLL (geplanten) Situationen wiedergeben. Werden Abweichungen erkannt, unterstützt das operative Störungsmanagement den Disponenten dabei, kurzfristig Alternativen zu identifizieren und zu bewerten, um den Prozess in die SOLLgeplante Situation zurückzuführen. Wenn das operative Störungsmanagement wiederholt auf Abweichungen des gleichen Typs bei bestimmten Prozessen reagieren muss, wird eine taktische Überplanung sinnvoll. Wenn auch eine wiederkehrende taktische Überplanung Abweichungen und Störungen während der Ausführung nicht verringern kann, sollte eine strategische Neuplanung durchgeführt werden. Kommt es bspw. während des Transportablaufs zu einer Abweichung (Verspätung) auf einem Teilabschnitt, kann das operative Störungsmanagement eine alternative Route oder ein alternatives Transportmittel für die folgenden Teilabschnitte vorschlagen. Muss wiederholt eine Verspätung auf diesem Teilabschnitt gemanagt werden, so sollte eine taktische Überplanung erfolgen, deren Ergebnis eine frühere Auslieferung, ein Transportmittelwechsel oder aber eine veränderte Transportroute sein kann. Sofern die taktische Überplanung nicht dauerhaft zur Verringerung der Abweichungen führt, empfiehlt sich eine strategische Anpassung bspw. in Form einer Erhöhung von Sicherheitsbeständen. Strategische Planung Taktische Planung Operative Planung Eventdaten Strategische Anpassungen Taktische Überplanung Operatives Störungsmanagement Monitoring Die RAN-Technologie ermöglicht erstmals eine echtzeitnahe Erfassung von Beginn, Dauer und Ende aller Prozesse und bietet damit, ebenfalls zum ersten Mal, eine detaillierte wie verlässliche Datengrundlage für entscheidungsunterstützende Assistenzsysteme. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am FZI haben ihre Erkenntnisse und Lösungen in mehreren Demonstratoren implementiert und damit nachgewiesen, dass mit der RAN-Technologie entscheidungsunterstützende Assistenzsysteme zur reaktiven und proaktiven Prozessstabilisierung realisiert werden können. Ansprechpartner am FZI: Matthias Bender, mbender@fzi.de PROJEKT RAN ·· Bewertung von Abweichungen zwischen SOLL/IST ·· Übergreifend auf allen Planungsebenen ·· Automatisiert durch entscheidungsunterstützende Systeme Mehr Informationen zu RAN unter www.autoran.de J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 21


Heute Vision Innovation Schnittstellen Morgen 22 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


FZI HOUSE OF LIVING LABS FZI HOUSE OF LIVING LABS 24–25 UNSERE FZI LIVING LABS 26–27 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 23


DAS FZI HOUSE OF LIVING LABS House of Living Labs Kaum ein Jahr nach seiner Eröffnung im April 2012 ist das FZI House of Living Labs ein Inkubator für innovative Produkte und Dienstleistungen zum Leben und Arbeiten im 21. Jahrhundert. Sieben Fachlabore für angewandte IKT-Forschung unter einem Dach laden zu partizipativer und interdisziplinärer Forschung und Entwicklung ein. Forschungspartner aus dem Mittelstand, der Industrie und verschiedenen Fachrichtungen der Wissenschaft bearbeiten in dieser innovativen Forschungslandschaft gemeinsam wichtige Forschungsfragen der Gegenwart. Die Resonanz ist groß, das Interesse international. Im FZI House of Living Labs (HoLL) können die Projektpartner ihre Ideen diskutieren, Produkte unterstützt durch neuestes Fachwissen aus der universitären Forschung entwickeln, ihre Entwicklungen erproben, evaluieren und präsentieren. Auf 2.000 Quadratmetern steht ihnen dafür eine erstklassige Forschungsinfrastruktur ausgestattet mit modernsten Geräten und Technologien für die Anwendungsentwicklung und -erprobung zur Verfügung. Die Ausstattung umfasst mobile und stationäre Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT), Geräte, Fahrzeuge und Gebäudetechnik. Sie sind über die Einzellabore hinaus vernetzt oder werden im Rahmen des F&E-Projektes zusammengeführt, für das eine Vernetzung gebraucht wird. Diese erstklassige Forschungsumgebung ermöglicht es den Projektpartnern, neue Lösungsansätze in einem technischen und organisatorischen Umfeld zu erproben, das in etwa dem entspricht, in dem sie später eingesetzt werden sollen. Auf diese Weise können Produkte und Dienstleistungen schnell zur Marktreife geführt werden. Mit den Forschungsmöglichkeiten im HoLL spricht das FZI insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) an, die hier in enger Kooperation mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern innovative Lösungen entwickeln können. Im HoLL eingerichtet sind die FZI Living Labs smartAutomation, smartEnergy, smartHome/AAL, smartMobility, mobileIT/ mobileBusiness, Automotive und Service Robotics. Um unter realen Bedingungen z. B. Fragen der Energieforschung und Mobiltechnologie-Integration erproben zu können, sind die Labore über das Gebäude vernetzt. Bereits im ersten Jahr übertraf die Bereitstellung dieser neuartigen Forschungsumgebung die gesteckten Ziele. Eine Vielzahl interessanter Projekte konnte bereits kurz nach der Eröffnung gestartet werden. Hervorzuheben sind Studien zum Gebäude-Energiemanagement, die federführend von den Wissenschaft lerinnen und Wissenschaftlern in den FZI Living Labs smartHome/AAL und smart- Energy durchgeführt werden, oder das BMBF-Verbundprojekt ISABEL, in welchem mit Industriepartnern wie der KUKA Roboter GmbH die intuitive Bedienung, effiziente Handhabung und Logistik autonomer Service-Roboter erforscht wird. Aber auch Projekte aus dem Spitzencluster Elektromobilität Süd- West oder das EU-Projekt OpEneR (s. Seite 17) nutzen die technologische Basis der FZI Living Labs. In seiner Gesamtheit übernimmt das HoLL die Rolle eines Mediators zwischen Anwendungsdomänen und technologischer und wissenschaftlicher Kompetenz und erlaubt eine unmittelbare Zusammenführung von Lösungen verschiedener Disziplinen. Neue Anwendungsszenarien, in denen durch IKT Produkte, Dienstleistungen oder betriebliche Abläufe optimiert werden und dadurch ein Mehrwert generiert wird, können durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit identifiziert und real erprobt werden. So werden z. B. in einem anderen Projekt aus dem 24 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


FZI HOUSE OF LIVING LABS Spitzencluster Elektromobilität Süd-West Mobilitätsprozesse einzelner Anbieter erfasst, um diese mit Technologien aus den FZI Living Labs intermodal und anbieterübergreifend weiterzuentwickeln. Diese neuen Prozesse dienen dann als Grundlage für ein neues Serviceangebot einzelner Mobilitätsanbieter. Um neuartige Formen wie die Elektromobilität mit dem Energiesystem zu verknüpfen, sind auch FZI-Wissenschaftler und Partner des FZI Living Lab smartEnergy in dieses Projekt involviert. Die einmalige räumliche und interdisziplinäre Struktur des HoLL unterstützt auch wesentlich den Dialog von Expertinnen und Experten der einzelnen Anwendungsdomänen. An eben diesen Schnittstellen zwischen den Domänen entstehen im HoLL neue Lösungen, Ideen und Innovationen. Diese können dann in Kooperationen weiterentwickelt und zur Marktreife geführt werden. Ein aktuelles Beispiel sind hier Forschungsarbeiten für Lösungen, die eine effizientere Energieverteilung über die einzelnen Energieverbraucher in einem Gebäude-Energiesystem ermöglichen. Hier verfolgen die Wissenschaftler einen interessanten Ansatz, der PKWs zu flexiblen Energiespeichern macht: Wird ein Elektrofahrzeug in der Garage des HoLL geparkt, so wird es automatisch – derzeit virtuell, in Zukunft jedoch real – in das intelligente Gebäude-Energiesystem der innovativen Forschungslandschaft integriert. Das Laden des Fahrzeugs wird ressourcenoptimal geplant, berücksichtigt dabei aber auch die individuellen Bedürfnisse des Fahrzeughalters. Überschüssige Energie aus den Fahrzeugbatterien kann optional aber auch als Puffer genutzt und dann z. B. zum Betrieb einer Waschmaschine eingesetzt werden, die sich im FZI Living Lab smartHome/AAL befindet. Geplant ist weiterhin, die in den letzten Jahren im Rahmen des strategischen Projektes eEnergy & eMobility entwickelten Mechanismen der Marktanpassung z. B. an flexible Strompreise in den gesamten Prozess des Energiemanagements zu integrieren. Das FZI House of Living Labs wurde gefördert durch die Euro päische Union – Europäischer Fond für regionale Entwicklung, und durch das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft des Landes Baden-Württemberg. Mehr Informationen unter www.rwb-efre.baden-wuerttemberg.de sowie beim Ministerium für Ernährung und Ländlichen Raum Baden-Württemberg und unter: http://ec.europa.eu/regional_policy/index_de.htm. DAS FZI HOUSE OF LIVING LABS ·· 2.000 qm Demonstrations-, Evaluierungs- und Integrationsumgebung ·· Insgesamt sieben Living Labs Mehr Informationen unter www.house-of-living-labs.de Für Partner aus der Industrie und dem Mittelstand ist die wissenschaftliche Neutralität des FZI ein wesentlicher Aspekt. Das FZI kann dadurch unabhängig und wissenschaftlich fundiert beraten und forschen. Ein Meilenstein zum Ausbau dieser Dienstleistung für die Wirtschaft war die Akkreditierung als PROFIBUS Competence Center im ersten Betriebsjahr des HoLL: Das FZI Living Lab smartAutomation erhielt dank des hier eingerichteten PROFIBUS-Netzwerks (Process Field Bus mit unterschiedlichen Feldgeräten) sowie Beispielprozessen aus der Automation im Juni 2012 die Akkreditierung als PROFIBUS Competence Center. Nun können vor allem auch kleine und mittelständische Unternehmen ihre proprietären Lösungen vor dem Eintritt in den Markt im FZI House of Living Labs evaluieren, wenn nötig verbessern und sich anschließend die Zertifizierung sichern. Für 2013 steht nun der Betrieb als offizielles PROFIBUS-Testlabor auf der Agenda. Um die im HoLL erarbeiteten Forschungs- und Entwicklungsergebnisse breit nutzbar zu machen, wurden erste mobile Demonstratoren mit Schwerpunkt auf Assistenztechnik und Organisationslösungen für selbstständiges Leben im Alter (AAL-Technologien) entwickelt. Insgesamt stellt das HoLL eine Forschungslandschaft dar, die Innovationen in unterschiedlichen Anwendungsdomänen und insbesondere an deren Schnittstellen und auch durch eine inspirierende Umgebung nicht nur fördert, sondern auch fordert. Das allgemeine Interesse der Öffentlichkeit, Politik und Wirtschaft am HoLL ist sehr groß. Wie groß, das zeigt sich in zahlreichen Besuchen, die bereits wenige Wochen nach der Eröffnung begannen und bis heute nicht nachlassen. Aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Öffentlichkeit konnten in den letzten 12 Monaten u. a. der britische Botschafter, Vertreter des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie, von der EU, Vertreter der Landespolitik und der neue Karlsruher Oberbürgermeister im FZI House of Living Labs empfangen und über das Konzept informiert werden. Ansprechpartner: Dr. Stefan Hellfeld, hellfeld@fzi.de J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 25


SIEBEN FZI LIVING LABS FÜR INFORMATIK-ANWENDUNGSFORSCHUNG Living Labs stehen für ein neues Forschungsparadigma, das den Technologieanwender und die Anwendungsumgebung in den Mittelpunkt interdisziplinärer Forschung und Entwicklung stellt. Mit den FZI Living Labs bietet das FZI eine neue Dienstleistung an, um Ideen aus der Forschung und Entwicklung in marktgerechte Produkte umzusetzen. Projektpartner aus Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen können in den FZI Living Labs gemeinsam mit Professoren, Wissen schaftlerinnen und Wissenschaftlern des FZI Konzepte, Werkzeuge, Software und Systeme entwickeln und diskutieren, evaluieren und vor der Markteinführung unter realistischen Bedingungen testen. Alle Labs befinden sich unter einem Dach im FZI House of Living Labs. FZI LIVING LAB smartHOME/AAL smartHome/AAL Das FZI Living Lab smartHome/AAL ist eine Forschungsinfrastruktur für die Entwicklung und Evaluation von Technologien und Anwendungsszenarien für mehr Komfort und Sicherheit sowie zur flexiblen Anpassung des Energiebedarfs in häuslichen Umgebungen. Hierzu werden intelligente Haustechnologien, Energiemanagementsysteme, drahtlose Vitalsensorik und deren Integration in den privaten Wohnbereich sowie in Pflege- und Versorgungsprozesse erforscht und entwickelt. FZI LIVING LAB smartAUTOMATION smart Automation Mit dem FZI Living Lab smartAutomation steht am FZI seit der Eröffnung des FZI House of Living Labs eine realistische Industrieautomatisierungsumgebung zur Verfügung. Intelligente hochleistungsfähige Automatisierungssysteme für industrielle Anwendungen stehen hier im Fokus von Forschung und Entwicklung. Seit Anfang August 2012 ist das FZI außerdem mit dem FZI Living Lab smartAutomation akkreditiertes Kompetenzzentrum für die standardisierte Kommunikationstechnologie PROFIBUS. mobileITmobileBusiness FZI LIVING LAB mobileIT/mobileBUSINESS Im FZI Living Lab mobileIT/mobileBusiness erforscht und entwickelt das FZI neue Technologien und Lösungen zur effizienten, effektiven und nachhaltigen Unterstützung mobiler Alltags- und Arbeitsprozesse durch mobile Informationstechnologie. In diesem Zusammenhang konnten bereits eine Vielzahl von Lösungen erarbeitet werden, die Unternehmensmitarbeitern situationsabhängige Informationen zur Verfügung stellen und die die unterschiedlichen Aufgabenausführungen mobiler Unternehmensmitarbeiter signifikant unterstützen. 26 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


FZI HOUSE OF LIVING LABS FZI LIVING LAB AUTOMOTIVE Im FZI Living Lab Automotive werden Hard- und Softwarekomponenten für Fahrzeuge kommender Generationen erforscht, entwickelt und evaluiert. Mit der vielseitigen Hard- und Softwareausstattung des Labors kann sich das FZI Living Lab Automotive wirkungsvoll an der weiter fortschreitenden technischen Entwicklung im Automobilbereich für die passive und aktive Unterstützung des Fahrers beteiligen. Automotive FZI LIVING LAB smartMOBILITY Im FZI Living Lab smartMobility wird an Zukunftskonzepten vernetzter und intermodaler Mobilität geforscht. Neue Mobilitätskonzepte für Personen, Fahrzeuge und den Verkehrsraum sollen den Transport von Menschen und Gütern wirtschaftlicher und umweltverträglicher gestalten und die Kapazitäten aller Verkehrsträger intelligent verbinden. smartMobility FZI LIVING LAB smartENERGY Im FZI Living Lab smartEnergy werden insbesondere Aspekte zur flexibilisierten Nutzung, Bereitstellung und Speicherung von elektrischer und thermischer Energie in den vier Umgebungen Privathaushalt, Mobilität, Büro und Gewerbe/Industrie interdisziplinär untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von Technologien für das Angebot von Systemdienstleistungen im Stromnetz. Dabei stellt die Forschung rund um das Energiesystem ein Querschnitts thema dar, das Arbeiten in den FZI Living Labs smartEnergy, smartHome/AAL, smartMobility, smartAutomation und Service Robotics vernetzt. smart Energy FZI LIVING LAB SERVICE ROBOTICS Im FZI Living Lab Service Robotics werden neue Basistechnologien und Funktionen für flexible Robotersysteme entwickelt, die anschließend auf innovativen Servicerobotern in verschiedenen Anwendungsszenarien eingesetzt und evaluiert werden. Hierzu gehören Transport- und Logistikaufgaben, robotische Assistenzsysteme für Smart Homes und Ambient Assisted Living, Robotersysteme für die vernetzte, flexible Produktion sowie für Inspektions- und „Search and Rescue“-Aufgaben. ServiceRobotics J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 27


Interdisziplinär Kompetenz Zielorientiert Neue Wege 28 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


ÜBER UNS WER WIR SIND. WAS WIR TUN. 30 UNSERE FORSCHUNGSBEREICHE 32–39 ZAHLEN UND FAKTEN 40–41 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 29


WER WIR SIND. WAS WIR TUN. Das FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie ist eine gemeinnützige Einrichtung für Informatik-Anwendungsforschung und Technologietransfer. Es bringt die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse der Informationstechnologie in Unternehmen und öffentliche Einrichtungen und qualifiziert junge Menschen für eine akademische und wirtschaftliche Karriere oder den Sprung in die Selbstständigkeit. Geführt von Professoren verschiedener Fakultäten entwickeln die Forschungsgruppen am FZI interdisziplinär für ihre Auftraggeber Konzepte, Software-, Hardware- und Systemlösungen und setzen die gefundenen Lösungen prototypisch um. Wissenschaftliche Exzellenz und gelebte Interdisziplinarität sind somit in der Organisation verankert. Als gemeinnützige Stiftung des bürgerlichen Rechts arbeiten wir für und mit Unternehmen und öffentlichen Institutionen jeder Größe: Kleinbetriebe und Konzerne, regionale Verwaltungen, Länder, Bund und EU. Mit dem FZI House of Living Labs steht eine einzigartige Forschungsumgebung für die Anwendungsforschung bereit. Alle Bereiche des FZI sind nach DIN EN ISO 9001:2008 zertifiziert; Bereiche mit Anwendungsforschung für Medizinprodukte auch nach DIN EN ISO 13485:2010. Hauptsitz des FZI ist Karlsruhe. Das FZI ist mit einer Außenstelle in Berlin vertreten. Im Bereich der Informationstechnologie ist das FZI Innovationsdrehscheibe in Baden-Württemberg. Als wirtschaftsnahe und unabhängige Forschungseinrichtung erfüllen wir die Aufgabe einer Schnittstelle zwischen universitärer Forschung und praktischer Anwendung. Wir sind der Innovationspartner im Bereich IT des Karlsruher Instituts für Technologie und der Wirtschaft. Das FZI ist Mitglied der Innovationsallianz Baden-Württemberg innBW und der Innovationsallianz TechnologieRegion Karlsruhe. Organisatorisch ist das FZI in vier Forschungsbereiche aufgeteilt, die mit ihren Kompetenzen die Anwendungsforschung über den gesamten Innovationszyklus abdecken: ·· SE – Software Engineering ·· IPE – Information Process Engineering ·· ISPE – Intelligent Systems and Production Engineering ·· ESS – Embedded Systems and Sensors Engineering 30 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


ÜUBER UNS DAS KURATORIUM DES FZI (Stand 27.11.2012) Das Kuratorium ist das satzungsgemäß höchste Gremium im FZI. Die Experten aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft legen die Grundsätze für die Arbeit des FZI fest und beraten das FZI bei der langfristigen strategischen Ausrichtung, der wirksamen Ausgestaltung des Technologietransfers sowie der Sicherung der wissenschaftlichen Exzellenz. ·· Vorsitzender: Ministerialdirigent Günther Leßnerkraus Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden- Württemberg, Stuttgart ·· Stv. Vorsitzender: Dr. Jakob Karszt POET AG, Karlsruhe ·· Stv. Vorsitzender: Prof. Dr. Eberhard Umbach Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe ·· Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, Karlsruhe ·· Prof. Dr. Susanne Boll-Westermann Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Oldenburg ·· Dr. Klaus Dieterich Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen ·· Dr. Renate Fischer Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden- Württemberg, Stuttgart ·· Dr.-Ing. Peter Fritz Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe ·· Prof. Dr. Stefan Jähnichen Technische Universität Berlin, Berlin ·· Dr. Erasmus Landvogt Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn VORSTAND UND GESCHÄFTSFÜHRUNG DES FZI ·· Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Johann Löhn Steinbeis Hochschule Berlin GmbH, Stuttgart ·· Prof. Hans-Peter Mengele Industrie- und Handelskammer Karlsruhe, Karlsruhe ·· Peter Rasper, SAP AG, Walldorf ·· Dr. Simone Rehm Trumpf GmbH & Co. KG, Ditzingen ·· Ralf Schneider ISB Institut für Software-Entwicklung und EDV-Beratung AG, Karlsruhe ·· Harald Schöpp Johnson Controls Automotive Electronics GmbH, Karlsruhe ·· Dr. h. c. Dipl.-Phys. Klaus Tschira Klaus Tschira Stiftung gGmbH, Heidelberg ·· Prof. Dr. Dorothea Wagner Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe ·· Christoph Winterhalter ABB Forschungszentrum, Ladenburg ·· Dirk Wittkopp IBM Deutschland, Böblingen ·· Alf Henryk Wulf ALSTOM Deutschland AG, Mannheim Der Vorstand des FZI setzt sich aus vier Mitgliedern zusammen: drei Professoren aus dem Direktorium, die im Vorstand die Führungsarbeit aus wissenschaftlicher Sicht übernehmen, sowie einem hauptamtlich tätigen kaufmännischen Vorstand. Prof. Reussner, Prof. Zöllner und Prof. Oberweis, der zum Jahresanfang die Nachfolge von Prof. Studer angetreten hat, geben dem FZI in Abstimmung mit ihren Kollegen im Direktorium die wissenschaftliche Richtung. Dipl. Wi.-Ing. Michael Flor kümmert sich um die Finanzstrategie, das Steuer- und Vertragswesen und die wirtschaftlichen Aspekte der strategischen Entwicklung des FZI. Ihm zur Seite steht Dipl.-Wi.-Ing. Jan Wiesenberger, der als Geschäftsführer das Tagesgeschäft im kaufmännischen Bereich verantwortet. VORSTAND 2012 | 2013 ·· Dipl. Wi.-Ing. Michael Flor ·· Prof. Dr. Ralf Reussner ·· Prof. Dr. Rudi Studer (bis 31.12.2012) ·· Prof. Dr. Andreas Oberweis (ab 1.1.2013) ·· Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner GESCHÄFTSFÜHRER ·· Dipl.-Wi.-Ing. Jan Wiesenberger KURATORIUM ZENTRALBEREICHE VORSTAND DIREKTORIUM FORSCHUNGSBEREICHE J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 31


FORSCHUNGSBEREICH SE – SOFTWARE ENGINEERING Software Engineering ganzheitlich in allen seinen Aspekten und Auswirkungen zu betrachten ist die Philosophie hinter den Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Forschungsbereich SE. Unter ganzheitlichem Software Engineering verstehen wir die ingenieurmäßige Analyse, Entwurf, Entwicklung, Adaption und Evolution komplexer Multiplattform- Softwaresysteme sowie der ihnen zugrunde liegenden Geschäftsprozesse unter einer kontinuierlich begleitenden Qualitätssicherung. Diese ganzheitliche Betrachtung ist nur durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit im Forschungsbereich möglich. SE verknüpft die komplementären Kompetenzen aus der Softwaretechnik und Kryptographie mit betriebswirtschaftlicher Expertise und erlaubt darüber eine durchgehende Unterstützung des Softwareentwicklungsprozesses in allen Phasen von der Anforderungserhebung, über den Entwurf und die Entwicklung, bis zur Qualitätssicherung. SE entwickelt Methoden und Werkzeuge zur ingenieurmäßigen Softwareentwicklung in den folgenden Schwerpunkten: GESCHÄFTSPROZESSMANAGEMENT UND MOBILE IKT Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung der Unternehmensführung, Produktionssteuerung sowie der betrieblichen organisatorischen Abläufe werden insbesondere von kleinen und mittleren Unternehmen stark nachgefragt. SE deckt dabei sämtliche Phasen des Lebenszyklus eines Geschäftsprozesses unter Verwendung neuester auch mobiler Informations- und Kommunikationstechnologien ab. SE erforscht die Verbesserung der Geschäftsprozesse aus einer ressourcenorientierten Sicht. Hierzu zählt die Identifikation und Auswahl geeigneter Ressourcen, prozessorientierte Ableitung von Weiterbildungsmaßnahmen und der maßgeschneiderte Einsatz mobiler Technologien zur flexiblen Integration verteilter Ressourcen. SOFTWAREARCHITEKTUREN UND -QUALITÄT Die Güte der Architektur eines Softwaresystems bestimmt dessen erreichbare Qualität. Um die Qualitätsanforderungen komplexer Softwaresysteme erfüllen zu können, entwickelt der Forschungsbereich Werkzeuge und Methoden zur nachhaltigen Gestaltung hochqualitativer Softwarearchitekturen. Im Rahmen des MOHITO-Projekts wird eine verteilte Architektur erstellt, die konsistente Datenhaltungsinfrastruktur über mehrere Plattfor men und Server hinweg bietet. Neue Funktionalität (bspw. neue Dienste) werden dabei automatisiert systemweit über die Architektur bereitgestellt. Zur Absicherung der Qualität werden dabei Performance-Eigenschaften der Architektur bewertet. SOFTWARESICHERHEIT UND KRYPTOGRAPHIE IT-Sicherheit gewinnt sowohl für Unternehmen als auch für Privatanwender zunehmend an Bedeutung, insbesondere wenn Daten und Dienste externen Anbietern anvertraut werden. SE entwickelt für seine Partner neuartige Methoden für sichere Cloud-Anwendungen, die mittels formal abgesicherter Konzepte Schutz gegen interne und externe Angriffe bieten. Im Projekt eIDconnect wird z. B. ein neuartiger Single-Sign-on-Dienst entwickelt, der gleichzeitig eine hohe Sicherheit und eine einfache Nutzung gewährleistet. PARALLELVERARBEITUNG UND MULTICORE Moderne Multicore-Plattformen erfordern parallele Software und prägen damit Programmierparadigmen und -sprachen. Bereits heute ist bei der Entwicklung rechenintensiver Anwendungen fundiertes Wissen über Parallelisierung notwendig. In naher Zukunft wird dies für jegliche Software gelten. Um Unternehmen bei dieser Herausforderung optimal unterstützen zu können, entwickelt der Forschungsbereich SE neuartige Methoden und Werkzeuge zur effizienten Erstellung von zuverlässigen Multicore-Anwendungen sowie zur Parallelisierung existierender Anwendungen. MULTIPLATTFORM-SOFTWAREKONSTRUKTION Heutzutage wird Software meist für mehrere unterschiedliche Plattformen gleichzeitig entwickelt. SE setzt Methoden und Werkzeuge der modellgetriebenen Software-Entwicklung industriell ein, um komplexe Softwaresysteme und Architekturen effizient zu realisieren. Im Projekt Modagile Mobile werden solche Methoden und Werkzeuge entwickelt, die eine effiziente agile Entwicklung mobiler Anwendungen (iOS, Android und Windows Phone) über modellgetriebene Techniken ermöglicht. 32 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


ÜUBER UNS SE Software Engineering DIE DIREKTOREN DES BEREICHES SE Prof. Dr. Jörn Müller-Quade Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Kryptographie und Sicherheit Prof. Dr. Andreas Oberweis Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren Prof. Dr. Ralf Reussner Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Programmstrukturen und Datenorganisation Prof. Dr. Walter Tichy Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Programmstrukturen und Datenorganisation Prof. em. Dr. Dr. h. c. Wolffried Stucky Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren Direktor emeritus seit 1.1.2013 BEREICHSLEITER SE Dr.-Ing. Klaus Krogmann (ab 1.1.2013) Dr.-Ing. Mircea Trifu (bis 31.12.2012) ABTEILUNGSLEITER SE Dr. Thomas Schuster (ab 1.10.2012) Henning Groenda (ab 1.3.2013) Oliver Denninger Dr. Ralf Trunko (bis 30.9.2012) Dr.-Ing. Klaus Krogmann (bis 28.2.2013) Dr. Christian Henrich (bis 15.1.2013) J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 33


FORSCHUNGSBEREICH IPE – INFORMATION PROCESS ENGINEERING IPE beschäftigt sich damit, wie mit informationsgetriebenen Entscheidungen auch größte Datenmengen systematisch für bessere Entscheidungen genutzt werden können, die kollektive Intelligenz aller Mitarbeiter integriert und auf Veränderungen schneller reagiert werden kann Unter informationsgetriebenen Entscheidungen versteht man solche Entscheidungen, bei denen die systematische Identifikation, Verarbeitung und Kombination von Informationen an die Stelle von subjektiven Entscheidungen tritt und wobei (in Erweiterung zur Idee der datengetriebene Entscheidungen) über eine Zusammenarbeit von Mensch und Computer sowohl quantitative wie auch qualitative Aspekte berücksichtigt werden. Um dies zu erreichen, betrachtet IPE den ganzen Informationsprozess und bringt zu seiner Verbesserung verschiedene Disziplinen zusammen. GATHER & INTEGRATE Im Bereich der Datenerfassung und Integration konzentriert sich IPE darauf, wie mit Linked-Data-Ansätzen langfristige, auf dem Erfolg des Internet aufbauende Strategien zur Datenintegration entwickelt werden können. Ebenso im Fokus steht die Frage, wie mit geeigneter Software die kollektive Intelligenz einer großen Anzahl von Menschen produktiv in unternehmerische Entscheidungen eingebunden werden kann. Zuletzt sind auch Anreize und Geschäftsmodelle als Voraussetzung für den erfolgreichen Datenaustausch in Unternehmensnetzwerken ein aktuelles Forschungsthema. ANALYZE Beim Ableiten von Wissen aus den gesammelten Informationen konzentriert sich IPE auf das Erkennung von Abhängigkeiten in sehr großen Datenbeständen (Big Data), beispielsweise um in sehr großen Unternehmen die Liquiditätsplanung zu verbessern oder um die Wünsche von Kunden besser zu verstehen. DECIDE Verfahren zur automatisierten Entscheidungsfindung werden sowohl basierend auf mathematischen Modellen als auch basierend auf Marktmechanismen untersucht. Dabei adressiert IPE insbesondere den Umgang mit der Komplexität von Realweltproblemen der Praxispartner und die Verbesserung von Entscheidungen durch die Einbeziehung möglichst vieler Daten im Umfeld komplexer Unternehmensstrukturen oder ganzer Unternehmensverbünde. DELIVER IPE untersucht, wie mit Methoden des semantischen Wissensmanagements und der kontextbewussten Informationsbereitstellung Informationen schneller und zielgerichteter zum Einsatz kommen können. Ebenfalls ein Thema ist die für flexible, skalierbare und echtzeitnahe Informationsprozesse notwendige Infrastruktur. Im Fokus der Forschung in diesem Punkt stehen für IPE Cloud Computing und die damit verbundenen Möglichkeiten und Herausforderungen für IT-Infrastruktur im Unternehmen. Zur systematischen und skalierbaren Realisierung neuer echtzeitnaher Informationsprozesse untersucht IPE den Einsatz von Complex Event Processing – Methoden und Werkzeuge für Software, die schnell und kontinuierlich auf Ereignisse reagiert. Die in IPE entwickelten Methoden sind prinzipiell domänenübergreifend einsetzbar, jedoch konzentriert sich IPE auf die Domänen Energie (insbesondere ökonomische Methoden zur Sicherstellung einer möglichst weitgehenden Ausnutzung von alternativen Energien), Logistik (insbesondere die Konzeption gegenüber Störungen robuster Logistiknetzwerke) und Gesundheit (insbesondere die Konzeption von Informationsprozessen zur Steigerung von Behandlungsqualität). 34 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


ÜUBER UNS IPE Information Process Engineering DIE DIREKTOREN DES BEREICHES IPE Prof. Dr.-Ing. Kai Furmans Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme Prof. Dr. Stefan Nickel Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Operations Research Prof. Dr. Rudi Studer Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren Prof. Dr. Stefan Tai Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren Prof. Dr. Christof Weinhardt Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Informationswirtschaft und Marketing LEITER SHARED RESEARCH GROUP Corporate Services and Systems Prof. Dr. Thomas Setzer BEREICHSLEITER IPE Dr. Valentin Zacharias ABTEILUNGSLEITER IPE Dr. Jürgen Bock (ab 1.3.2013) Rico Knapper Anne Meyer Dr. Andreas Schmidt (bis 28.2.2012) PD Dr. Catherina Burghart (bis 29.2.2013) Alexander Lenk Dr. Asarnusch Rashid J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 35


FORSCHUNGSBEREICH ISPE – INTELLIGENT SYSTEMS AND PRODUCTION ENGINEERING Der Forschungsbereich Intelligent Systems and Production Engineering (ISPE) entwickelt und erprobt Methoden, Werkzeuge und Entwurfsverfahren zur Realisierung technischer Systeme. Weiterhin steht zunehmend die Evaluierung und Validierung insbesondere autonomer Systeme im Fokus. Durch die vorhandenen Kompetenzen können intelligente technische Systeme im privaten, öffentlichen und industriellen Umfeld effizient erforscht, umgesetzt, demonstriert und analysiert werden. In diesem Rahmen ist der Bereich in den Anwendungsfeldern Produktion und Logistik, Mobilität, Energie sowie Automation und Robotik in engen Kooperationen mit Industriepartnern tätig. Die interdisziplinäre Aufstellung des Bereichs durch Mitarbeiter und Direktoren aus vier unterschiedlichen Fachbereichen ermöglicht und fördert eine technologie- und branchenübergreifende Lösungskompetenz. Ausgangspunkt hierbei sind die methodischen Kompetenzen des Forschungsbereichs wie das maschinelle Lernen, die 2D- und 3D-Bildverarbeitung oder auch selbstorganisierende Systeme. Diese Kernkompetenzen fließen hierbei ineinandergreifend in die folgenden Themengebiete ein: INTELLIGENTE FAHRZEUGE UND ELEKTROMOBILITÄT Im Forschungsbereich ISPE wird an grundlegenden Verfahren, Methoden und Technologien für zukünftige intelligente Fahrzeuge geforscht. Wesentliche Forschungsthemen sind hierbei die effiziente, zuverlässige und ganzheitliche Interpretation der vorherrschenden Situation und der daraus gefolgerten Entscheidung über mögliche Aktionsfolgen, die Sicherheit, Komfort oder Energieeffizienz optimieren. Insbesondere das Onboard-Energiemanagement, die zuverlässige Reichweitenprognose und die Umsetzung energiesparender Fahr- und Betriebsstrategien im Elektrofahrzeug stehen hier im Fokus. Weiterhin sind autonome Fahrfunktionen und die Interaktion des Fahrers mit dem autonomen Fahrzeug ein Forschungsschwerpunkt. PRODUKTIONS- UND AUTOMATIONSSYSTEME Schwerpunkte der Forschung in diesem Themengebiet bilden Technologien für das Systems Engineering und Systems Management zuverlässiger und wandlungsfähiger technischer Systeme in automatisierten Produktionssystemen. Hierbei stehen die Erforschung fachdomänenübergreifender Entwurfsund Validierungsmethoden, sowie der Aufbau lebenszyklusübergreifender Modelle und Wissensbasen im Vordergrund, um die notwendige Transparenz und Konsistenz in den Wertschöpfungsprozessen dieser Systeme zu gewährleisten. INTEGRIERTES ENERGIEMANAGEMENT Die Erforschung von Methoden und Werkzeugen der IKT zur Steigerung der Energieeffizienz in Gebäuden, der Mobilität und der Produktion fokussiert insbesondere auf integrierte Energiemanagementlösungen, die neben elektrischen Energieströmen auch thermische Komponenten einbeziehen. Ein wichtiger Baustein hierbei ist die Entwicklung und Evaluation von Methoden zur weitestgehend standardisierten Vernetzung verteilter IKT-Infrastruktur in Anlagen und Systemen. Neben geeigneten Modellen zur Prädiktion von Bereitstellung und Verbrauch ist die Integration geeigneter Interaktionsmechanismen ein wesentlicher Bestandteil zur effizienten Nutzung von Last- und Erzeugungsflexibilität. SERVICE-ROBOTIK, MOBILE MANIPULATION UND TELEPRÄSENZ Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten von ISPE im Themengebiet Service-Robotik stehen autonome, mobile Systeme für die Unterstützung bei industriellen Routinearbeiten (z. B. Transport und Produktionslogistik oder Handhabungsaufgaben in der Produktion), in Alltagsumgebungen (z. B. Service-Roboter für zu Hause und öffentliche Umgebungen) sowie Service- Robotik für Erkundungs- und Inspektionsanwendungen. Einen besonderen Stellenwert hat hierbei die Umsetzung neuester Grundlagenergebnisse wie mobiles flexibles Greifen und Manipulieren im industriellen Umfeld sowie verhaltensbasierte Steuerungen in alltagstaugliche Anwendungen eingenommen. Ebenfalls im Fokus stehen Verfahren und Werkzeuge für die intuitive Programmierung von Robotersystemen für industrienahe Anwendungen. ENTWURFSAUTOMATISIERUNG VERLÄSSLICHER, EINGEBETTETER SYSTEME Die Realisierung eingebetteter Systeme erfordert durchgängige Entwurfsverfahren, die es erlauben, die vielfältigen Abhängigkeiten und Anforderungen an verlässliche eingebettete Systeme ganzheitlich zu modellieren und zu analysieren, sowie eine optimierte Implementierung auf einer maßgeschneiderten Hardware-Architektur ableiten zu können. ISPE erforscht hierzu Entwurfsmethoden, um Software für eingebettete Systeme frühzeitig in ihrem Zusammenspiel mit der zugrunde liegenden Hardwareplattform mittels virtueller Prototypen zu bewerten und applikationsspezifische Optimierungen zielgerichtet durchzuführen. 36 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


ÜUBER UNS ISPE Intelligent Systems and Production Engineering DIE DIREKTOREN DES BEREICHES ISPE Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Dillmann Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Anthropomatik Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jivka Ovtcharova Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen Prof. Dr. Wolfgang Rosenstiel Eberhard Karls Universität Tübingen, Wilhelm-Schickard-Institut – Technische Informatik / Eingebettete Systeme Prof. Dr. Hartmut Schmeck Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren Prof. Dr.-Ing. Christoph Stiller Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Mess- und Regelungstechnik Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Anthropomatik BEREICHSLEITER ISPE Dr.-Ing. Marcus Strand (ab 1.5.2012) Dr. Oliver Bringmann (bis 30.4.2012) ABTEILUNGSSLEITER ISPE Birger Becker Thomas Schamm (ab 1.1.2013) Viktor Schubert Julius Ziegler (ab 1.1.2012) Arne Rönnau Dr.-Ing. Marcus Strand (bis 31.12.2012) Dr. Alexander Viehl J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 37


FORSCHUNGSBEREICH ESS – EMBEDDED SYSTEMS AND SENSORS ENGINEERING Von modellbasierten Entwurfsmethoden und -werkzeugen über technologieorientierte Forschung bis hin zu anwendungsorientierten Forschungs- und Entwicklungsprojekten – wir gestalten und entwickeln im Bereich ESS praxistaugliche Anwendungen rund um eingebettete Systeme und evaluieren diese. Der Forschungsbereich Embedded Systems and Sensors Engineering (ESS) beschäftigt sich mit innovativen Technologien, Entwurfsmethoden und Anwendungen für und von eingebetteten Systemen. Die breite Technologie- und Systemkompetenz aus Elektronik, Software-Engineering, Optik und Optoelektronik, Mikrosystemtechnik und Sensorik ist eine Besonderheit des Bereiches. Schwerpunkte der Arbeiten bilden vor allem stark interdisziplinäre, technologieübergreifende Forschungsprojekte und Anwendungen von eingebetteten Systemen in der Automobilelektronik, der Industrieautomation und im Gesundheits- und Sozialwesen. Der Bereich ESS deckt mit seinen verfügbaren Kompetenzen dabei das komplette Spektrum der Entwicklung eingebetteter Systeme und Cyber Physical Systems (CPS) mit heterogenen Komponenten aus Mikroelektronik, Mikrooptik, Mikromechanik und Telematik ab. EINGEBETTETE SYSTEME UND MIKROSYSTEME Die Forschungslandschaft im Themenfeld Eingebettete Systeme und Mikrosysteme adressiert überwiegend die FZI-Anwendungsfelder Mobilität sowie Automation und Robotik. Das Anwendungsfeld Mobilität bezieht sich auf die Weiterentwicklung von Werkzeugen zur Modellierung und Bewertung von Elektrik/ Elektronik-Architekturen sowie auf deren Umgang und Bewertung. Die Aktivitäten von ESS umfassen neben der Entwicklung von Teilsystemen auch Methoden, Werkzeuge, Technologien und Geräte zur Simulation und zum Testen der Systeme sowie zur Verbindung von Simulations- und Test-Technologien. INDUSTRIEAUTOMATISIERUNG Für die Weiterführung der Arbeiten im FZI Living Lab smart- Automation und auch insbesondere für die Akkreditierung als PROFIBUS Competence Center wurde gezielt Sachkompetenz bei ESS aufgebaut und die zuständigen Mitarbeiter zu PROFI- BUS PA-Certified Engineers ausgebildet. Für 2013 steht nun die Einweihung als offizielles Testlabor auf der Agenda. Der Dialog mit PROFIBUS-Geräteherstellern über das Living Lab soll gezielt zur Identifikation domänenspezifischer Forschungsfragen und somit zu neuen Projektaktivitäten führen. Bereichsübergreifend wird im FZI Living Lab smartAutomation am Thema industrieller Vernetzung und an den Zugriffsmöglichkeiten auf Geräte und Anlagen gearbeitet. MEDIZINISCHE INFORMATIONSTECHNIK ESS erforscht und entwickelt innovative Ansätze und Technologien, die Menschen helfen sollen, bei optimaler Versorgung ein möglichst gesundes, selbstständiges und selbstbestimmtes Leben zu führen. Im Forschungsfeld Medizinische Informationstechnik spielen deshalb Methoden und Systeme zur mobilen, belastungsfreien kontinuierlichen Erfassung und Auswertung von Biosignalen (wie z. B. Aktivität, EKG etc.) eine wichtige Rolle. ESS beherrscht dabei das Themenspektrum vom Sensor über automatische Auswertealgorithmen bis hin zur Durchführung und Evaluation der entsprechenden Studien. Ein zentrales Thema war dabei im letzten Jahr die Bestimmung von Schlafqualität und das telemedizinische Screening der Atemwegserkrankungen Schlafapnoe und COPD. Letzteres konnte erfolgreich im EU-Projekt AMICA demonstriert werden. Pionierarbeit bei der Nutzung von Vitaldaten in nicht-medizinischen Anwendungen leistete ESS im EU-STREP-Projekt xDelia in enger Zusammenarbeit mit IPE. Projektziel war, das Verhalten von Finanzakteuren mit Hilfe von Biofeedback-Methoden nachhaltig zu verbessern. Der erfolgreiche Projektabschluss wurde von der EU-Kommission mit dem Attribut „research stepping stone“ honoriert (s. Seite 11). AMBIENT ASSISTED LIVING Im Themenfeld Ambient Assisted Living lag der Fokus neben dem Monitoring von Alltagsaktivitäten vor allem auf der Unterstützung vernetzter Strukturen im Gesundheitswesen und der Datenvernetzung und Fernsteuerbarkeit intelligenter Wohnumgebungen. Im BMBF-Vorhaben OptimAAL konnte im vergangenen Jahr die magische Zahl von 100 Testhaushalten erreicht werden, um das im Projekt entwickelte Monitoring-System im Feld zu testen. Das BMBF-Projekt easyCare wurde erfolgreich abgeschlossen. Bewohner einer betreuten Einrichtung in Stuttgart nutzen seitdem ein häusliches Assistenzsystem mit Sensoren und direktem Draht zur Betreuungsperson – und fühlen sich so sicherer. Erkenntnisse aus easyCare und anderen Projekten führten bereits 2011 zur Gründung des Spin-Offs nubedian GmbH (s. auch Seite 47). Für seine cloud-basierte Pflegemanagement-Lösung bekam das junge Unternehmen einen von sechs Hauptpreisen beim Gründerwettbewerb „IKT innovativ“ 2012. 38 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


ÜUBER UNS DIE DIREKTOREN DES BEREICHES ESS ESS Embedded Systems and Sensors Engineering Prof. Dr.-Ing. Jürgen Becker Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Technik der Informationsverarbeitung Prof. Dr.-Ing. Klaus Müller-Glaser Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Technik der Informationsverarbeitung Prof. Dr.-Ing. Michael Hübner Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Eingebettete Systeme der Informationstechnik Prof. Dr. Wilhelm Stork Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Technik der Informationsverarbeitung BEREICHSLEITER ESS Dr.-Ing. Stephan Heuer (ab 15.7.2012) Dr.-Ing. Philipp Graf (bis 14.7.2012) ABTEILUNGSSLEITER ESS Dr.-Ing. Stephan Heuer (bis 14.7.2012) Bruno Rosales Saurer Dr.-Ing. Martin Hillenbrand J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 39


ZAHLEN UND FAKTEN 2012 RECHTSFORM ·· gemeinnützige Stiftung des bürgerlichen Rechts GRÜNDUNG ·· 1985 FZI-AUSSENSTELLE ·· Friedrichstraße 60, 10117 Berlin MITARBEITER ·· Mitarbeiter gesamt (inkl. Teilzeitmitarbeiter) 173 ·· Wissenschaftliche Mitarbeiter 144 ·· Gastwissenschaftler 78 ·· Stipendiaten 21 WISSENSCHAFTLICHE ERGEBNISSE ·· Promotionen 13 ·· Diplom-/ Masterarbeiten 38 ·· Studien-/ Bachelorarbeiten 31 ·· Bücher und Buchbeiträge 19 ·· Zeitschriftenbeiträge 24 ·· Tagungsbeiträge 120 PRESSEVERÖFFENTLICHUNGEN ·· 509 erfasste Artikel über das FZI auf Nachrichten-Portalen, Blogs und Foren und in Printmedien ·· Eröffnung FZI House of Living Labs mit 112 Artikeln ·· KIT und FZI auf der CeBIT mit 183 Artikeln ·· Radio und Fernsehbeiträge, u. a. Beitrag über Ambient Assisted Living mit Beteiligung des FZI in der Tagesschau, ausgestrahlt am 4.10.2012 Dach des FZI House of Living Labs WIRTSCHAFTLICHE ERGEBNISSE ·· Projekte gesamt 170 ·· davon gestartete Projekte 91 ·· davon Industrie 69 ·· davon öffentlich 22 ·· Gesamthaushalt 14 Mio. ZERTIFIZIERUNG ·· Zertifiziertes Qualitätsmanagement-System nach ISO 9001 ·· Bereiche mit Anwendungsforschung für Medizinprodukte auch nach ISO 13485 ·· Akkreditiertes PROFIBUS Competence Center 40 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


DAS FZI IN ZAHLEN DAS FZI ALS ARBEITGEBER Über 140 junge und motivierte Forscher und Forscherinnen arbeiten im Jahr an rund 170 verschiedenen nationalen und internationalen Forschungs- und Industrieprojekten. Das FZI bietet hierfür ein hervorragendes Arbeitsumfeld mit moderner, großzügiger technischer Ausstattung und einem guten Betriebsklima. DAS SAGEN UNSERE MITARBEITER FZI-Außenstelle in Berlin-Mitte Mitten in den Stadtzentren von Karlsruhe und Berlin bieten wir anspruchsvolle, abwechslungsreiche Themenstellungen und Kontakte zu internationalen Partnern. Unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten bei uns in einem offenen, interkulturellen und internationalen Umfeld – wo übrigens der Anteil an Wissenschaftlerinnen überdurchschnittlich hoch ist. Am FZI bieten wir unseren Mitarbeitern ideale Voraussetzungen für eine wirtschaftliche und akademische Karriere. Denn wir fördern unsere Mitarbeiter gezielt und schaffen so das Sprungbrett in Führungspositionen. AUS WELCHEN STUDIENGÄNGEN KOMMEN UNSERE MITARBEITER? Wir leben Interdisziplinarität. Das zeigt sich nicht nur an unseren Forschungsprojekten, sondern auch an der Qualifikation unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus den Studiengängen: ·· Informatik ·· Gesundheitsinformatik ·· Wirtschaftsinformatik ·· Elektrotechnik und Informationstechnik ·· Wirtschaftsingenieurwesen ·· Wirtschaftswissenschaften ·· Maschinenbau ·· Informationswirtschaft ·· Technomathematik ·· Wirtschaftsmathematik ·· Technische Volkswirtschaft „Als Neueinsteiger hat mich vor allem die Möglichkeit der interdisziplinären Arbeit am FZI gereizt. Schon in meinem ersten Projekt habe ich die Möglichkeit, abteilungsübergreifend wissenschaftliche Forschung aus den Bereichen Informatik und Elektrotechnik zu kombinieren und in die Praxis zu bringen. Das Begleiten eines Projekts von der Idee bis zum fertigen Produkt, in Kooperation mit Forschung und Industrie, macht die Arbeit am FZI einzigartig und keinen Tag wie den anderen.“ Christian Reichelt (Dipl.-Inform. Med.) „Nach meinem Studium in Spanien und einem Austauschprogramm in Deutschland habe ich mich entschieden, am FZI zu promovieren. Bereits von Anfang an konnte ich mich sehr schnell in das Team integrieren, weil die Kollegen immer hilfsbereit sind und das Arbeitsklima sehr angenehm ist. Für mich ist das FZI etwas Besonderes, weil ich mich jeden Tag wissenschaftlich weiterentwickeln und gleichzeitig als Person wachsen kann. Hier habe ich die Möglichkeit, in europäischen Projekten zu arbeiten und Kontakt mit Leuten aus ganz Europa zu haben. Andererseits kann ich mich aber auch in deutsche Industrieprojekte einbringen, die mir ganz andere Visionen und Herausforderungen bieten.“ Verónica Rivera-Pelayo (Dipl.-Inform.) J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 41


Aktuell Forum Dialog Highlights Ausgezeichnet Gemeinsam 42 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS AUSGEZEICHNET 44–45 PERSONELLES 46–47 GRÜNDEN 48–49 NETZWERKEN 50–55 ZUSAMMENARBEITEN 56–59 AUS- UND WEITERBILDEN 60–61 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 43


AUSGEZEICHNET Prof. Walter Tichy mehrfach ausgezeichnet Die Association for Computing Machinery (ACM) hat Prof. Walter F. Tichy im Dezember 2012 zum ACM Fellow für seinen Beitrag zum Software Engineering und zur Versionskontrolle bei der Softwareentwicklung ernannt. Tichy erhält damit als erster Angehöriger des KIT und des FZI diese höchste Auszeichnung der internationalen Informatik-Gesellschaft. Mit der Ernennung zu Fellows ehrt die ACM in diesem Jahr 52 ihrer Mitglieder für ihren maßgeblichen Beitrag zu neuen Erkenntnissen und Ergebnissen in Sektoren wie dem Gesundheitswesen, Kommunikation, IT-Sicherheit, Wirtschaft, Bildung und Unterhaltung. Zudem erhielt Prof. Walter Tichy am 4. Februar 2013 den Impact Paper Award der ACM SIGSOFT für seinen Artikel „Design, Implementation, and Evaluation of the Revision Control System“, der 1982 veröffentlicht wurde. Mit dem Award zeichnet die ACM jedes Jahr eine Publikation aus, die die Softwaretechnik nachhaltig beeinflusst hat. Die Veröffentlichung des Artikels auf einer SIGSOFT-Konferenz muss mindestens 10 Jahre zurückliegen, um die Wichtigkeit und den Einfluss des Papers richtig einschätzen zu können. Die Auszeichnung des Artikels von Walter Tichy aus dem Jahr 1982 unterstreicht damit die Bedeutung der Publikation für das Software Engineering bis heute und die Anerkennung seiner Arbeiten zur Softwareentwicklung und zu Systemen der Revisionsverwaltung. SE-Mitarbeiter Benjamin Klatt und Martin Küster ausgezeichnet Benjamin Klatt wurde am 9. Mai 2012 auf dem Entwicklertag 2012 mit dem ObjektForum Thesis Award 2011 in der Kategorie „Grundlagen der Disziplin“ ausgezeichnet. Der mit 1.500 Euro dotierte Preis wurde vom Technologiepark Karlsruhe und der IT-Beratungsfirma andrena objects ins Leben gerufen, um Entwickler mit innovativen Ideen in herausragenden Diplomarbeiten zu fördern. Benjamin Klatt bekam den Preis für die Erweiterung von Palladio, einem werkzeuggestützten Software- Engineering-Ansatz, der die Performance einer Software bereits im Entwurfsstadium vorhersagen lässt. Außerdem gewannen die SE-Mitarbeiter Benjamin Klatt und Martin Küster den Nachwuchsforscherpreis „CompArch Young Investigator Award“ für ihre Arbeit „Respecting Component Architecture to Migrate Product Copies to a Software Product Line“. Darin beschreiben sie, wie Informationen, die aus einer Software-Architektur stammen, dazu nützlich sein können, Produktkopien in eine Software-Produktlinie zu überführen. Dr.-Ing. Philipp Graf folgt Ruf an die Hochschule Ulm Dr.-Ing. Philipp Graf, Bereichsleiter ESS, hat einen Ruf an die Hochschule Ulm erhalten. Am 1. September 2012 trat er nach drei monatiger Elternzeit die Professur für Angewandte Informatik mit Schwerpunkt modellgetriebene Software- und Systementwicklung an. Dr. Andreas Schmidt und Dr. Catherina Burghart folgen Ruf an die Hochschule Karlsruhe Dr. Andreas Schmidt, Abteilungsleiter bei IPE, hat zum 1. März 2012 einen Ruf an die Hochschule Karlsruhe zur Fakultät für Informatik und Wirtschaftsinformatik erhalten. Er vertritt dort die Themenfelder Enterprise Social Media und Mobile Business im Bachelor- und Masterstudiengang Wirtschaftsinformatik. Seine Forschungsaktivitäten im Bereich technologiegestütztes Lernen und Wissensreifung wird er im Rahmen von europäischen Drittmittelprojekten fortführen. Auch Dr. Catherina Burghart, Abteilungsleiterin bei IPE, wurde zum 1. März 2013 als Professorin für Angewandte Informatik an der Fakultät für Maschinenbau der Hochschule Karlsruhe berufen. Seit dem Sommersemester 2013 hält sie Vorlesungen im Bereich Informatik, Angewandte Mathematik und Softwaretechnik. Dr. Oliver Bringmann an Universität Tübingen berufen Dr. Oliver Bringmann wurde zum 1. Mai 2012 an die Universität Tübingen berufen, wo er den Lehrstuhl für Eingebettete Systeme am Fachbereich Informatik leitet. In der Lehre widmet er sich den Themen eingebettete Systeme, Rech-nerarchitekturen und Multimediatechnologie. Seine Forschungsschwerpunkte liegen u. a. in der Architekturexploration und dem Virtual Prototyping, der Performanz-, Leistungs- und Temperaturanalyse eingebetteter Systeme sowie dem Entwurf und der Verifikation zuverlässiger nanoelektronischer Systeme. 44 J A H R E S B EERRIICCHHT T 22001 12 2 I I 2 02 10 31 3


HIGHLIGHTS FZI ist PROFIBUS Competence Center Das FZI ist akkreditiertes Kompetenzzentrum für die standardisierte Kommunika tionstechnologie PROFIBUS (Process Field Bus). Diese Feldbustechnologie zur seriellen Datenübertragung wird in den Varianten PROFIBUS-DP (Dezentrale Peripherie) und PROFIBUS-PA (Prozess-Automation) in der Industrie zur Automatisierung von Steuerungs- und Produktionsprozessen verwendet. Einsatzgebiete sind die Vernetzung verteilter Sensoren und Aktuatoren zum Steuern und Regeln großer Produktionsanlagen. Durch normierte Hardware- und Software- Schnittstellen erfüllt PROFIBUS hohe Ansprüche in Bezug auf Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit. Für die Akkreditierung des FZI als PROFIBUS-Kompetenzzentrum begutachtete der PROFIBUS-Experte Steffen Ochsenreither von Endress+Hauser, einem der international führenden Mess- und Verfahrenstechnikanbieter, die PROFIBUS-Demo-Anlage im FZI Living Lab smartAutomation, die derzeit mit über 20 Geräten verschiedener Hersteller bestückt ist. Gleichzeitig überprüfte der Experte die PROFIBUS-Sachkompetenz der zuständigen FZI-Mitarbeiter, die alle PROFIBUS-PA Certified Engineers sind. Professor Dr.-Ing. Michael Hübner, Direktor am FZI, der die Verantwortung für das Forschungs- und Entwicklungsfeld Automatisierungstechnik trägt, unterstreicht die besonderen Chancen, die sich für den Technologietransfer ergeben, mit den Worten: „Durch die Akkreditierung als PROFIBUS-Kompetenzzentrum können wir am FZI Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in engem Kontakt mit Herstellern von PROFIBUS-Geräten durchführen und sowohl die Produzenten als auch die Industrie- Partner auf Anwenderseite mit unserer Fachkompetenz bei der Einführung oder Umstellung auf die PROFIBUS-Technologie unterstützen“. Dr.-Ing. Martin Hillenbrand, Leiter des FZI Living Lab smartAutomation, ergänzt: „Mit dem FZI Living Lab smartAutomation steht am FZI seit der Eröffnung des House of Living Labs eine realistische Industrieautomatisierungsumgebung zur Verfügung. Dort können Technologien, Geräte und Systeme im Umfeld von PROFIBUS-DP und PROFIBUS-PA entwickelt, erprobt und evaluiert werden.“ Aktuelle Forschungsziele des FZI sind neue Technologien für Vernetzung und Diagnose sowie für Daten-, Angriffs- und Betriebssicherheit (Safety und Security) im Bereich PROFIBUSbasierter Datenkommunikation. Zudem wollen die FZI-Wissenschaftler neue Hardware -/ Software-Architekturen und innovative Services für die Automatisierungstechnik entwickeln. Team um Stroke Angel gewinnt Karl Storz Telemedizinpreis Am 25. Oktober wurde in Berlin im Rahmen des 3. Nationalen Fachkongresses Telemedizin der Karl Storz Telemedizinpreis 2012 an das Stroke-Angel-Team des FZI sowie an das Tele- Ophthalmologische Institut Erlangen verliehen. Der Preis wird jährlich von der Deutschen Gesellschaft für Telemedizin, kurz DG-Telemed, und dem Unternehmen Karl Storz GmbH & Co. KG ausgeschrieben. Mit dem Karl Storz Telemedizinpreis möchten die DG Telemed und die Karl Storz GmbH & Co. KG, die den Preis finanziert, Anreize zum fortschrittlichen Erfindergeist schaffen. Die DG Telemed entschied sich in diesem Jahr, den Preis an zwei Projekte zu vergeben, und begründet ihre Entscheidung für die Preisträger damit, dass beide Projekte für eine Anwendung im Regelbetrieb geeignet sind und einen nachhaltigen Nutzen sowohl für die Medizin als auch für den Patienten erkennen lassen. Das FZI-Projekt Stroke Angel habe einen präklinischen Aspekt bei einer der wesentlichen zeitabhängigen Erkrankungen als Projektziel, während das Tele-Augenkonsil Telemedizin des Tele-Ophthalmologischen Instituts Erlangen medizinische Prozesse zwischen stationären und ambulant tätigen Akteuren unterstütze, so die DG Telemed. Mit dem Projekt Stroke Angel soll die schnelle und kompetente Versorgung von Schlaganfall-Patienten gesichert werden. Eine spezielle Software ermöglicht es dem Rettungsassistenten, wichtige Informationen über den Patienten in das Gerät einzugeben und diese per Funkverbindung an das Zielkrankenhaus zu übermitteln. So kann sich das Ärzteteam im Krankenhaus bereits vor dem Eintreffen des Rettungswagens auf den Patienten vorbereiten. J A H R E S B EERRIICCHHT T 22001 12 2 I I 2 02 10 31 3 45


PERSONELLES Berufung von Prof. Andreas Oberweis in den Vorstand Nach acht Jahren erfolgreicher Arbeit für das FZI hat Prof. Rudi Studer mit Ablauf seiner aktuellen Berufungszeit sein Amt als Vorstand und Sprecher des Vorstands zur Verfügung gestellt. Das FZI dankt ihm sehr herzlich für sein besonderes Engagement und für die erfolgreiche Weiterentwicklung des FZI in seiner Ägide. Auf einstimmigen Vorschlag des Direktoriums hin hat das Kuratorium in seiner Sitzung am 27. November 2012 Prof. Andreas Oberweis als Mitglied in den Vorstand berufen. Jan Wiesenberger designierter kaufmännischer Vorstand Auf einstimmigen Vorschlag des Direktoriums hin hat das Kuratorium in seiner Sitzung am 27. November 2012 die Nachfolge für den noch amtierenden kaufmännischen Vorstand Michael Flor festgelegt. Dipl.-Wi.-Ing. Jan Wiesenberger wurde vom Kuratorium als Vorstand berufen und wird mit dem Ausscheiden von Michael Flor im September 2014 dessen Amtsgeschäfte im Vorstand übernehmen. Bis dahin wird Jan Wiesenberger den Vorstand als designierter Vorstand unterstützen und insbesondere das Tagesgeschäft des kaufmännischen Vorstands im Innenverhältnis des FZI übernehmen. Neue assoziierte Direktoren Prof Dr.-Ing. Stefan Jähnichen, TU Berlin, ehemaliger Leiter des Fraunhofer FIRST, Präsident der GI und FZI-Kurator, gab seine Kuratoriumstätigkeit auf, um sich als assoziierter Direktor für das FZI insbesondere in der Außenstelle Berlin zu engagieren. Thematisch beschäftigt sich Stefan Jähnichen mit Simulation und Blended Learning. Damit ist Prof. Jähnichen der zweite assoziierte Direktor des FZI nach Prof. Hübner, Professor für Eingebettete Systeme der Informationstechnik an der Ruhr-Universität in Bochum. Michael Hübner wird die Positionierung des FZI auf den Gebieten smartAutomation sowie PROFIBUS deutlich verstärken. Wechsel in der Leitung bei SE, ISPE und ESS Dr.-Ing. Mircea Trifu, ehemaliger Bereichsleiter im Forschungsbereich SE, übernimmt nach neun Jahren FZI-Mitarbeit eine Vorstandsposition bei der Firma intooitus. Dr.-Ing. Klaus Krogmann folgt Mircea Trifu als SE-Bereichsleiter. Er war zuvor Abteilungsleiter im Forschungsbereich SE. Neuer Bereichsleiter im Forschungsbereich ISPE ist seit Mai 2012 Dr.-Ing. Marcus Strand. Er war bis dato TKS-Abteilungsleiter. Auch bei ESS gibt es einen Wechsel in der Bereichsleitung. Nach dem Weggang von Dr.-Ing.Philipp Graf an die Hochschule Ulm ist seit Juli 2012 Dr.-Ing. Stephan Heuer neuer ESS-Bereichsleiter. FZI verstärkt Management zugunsten des Technologietransfers Dr. Stefan Hellfeld, früher wissenschaftlicher Mitarbeiter bei SE, ist seit dem 1. Januar 2013 Leiter des FZI House of Living Labs. Er ist u. a. zuständig für die Entwicklung von Kooperationskonzepten mit Partnern, die Identifikation und Koordination öffentlicher Projekte sowie die Koordination des Wissens- und Erfahrungsaustausches. Frank Kleiner, bisher Abteilungsleiter der Stabsstelle Rechnerund Datenkommunikation (RuD), ist seit dem 1. Februar 2013 Technischer Leiter des FZI. Damit ist er für die strategische technische Ausrichtung des FZI im Bereich IT und sonstiger FZI-weiter Technik sowie für die Stabsstelle RuD und den inneren Dienst verantwortlich. Dr.-Ing. Nicole Groß hat die Nachfolge von Christine Radestock als Qualitätsmanagerin angetreten. Dr.-Ing. Nicole Groß war bereits seit 2006 als wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich ESS tätig und promovierte im Juli 2012 bei Prof. Dr. Wilhelm Stork. Nicole Groß wird sich in Zukunft der Sicherstellung der Konformitätsanforderungen sowie der Durchführung regelmäßiger Audits, Datenanalysen und Managementreviews widmen. Hinzu kommen der Ausbau des Wissensmanagements sowie die Optimierung der F&E-Freundlichkeit und Transparenz unserer Prozesse. Auch die Integration verwaltungsbezogener Prozesse in die QM-Landschaft wird angestrebt. Weitere Ziele sind die Zusammenführung von Qualitätsmanagement und Wissenschaft sowie die Option, Qualitätsmanagement auch als Dienstleistung des FZI für Partner anbieten zu können. 46 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS EU-Kommissar Oettinger besucht das FZI Am 28. September stattete Günther Oettinger dem FZI auf Einladung des Vorstands einen Besuch ab. Als EU- Kommissar für Energie interessierte ihn besonders die Forschung und Entwicklung für das Energiesystem der Zukunft, so dass FZI-Direktor Prof. Dr. Hartmut Schmeck ihn über die Möglichkeiten des Einsatzes von Informations- und Kommunikationstechnologien für aktuelle und zukünftige Aufgaben der Energiewirtschaft sowie am FZI laufende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten informierte. Anschließend unternahm Günther Oettinger einen Rundgang durch die FZI Living Labs smartAutomation, smartHome, smartMobility und besichtigte im FZI Living Lab smartEnergy, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am FZI ihre neuen Lösungsansätze praxisnah erforschen und Softwareund Systementwicklungen erproben. Zu guter Letzt ließ sich Günther Oettinger noch ins FZI Living Lab Automotive führen und sich im CoCar die entwickelten Funktionalitäten erklären. Bei der abschließenden Diskussion mit Vorständen und Direktoren des FZI wies Günther Oettinger nachdrücklich darauf hin, dass man nicht, anstatt zu handeln, abwarten könne, bis sich die Wirtschaft nach der Krise wieder erholt hätte. „Wir brauchen innerhalb der nächsten zehn Jahre nicht weniger als eine komplette Generalüberholung unserer Energieinfrastruktur. Die Infrastrukturentwicklung für ein nachhaltiges europäisches Energiesystem ist eine der größten Herausforderungen, denen die EU gegenübersteht,“ so Oettinger weiter. Vorstände und Direktoren sicherten ihm volle Unterstützung bei der Entwicklung von Lösungen für die herausfordernde Aufgabe zu. 25-jähriges Dienstjubiläum für vier FZI-Mitarbeiter Axel Jerger feierte am 1. März 2012 sein 25-jähriges Dienstjubiläum am FZI. Für den Vorstand dankte Michael Flor Axel Jerger für seine langjährige, treue Mitarbeit und überreichte ihm eine Dankesurkunde. Der Jubilar wurde auf der Terrasse des Vorstands im strahlenden Sonnenschein gebührend gefeiert. Zum Jahresbeginn 2013 konnten auch Herta Krämer, Ulrike Strauss und Horst Goppelsröder ihre 25 Jahre am FZI feiern. In einer kurzen vergnüglichen Dankesrede von Vorstandssprecher Prof. Dr. Ralf Reussner wurden kurz die Stationen am FZI angerissen und ein besonderer Dank mit Urkunde ausgesprochen. Im Anschluss wurde mit den Abteilungen der Jubilare gefeiert. 40 Jahre Fakultät für Informatik des KIT Vom 11. bis 13. Oktober 2012 feierte die Fakultät für Informatik ihr 40-jähriges Jubiläum mit einem Festakt sowie einem Ausstellungsprogramm im Audimax des KIT. Die Fakultät wurde am 1. Oktober 1972 an der damaligen Universität Karlsruhe gegründet und war Deutschlands erste Fakultät für Informatik. Im Rahmen der Ausstellung wurde den Gästen an allen drei Tagen das vielfältige Forschungsspektrum der Fakultät vor Augen geführt. Bei Führungen durch ausgewählte Labore bot sich den interessierten Gästen und Studierenden die Gelegenheit, das Forschungsspektrum der Fakultät für Informatik und benachbarter Einrichtungen, wie etwa dem FZI, von der praktischen Seite zu erleben. Am Abend des 12. Oktober fand der große Festakt mit Vertretern aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft statt. Neben KIT-Präsident Eberhard Umbach und dem ersten Absolventen des Diplomstudiengangs Informatik, Jochen Dietrich, adressierte auch FZI-Vorstand Prof. Ralf Reussner ein Grußwort an die Fakultät und gratulierte zum 40-jährigen Bestehen. FZI Förderverein zeichnet beste Diplomarbeiten im Fach Informatik aus Am 13. Oktober wurden im Rahmen der Absolventenverabschiedung an der Fakultät für Informatik Dipl.-Inform. Christof Doll und Dipl.-Inform. Martin Florian von Prof. Michael Bartsch, Vorstandsmitglied des FZI Fördervereins, und Prof. Dillmann, Direktor am FZI, für ihre Diplomarbeiten mit dem Preis des Fördervereins FZI e. V. ausgezeichnet. Beide Diplomarbeiten zeichneten sich durch theoretische Tiefe aus und betraten inhaltlich Neuland: Christof Doll entwickelte in seiner Diplomarbeit „Automatic Layout Generation for Argument Maps“ automatische Verfahren zur Visualisierung von Argumentkarten, einem Netzwerk aus Argumenten, Thesen oder Widersprüchen. Martin Florian erforschte sich in seiner Diplomarbeit „Socio- and Locality-Aware Overlays for User- Centric Networking“ dezentrale Alternativen zu sozialen Netzwerken wie Facebook oder Google+. J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 47


GRÜNDEN Ausgründungen durch Wissenschaftler auf Basis von Forschungsergebnissen sind ein wichtiges Transferinstrument: unzählige bedeutende IT-Innovationen sind auf diesem Wege zur praktischen Anwendung und zum kommerziellen Erfolg gekommen. Für bahnbrechende Innovationen und neue Geschäftsmodelle ist dies sogar oft der einzige, erfolgsversprechende Weg, um trotz Skepsis etablierter Unternehmen die Marktchancen einer besonders innovativen Idee auszuloten. Das FZI als Wissens- und Technologietransfereinrichtung fördert wissenschaftliche Spin-Offs – durch ein anwendungsnahes, gründungsfreundliches Arbeitsumfeld und durch die aktive Unterstützung von Gründungen als Inkubator. Auf diesem Wege hat das FZI die Gründung von mehr als 30 Unternehmen begleitet. Innovative Gründer werden durch das FZI in den Bereichen Infrastruktur, Coaching, Marketing, Finanzierung und durch die Übertragung von Rechten an Forschungsergebnissen unterstützt: ·· Infrastruktur: Für begrenzte Zeit erlaubt das FZI neuen Ausgründungen sowohl die Nutzung von Räumen wie auch die Nutzung technischer Infrastruktur des FZI. ·· Coaching: FZI-Mitarbeiter und besonders Direktoren unterstützen Ausgründungen als Mentoren in der technischen und betriebswirtschaftlichen Entwicklung. ·· Marketing: Durch die Integration von Ausgründungen in seine Öffentlichkeitsarbeit (wie z. B. den CeBIT-Auftritt) fördert das FZI die Sichtbarkeit junger Unternehmen. ·· Finanzierung: Wichtige Instrumente für wissenschaftliche Ausgründungen sind die speziell auf Gründer ausgerichteten Förderprogramme von Bundesregierung (EXIST) und Landesregierung (Junge Innovatoren). Das FZI unterstützt Gründer in der Beantragung und Durchführung solcher Förderprojekte (die immer eine wissenschaftliche Organisation als Inkubator und Unterstützer voraussetzen). ·· Übertragung von Rechten: Ausgründung auf Basis von wissenschaftlichen Ergebnissen fördert das FZI auch, indem die zur Verwertung notwendigen Rechte an geistigem Eigentum übertragen werden. Im vergangenen Jahr hat das FZI insbesondere drei Ausgründungen gefördert und engagiert sich als Gesellschafter des Transfer- und Gründerzentrums in Walldorf. des FZI. Das Unternehmen wurde bereits mehrfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Gründerpreis „IKT Innovativ“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. 2012 konnte audriga weitere Auszeichnungen entgegennehmen: am 4. Mai auf dem Hosting & Service Provider Summit 2012 in Frankfurt gewann audriga für seinen Cloud-Dienst www.email-umzug.de den Hosting & Service Provider Award in der Kategorie „Application Services”. Der Award zeichnet die innovativsten und erfolgreichsten Service-Angebote im Hosting- Geschäft aus. Keine drei Wochen später wurde audriga in Köln mit dem EuroCloud Deutschland Award 2012 als „Best Start-Up“ ausgezeichnet. Der Award wird jährlich im Rahmen der EuroCloud Conference für besonders innovative und zukunftsorientierte Cloud-Dienste verliehen. audriga hilft Anwendern beim Umzug ihrer Groupware-Daten wie zum Beispiel E-Mails, Kontakten oder Dateien zwischen Cloud-Anbietern. Dies geschieht mit Hilfe eines sicheren, schnellen und einfach zu bedienenden Umzugsdienstes, der sich mit verschiedenen Cloud-Anbietern verbindet und auch große Datenmengen effizient verarbeiten kann. Dabei legt audriga einen besonderen Fokus auf IT-Sicherheit und Datenschutz. Die audriga GmbH ist eine Ausgründung des KIT und Auf dem diesjährigen CeBIT-Stand des FZI gab es eine Premiere: audriga hatte seinen automatisierten Umzugsdienst für den Transfer von Groupware-Daten zwischen Cloud-Anbietern nun auch für Microsoft- Exchange-Postfächer weiterentwickelt. 48 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS Die Honestly MT GmbH ist ein Startup-Unternehmen aus Karlsruhe, das mit mobilen Endgeräten nicht-öffentliches und damit ehrliches Feedback von Kunden zu Unternehmen ermöglicht. So kann beispielsweise ein Restaurant dank der Applikation den eigenen Service analysieren und auf Kritik direkt reagieren, etwa mit Gutscheinen oder Vergünstigungen. Die FZI-Direktoren Prof. Dr. Andreas Oberweis und Prof. Dr. Dr. h. c. Wolffried Stucky begleiten die jungen Unternehmensgründer Sven Bläse, Mateo Freudenthal, Pascal Klein und Sebastian Wenzel in der Startphase mit Fachwissen sowohl zur Organisation einer Unternehmensgründung, als auch zu den eingesetzten Technologien. Auf der Kongressmesse CLOUDZONE Anfang Mai 2012 in Karlsruhe wurde Honestly eingesetzt, um live ein IT-Trendbarometer zu erstellen und zu präsentieren. Für das Geschäftsmodell wurden die Gründer im letzten Jahr mehrfach ausgezeichnet. Am 21. November 2012 gewann Honestly den CyberChampions Award in der Kategorie „Newcomer“. Der Preis wird einmal jährlich vom Unternehmensnetzwerk CyberForum e. V. an junge und expandierende Unternehmen aus der Technologieregion Karlsruhe verliehen. nubedian-Geschäftsführer Mathias Schmon stellte auf der CeBIT einem Besucher Lösungen für die Beratung, Koordination und Dokumentation im Sozial- und Gesundheitswesen vor. Gesundheitswesen bei der Beratung, der Koordination, der Dokumentation und dem Case Management unterstützt. Für diese Idee gewann nubedian beim Gründerwettbewerb „IKT innovativ“ des Bundeswirtschaftsministerium einen von sechs Hauptpreisen. Der Preis wurde von Hans-Joachim Otto, Parlamentarischer Staatssekretär beim Bundesminister für Wirtschaft und Technologie, auf der CeBIT 2012 überreicht. Das FZI-Spin-off nubedian GmbH ist ein innovatives Software- und Dienstleistungsunternehmen, das Produkte für das Sozial- und Gesundheitswesen entwickelt. nubedian hat erkannt, dass es einen großen Bedarf an speziellen Software- Lösungen für Koordinations-, Dokumentations- und Beratungsaufgaben gibt. Beispielsweise wird immer noch zu viel Zeit für die Erstellung von Dokumenten und Statistiken verwendet. Ziel der nubedian GmbH ist es, seine Kunden in Beratungs-, Kommunikations- und Organisationstätigkeiten zu unterstützen, um somit Zeit zu sparen. So können sich die nubedian- Kunden auf ihre Kernaufgaben konzentrieren: sich um die Versorgung der Patienten und Klienten zu kümmern. Auf der CeBIT 2013 stellte nubedian am FZI-Stand seine neueste Entwicklung vor: die Bewo-App. Zum Zeitung lesen, skypen oder Wetter aufrufen, aber insbesondere auch zur Kommunikation mit Pflegekräften dient Senioren diese neue App. Pflegende können den Bewohnern Termine und Erinnerungen schicken, die mobile Softwarelösung aber ebenso für die Kontrolle des Gesundheitszustandes nutzen. Über eine Schnittstelle kommuniziert die App mit der Cloud-basierten Softwarelösung CareCM, die Mitarbeiter im Sozial- und Das Ziel des Technologie- und Gründerzentrum Walldorf, der innoWerft, ist eine Förderung und ganzheitliche Begleitung innovativer Firmengründungen und junger Unternehmungen in der Rolle eines Coaches und gegebenenfalls Mitgründers insbesondere im Bereich der Schrittmacher- und Zukunftstechnologien. Die Technologie- und Gründerzentrum Walldorf Stiftung GmbH wurde von der Stadt Walldorf, der SAP AG und dem FZI in der Absicht gegründet, die Wirtschaft in Nordbaden im Allgemeinen und am Wirtschaftsstandort Walldorf/Baden im Speziellen zu fördern. Die innoWerft will Firmengründungen und jungen Firmen Hilfe zur Selbsthilfe bieten. 2012 haben erste Start-Ups des innoWerft-Portfolios gegründet, wie beispielsweise MOJO Lab GmbH, InSpoSer UG und Chargepartner GmbH. Außerdem wurde die innoWerft Coachingpartner der bwcon und des HighTech Gründerfonds. J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 49


NETZWERKEN Seit mehr als 28 Jahren ist das FZI als Forschungs- und Transfereinrichtung aktiv. Dass wir erfolgreich unser Wissen in die Praxis umsetzen und die Impulse aus der Praxis wieder in die Forschung einfließen lassen können, verdanken wir nicht zuletzt einem starken Netzwerk. Neben der engen Vernetzung mit dem KIT und unserem Förderverein FZI e. V. bilden auch unsere Alumni und Spin-Offs ein starkes Netzwerk. Unsere Aktivitäten in Spitzenclustern und die Mitgliedschaft im Cyberforum e. V., in den Innovationsallianzen innBW und TechnologieRegion Karlsruhe binden uns ein in innovative Netzwerke von Industrie, Wissenschaft und der Region. Das FZI ist seit seiner Gründung eng mit der Universität, d.h. dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbunden. Über unsere inzwischen mehr als 20 Direktoren, die als Professoren an ihrem Lehrstuhl aktiv sind, sind wir auch personell eng mit dem KIT verzahnt. Dank innovativer Kooperationsformen mit unseren Forschungspartnern können wir auch mit unseren Shared Professorships und der Shared Research Group als Bindeglied zwischen Wirtschaft und Lehre dienen. Transfer über Köpfe, ein stetig wachsendes Alumni-Netzwerk, über 30 Spin-Offs und eine Vielzahl von engen Kooperationen mit Industriepartnern führen zu einem starken Netzwerk, das wir in besonderer Weise pflegen. Beispielhaft ist der Förderverein FZI e. V., der aktuell rund 90 Mitglieder zählt. Sie nutzen den Verein als Netzwerk für den Wissensaustausch zu methodischen, technischen und wirtschaftlichen Entwicklungen rund um Innovationen mit Informatik. Der Förderverein ist ein Netzwerk von Firmen und Organisationen, die moderne Informationstechnologien nutzen wollen und zu diesem Zweck den intensiven Austausch untereinander und zum FZI pflegen und insbesondere die Arbeit des FZI unterstützen. Der enge Dialog mit den Fördervereinsmitgliedern ist bei der Bestimmung langfristiger, für die Praxis herausfordernder Fragestellungen ein sehr wertvolles Instrument und schafft kontinuierlich neue Impulse und Innovationsideen. Unter den Mitgliedern sind zahlreiche starke IT-Unternehmen aus der Großregion Karlsruhe. Gemeinsam mit Walldorf, Darmstadt, Kaiserslautern und Saarbrücken bildet Karlsruhe die Software-Spitzencluster- Region. Hier vernetzen sich innovative Unternehmen sowie führende Informatik-Fakultäten und Forschungseinrichtungen wie das FZI und machen sie zum Silicon Valley Europas. Ziel des Software-Clusters ist es, die Transformation von Unternehmen zu vollständig digitalen Unternehmen zu ermöglichen, in denen IKT der entscheidende Treiber für Produkt- und Prozessinnovationen ist. Mit rund 140 Partnern aus Wirtschaft, Forschungs- und Ausbildungseinrichtungen sowie regionalen Netzwerken wie dem CyberForum e. V. entstehen wichtige Impulse, neue Konzepte, Technologien und Geschäftsprozesse für Unternehmenssoftware, einer der wichtigsten Bereiche der deutschen Volkswirtschaft. Darüber hinaus ist das FZI auch stark im dem 2012 gestarteten Spitzencluster Elektromobilität Süd-West vertreten. Mit rund 80 Akteuren aus Industrie und Wissenschaft gilt dieser Spitzencluster als einer der bedeutendsten regionalen interdisziplinären Verbünde auf dem Gebiet der Elektromobilität. Der Spitzencluster wird vom BMBF im Rahmen der High- Tech-Strategie der Bundesregierung über einen Zeitraum von fünf Jahren mit 40 Mio. € gefördert. Ein wesentliches Ziel der Spitzenclusterförderung ist es, regionale Potenziale entlang der gesamten Innovations- und Wertschöpfungskette zu bündeln, damit Ideen und Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung schneller in marktfähige Produkte umgesetzt werden – Selbstverständnis und Kernaufgabe des FZI als Transfereinrichtung. Als IT-Forschungsspitze sind wir Mitglied in der Innovationsallianz innBW. Gemeinsam steht hier mit den zwölf außeruniversitären wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen Baden- Württembergs ein Netzwerk von über 1100 hochqualifizierten Wissenschaftlern in den Zukunftsfeldern Gesundheit und Pflege, nachhaltige Mobilität, Energie und Umwelttechnologie sowie Information und Kommunikation zur Verfügung. Mit rund 2.500 Forschungsprojekten ist die innBW ein Leuchtturm an Innovation und Technologietransfer in Baden-Württemberg. In der Innovationsallianz TechnologieRegion Karlsruhe ist das FZI mit den sechs führenden lokalen Einrichtungen mit mehr als 4000 Experten aus der Wissenschaft vernetzt. Kleinen und mittelgroßen Unternehmen aus der Technologieregion Karlsruhe soll hier der Zugang zu Fachleuten aus Wissenschaft und Lehre vereinfacht werden. Innovationsallianz TechnologieRegion Karlsruhe 50 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS Software-Spitzencluster: Konferenz Future Business Software 2012 Am 25. September 2012 fand in St. Leon-Rot die Konferenz Future Business Software 2012 statt, die unter anderem vom FZI gesponsort wurde. Auf der Konferenz diskutierten 14 hochrangige Referenten vor rund 250 Besuchern die bevorstehenden Umbrüche im Markt für Unternehmenssoftware und die Herausforderungen, die sich daraus für die Software- Entwicklung ergeben. Seitens des FZI hielt Vorstandsmitglied Prof. Dr. Ralf Reussner einen Vortrag über Software Design als Ingenieursdisziplin. Organisiert wurde die Konferenz durch den Software-Cluster, Sieger im Spitzencluster-Wettbewerb der Bundesregierung. innBW startet gemeinsam mit den Industrie- und Handelskammern Baden-Württemberg Innovationsbörse Baden-württembergische Unternehmen bekommen in zunächst 12 Veranstaltungen die Gelegenheit, sich über die wissenschaftliche Arbeit der innBW-Institute zu informieren. Die Institute stellen in kurzen Vorträgen ihre Forschungsergebnisse und Dienstleistungen in den Bereichen Werkstoffe und Oberflächen, Energie sowie Information und Kommunikation vor. Die ausrichtende IHK berichten über verschiedene Förderprogramme für Unternehmen im Bereich Forschung und Entwicklung. Im Anschluss an die Ausführungen können sich die Teilnehmer an den Info-Ständen der einzelnen innBW-Institute direkt mit den Wissenschaftlern über das Leistungsspektrum der Forschungseinrichtungen austauschen. Es besteht für die Unternehmer die Möglichkeit, den für sie passenden Fachexperten direkt anzusprechen. Das FZI war in den Themenbereichen Energie sowie Information und Kommunikation vertreten. FZI leitet Innovationsfeld IuK im Spitzencluster Elektromobilität Süd-West Der Cluster Elektromobilität Süd-West in der Region Karlsruhe, Mannheim, Stuttgart und Ulm schafft eine neue Technologiekompetenz für nachhaltige Mobilität, indem er Kompetenzen aus den Technologiefeldern Fahrzeug, Energie, IKT und Produktion verbindet, um damit die Herausforderungen der Elektromobilität zu bewältigen. Ziel sind neue Dienste für eine vernetzte Mobilität und qualitätsorientierte, serienflexible Batterieproduktionssysteme. Das FZI leitet eines der vier Innovationsfelder (Information und Kommunikation), koordiniert von FZI-Direktor Prof. Dr. Hartmut Schmeck. Alle Forschungsbereiche des FZI waren an der Vorbereitung des Spitzenclusters beteiligt. FZI im Dialog: Multicore in der indus triellen Anwendung Am 13. Juni 2012 fand das Transferforum des FZI für Mitglieder des Förderverein und interessierte Unternehmen „FZI im Dialog“ zum Thema „Multicore in der industriellen Anwendung“ statt. Der Forschungsbereich Software Engineering hatte dazu Urs Gleim von Siemens und Udo Steinberg von Intel Deutschland eingeladen. Nach der Begrüßung durch Vorstandssprecher Prof. Dr. Rudi Studer gab FZI-Direktor Prof. Dr. Walter F. Tichy eine kurze Einführung in das Thema. Urs Gleim ging in seinem Vortrag „Kernfragen: Multicore-Prozessoren in der Industrie“ auf Fragestellungen ein, mit denen sich ein großer Technologiekonzern durch den Einsatz von Multicore-Plattformen auseinandersetzen muss. Danach stellte Udo Steinberg in seinem Vortrag „Building a Secure Virtualization Architecture with Intel VT“ aktuelle Entwicklungen im Bereich der Virtualisierung bei Intel vor und erklärte, welche Aspekte für den Entwurf sicherer Virtualisierungslösungen kritisch sind. Abschließend gab FZI-Mitarbeiter Oliver Denninger einen Einblick in das inzwischen abgeschlossene strategische Projekt Multicore am FZI. Ergänzend konnten sich die Besucher an verschiedenen Demonstratoren ein Bild von der interdisziplinären und praxisnahen Multicore-Forschung am FZI machen. Im Anschluss an die Vorträge regte Prof. Tichy eine lebhafte fachliche Diskussion an. Viele Besucher waren deshalb noch lange ins Fachgespräch vertieft, bis sie im FZI House of Living Labs bei der Übertragung des EM-Spiels gegen die Niederlande mit der deutschen Nationalelf mitfieberten. VERANSTALTUNGEN 2012 | 2013 ·· Zahlreiche Messeauftritte wie CeBIT, Medica, OOP und Kongresse wie AAL-Kongress und Trendkongress net economy ·· FZI im Dialog zu „Multicore“ und „Smart Cities“ ·· Business Lunch mit Dr.-Ing. Philipp Nenninger von der ABB Automation Products GmbH ·· Besuche von Politikern und Partnern im FZI House of Living Labs J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 51


FZI im Dialog: „Smart Cities – Informationstechnologie für smarte Bürger“ Globalisierung, Urbanisierung, Klimaveränderungen und demographischer Wandel stellen wachsende Herausforderungen für moderne Städte dar. Informations- und Kommunikationstechnologien spielen in der Smart City nicht nur bei der Realisierung intelligenter Energie- oder Mobilitätssysteme eine entscheidende Rolle, sondern ermöglichen auch neuartige offene Innovationsprozesse, die einen breiten Kreis von Menschen in die Planungs- und Managementprozesse der Stadt einbinden. Diese Technologien standen im Mittelpunkt des „FZI im Dialog: Smart Cities“, der am 23. Januar 2013 im FZI stattfand. Die gut besuchte Veranstaltung begann nach der Begrüßung durch den Vorstandssprecher Prof Dr. Reussner mit einer Einführung in das Thema Smart City von Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Peter C. Lockemann. Besonderer Fokus lag in diesem Vortrag auch auf der Smart-City-Initiative der Stadt Karlsruhe. Dr. Andreas Abecker, Leiter des Innovationsmanagements bei der disy Informationssysteme GmbH, stellte „Participatory Sensing“ in der Anwendung für Smart Cities vor. Unter Participatory Sensing versteht man Methoden und Techniken, mit denen Bürger mit Smartphones zu den Sinnesorganen der Stadt werden. Smartphones ergänzen somit fest installierte Sensornetze um eine mobile und flexibel disponierbare Komponente. Bürgerinnen und Bürger können darüber hinaus auch ihre menschliche Urteilsfähigkeit bei der Datensammlung einbringen und einen kreativen Prozess zur Problemlösung in Gang setzen. Dr. Peter Behringer von der Stadt Karlsruhe stellte abschließend KA- Feedback vor, eine vom FZI realisierte App für das Smartphone, mit der Bürgerinnen und Bürger der Stadt Karlsruhe Mängel im öffentlichen Raum (z. B. den Zustand von Straßen) direkt an die Stadt melden können. Besonders konzentrierte er sich in seinem Vortrag auf die Herausforderungen einer erfolgreichen Integration der Meldungen in städtische Geschäftsprozesse. Der Abend endete mit einer Plenumsdiskussion, die von Teilnehmern und Vortragenden bis in den späten Abend fortgesetzt wurde. 4. Trendkongress net economy und CLOUDZONE Am 11. Mai 2012 fand bereits zum vierten Mal der Trendkongress net economy in der Messe Karlsruhe statt. Inhaltlich wurde der Kongress vom FZI gestaltet, Mitveranstalter waren das CyberForum sowie die Karlsruher Messe- und Kongress- GmbH. Die Organisation des Trendkongresses wurde vom FZI Förderverein unterstützt. Der Kongressvormittag wurde von den Keynotes von Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Wolfgang Wahlster, Prof. Dr. Hartmut Schmeck und Prof. Dr. Martin Przewloka zu den Themen Industrie 4.0, Energie und Big Data geprägt. Die drei Keynote-Sprecher gewährten jeweils einen umfassenden Einblick in aktuelle Forschungsentwicklungen in ihrem Themengebiet. Am Nachmittag informierten Referenten aus Wirtschaft und Wissenschaft in drei parallelen Trendsessions über eHealth und Ambient Assisted Living, IT-Sicherheit und Zukunftskonzepte der Elektromobilität. Sowohl der Kongress als auch die parallel stattfindende Cloud- Computing-Messe CLOUDZONE konnten in diesem Jahr einen großen Zuwachs an Fachbesuchern und Ausstellern verzeichnen. Im Forschungsfeld Cloud Computing zeigte das FZI Möglichkeiten für hybride Infrastrukturen auf und adressierte dabei Qualitätseigenschaften wie Performance, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit. Dadurch wird die Vertrauenswürdigkeit auch im Cloud Computing sichergestellt und ermöglicht, die Vorteile von Cloud Computing auch in hybriden Szenarien auszuschöpfen, ohne dass Bestandssoftware außen vor bleibt. Während der gesamten Veranstaltung konnten die Besucher mit Hilfe einer Smartphone-App über zukünftige Trends abstimmen. Dieser „Trendbarometer“ wurde mit Unterstützung von honestly vom FZI bereitgestellt. Am 16. Mai 2013 findet der 5. Trendkongress statt. 52 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS FZI auf MEDICA 2012 Das FZI präsentierte sich vom 14. bis 17. November 2012 auf der internationalen Medizinfachmesse MEDICA 2012 in Düsseldorf. Zusammen mit Forschungspartnern vom KIT und den ausgegründeten Firmen movisens GmbH und nubedian GmbH stellte der Forschungsbereich ESS Servicekonzepte, Dienstleistungen und Produkte zu eHealth, Ambient Assisted Living und für das Versorgungsmanagement vor, die auf Basis neuester Erkenntnisse aus der wissenschaftlichen Forschung entwickelt wurden. Vorgestellt wurden Organisationslösungen für die mobile Gesundheitsfürsorge sowie Produkte und Servicekonzepte für eine technik- und dienstleistungsunterstützte Lebensführung. Roundtable des Förderverein FZI zum Thema Mitarbeitergewinnung Am 28. März 2012 fand im Schlosshotel Karlsruhe der FZI Roundtable zum Thema Mitarbeitergewinnung statt. Roman Chrustowski, Geschäftsführer der UTILIGENCE GmbH, referierte über den Fachkräftemangel als kritischen und entscheidenden Produktions- und Wachstumsfaktor und berichtete aus Sicht eines neu gegründeten IT-Unternehmens über Mitarbeitergewinnung in einem „ausverkauften Personalmarkt“. Ihm schloss sich die Hierzu gehören beispielsweise verschiedene innovative Sensorund Softwarekonzepte, die sowohl in der telemedizinischen Betreuung von Patienten eingesetzt werden können als auch für den ambienten Einsatz in altersgerechten Umgebungen geeignet sind. Außerdem wurden intelligente Softwarelösungen für die Unterstützung von Koordinations-, Beratungs-, Aufnahme- und Überleitungstätigkeiten in Einrichtungen des Gesundheitswesens präsentiert. FZI mit Vortrag und Stand auf der OOP 2013 Vom 21. bis 25. Januar 2013 präsentierte der Forschungsbereich SE auf der OOP 2013 in München die Themen Multi-Core- Programmierung, modellgetriebene Multi-Plattformentwicklung für Mobile und Server sowie Software-Architekturqualitätsanalysen und -bewertungen. Oliver Denninger und Frank Padberg berichteten im Konferenzprogramm über typische Fehler in parallelen Programmen. Die OOP ist der Treffpunkt in Europa für Softwarearchitekten und Entscheider. Auf der Konferenz mit angeschlossener Fachmesse hielten zahlreiche internationale Experten Vorträge und Tutorials zu hoch aktuellen und praxisnahen Softwarethemen. Mannheimer Personalexpertin Regina Bergdolt an. Sie informierte die Teilnehmer über die Treiber des Fachkräftemangels, den aktuellen Forschungsstand zum effektiven Personalmarketing und Best Practices bei der Mitarbeitergewinnung. Zu guter Letzt sprach Christine Naber, Head of Corporate Services der COINOR AG, über die Unternehmens- und Führungskultur mittelständischer Unternehmen als deren Wettbewerbsvorteil im engen Bewerbermarkt. Sie reicherte ihren Vortrag mit wertvollen Praxisbeispielen an, sodass sich im Anschluss reichlich Gesprächs- und Diskussionsstoff bot. NEWS UND TERMINE Aktuelle Meldungen und Termine des FZI finden Sie online unter www.fzi.de/aktuelles J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 53


ERÖFFNUNG DES FZI HOUSE OF LIVING LABS Am Freitag, den 27. April 2012, wurde das FZI House of Living Labs mit rund 200 geladenen Gästen feierlich eröffnet und ausgiebig gefeiert. Bereits vor der Festveranstaltung konnten die zahlreichen Gäste im Rahmen eines Tags der offenen Tür die FZI Living Labs besichtigen und sich über Forschungsthemen informieren. Auch am Nachmittag hatten die Gäste Gelegenheit, im Gespräch mit FZI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftlern mehr über die technische Ausstattung der FZI Living Labs und über die Kooperationsmöglichkeiten zu erfahren. Außerdem hielten Referenten verschiedener Industriepartner Vorträge, die das gesamte Themenspektrum widerspiegelten. Die Festveranstaltung begann am Nachmittag mit der Begrüßung durch FZI-Vorstandssprecher Prof. Dr. Rudi Studer und Günther Leßnerkraus, Ministerialdirigent im Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg und Vorsitzender des Kuratoriums. Danach sprachen Margret Mergen, Erste Bürgermeisterin der Stadt Karlsruhe, und Prof. Dr. Dr. h. c. Horst Hippler, Präsident des KIT, die Grußworte. Anschließend stellte FZI-Direktor Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner den Besuchern in einem Vortrag das FZI House of Living Labs vor. Seit seiner Eröffnung konnte das FZI im House of Living Labs viele Besucher aus Politik und Wirtschaft begrüßen. Zahlreiche Partner nutzen einen Termin zur Projektbesprechung am FZI, um anschließend noch eine Führung durch das FZI House of Living Labs zu unternehmen und sich dabei gezielt über Kooperationsmöglichkeiten sowie die verfügbare technische Ausstattung der FZI Living Labs zu informieren. Einige unserer Partner im FZI House of Living Labs 54 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS FZI AUF DER CEBIT 2013 Vom 5. bis 9. März 2013 war das FZI gemeinsam mit dem KIT auf der CeBIT. Dort erwartete die Besucher ein virtueller Einblick in die intelligente Wohnung im FZI House of Living Labs mit Technik und Lösungen aus dem Bereich Smart Home und Ambient Assisted Living (AAL). Mit einem virtuellen Einblick in die Zwei-Zimmer-Wohnung im FZI House of Living Labs zeigte das FZI, wie Menschen in Zukunft Informationstechnologien für mehr Komfort und Sicherheit sowie zur Verbesserung des betreuten Wohnens und der Pflege nutzen werden. Als sichtbare und greifbare Beispiele für solche Technologien wurde eine Sensormatte, die Stürze registriert, ein Schlafapnoe-Screening-System und eine per Tablet-Computer schaltbare Lampe ausgestellt. Auf dem Stand präsentierten sich außerdem zwei unserer Ausgründungen, audriga und nubedian. audriga, ein gemeinsames Spin-Off von FZI und KIT, stellte Interessierten seinen Umzugsservice für E-Mails, Kontakte, Kalender und Dateien zwischen Cloud-Anbietern vor. Die drei Geschäftsführer Dr. Frank Dengler, Hans-Jörg Happel und Dr. Thomas King hatten bereits im Vorhinein Termine mit Kunden vereinbart und nutzten ihren Messeauftritt so vor allem zur Akquise von Neukunden und Kontaktpflege zu Bestandskunden. Das FZI-Spin-Off nubedian stellte auf der CeBIT eine spezielle, altersgerecht aufbereitete App für Bewohner in betreuten Wohneinrichtungen vor. Unter anderem können Betreuer über die App den Bewohnern zum Beispiel Termine und Erinnerungen schicken. Außerdem präsentierte nubedian seine Software Unsere zwei Spin-Offs audriga (l.) und nubedian (r.) stellen ihre innovativen Geschäftsideen vor. Staatssekretär Ingo Rust (2. v. l.) lässt sich in Begleitung von Ministerialdirigent Günther Leßnerkraus (l.) und FZI-Vorstand Prof. Zöllner (2. v. r.) von Dr. Jürgen Bock (r.) die intelligente semantische Speisekarte erklären. CareCM, eine Softwarelösung für die Pflegeberatung und das Case Management. „Obwohl die CeBIT nicht die Messe unserer Zielgruppe ist, konnten wir dennoch interessante Gespräche führen und neue Kunden gewinnen. Gerade durch die Gespräche mit unseren Anwendern schaffen wir es immer wieder, unsere Anwendungen zu verbessern und anwenderfreundlicher zu gestalten“, so das Fazit von Mathias Schmon, Geschäftsführer der nubedian GmbH. Prominente Besucher des Gemeinschaftsstands von FZI und KIT waren Neelie Kroes, Vizepräsidentin der Europäischen Kommission und EU-Kommissarin für die Digitale Agenda, und Ingo Rust, Staatssekretär für Finanzen und Wirtschaft Baden- Württemberg. Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner und Jan Wiesenberger begleiteten den Rundgang der Politiker und berichteten vom positiven Feedback seitens der Politik über die ausgestellten Technologien. J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 55


ZUSAMMENARBEITEN In Kooperationsprojekten und in direktem Auftrag entwickelt das FZI für seine Partner Konzepte für betriebliche Organisationsaufgaben sowie Software- und Systemlösungen und setzt diese in innovative Lösungen und Dienstleistungen um. Sowohl Forschung im direkten Auftrag von Unternehmen als auch kooperative Forschungsvorhaben gemeinsam mit Unternehmen sind ein zentrales Transferinstrument des FZI. Im Jahr 2012 wurden am FZI über 170 Projekte für und gemeinsam mit Unternehmen durchgeführt. Die unterschiedlichen Projekte lassen sich in zwei Klassen aufteilen: Auftragsforschung, bei der Auftrag und Finanzierung direkt von einem Interessenten kommen (üblicherweise einem Unternehmen, aber auch von Ministerien, Vereinen etc.) und kollaborative Forschungsvorhaben, an denen üblicherweise mehrere Unternehmenspartner beteiligt sind und häufig ein Teil der Finanzierung von staatlichen Stellen übernommen wird. AUFTRAGSFORSCHUNG Um Forschungsherausforderungen ohne Zeitverzögerung und Unsicherheit über Fördermöglichkeiten oder Auflagen des Fördergebers maßgeschneidert und individuell für ein Unternehmen durchzuführen, ist die Auftragsforschung das Mittel der Wahl. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des FZI erarbeiten hierbei eine zielorientierte wissenschaftliche Lösung – meist für ein konkretes Anwendungsproblem – und verhelfen dem Auftraggeber somit zu innovativen Lösungen, die neuste wissenschaftliche Erkenntnisse praxistauglich umsetzen. Technologie Scouting, Machbarkeitsstudien und Training in neuen Technologien sind weitere kurzfristige Auftragsformen, mit denen das FZI Unternehmen in Innovationsprozessen unterstützt. GEFÖRDERTE AUFTRAGSFORSCHUNG Um die Innovationsfähigkeit und Wachstumsorientierung von kleinen und mittleren Unternehmen zu fördern, gibt es sowohl auf europäischer als auch auf Bundes- und Landesebene Förderprogramme, mit denen die Beauftragung von Forschungseinrichtungen zur Erforschung und Entwicklung von neuen Produkten und Dienstleistungen gefördert wird. Die in diesem Rahmen durchgeführten Projekte sind wie andere Auftragsforschungsprojekte auch maßgeschneidert auf die Bedürfnisse eines oder mehrerer Auftraggeber, die sich mit einem Eigenanteil an den Projektkosten beteiligen. Durch die notwendigen formalen Prozesse bei der Beantragung der Forschungsförderung für Verbundprojekte muss eine ausreichende Vorlaufzeit für öffentlich geförderte Forschungsvorhaben eingeplant werden. Auf EU-Ebene werden durch das Programm „Research for SME“ (Small and Medium Enterprises) langfristige gemeinsame Forschungsvorhaben von KMUs aus verschiedenen Ländern unterstützt. Die Bundesregierung ermöglicht geförderte Auftragsforschung im Rahmen des „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)“, als ZIM KA für Forschungsprojekte und als innovationsunterstützende Dienstleistungen zur Förderung der schnellen wirtschaftlichen Verwertung der Ergebnisse von geförderten Forschungsprojekten. Auf Ebene des Landes Baden-Württemberg schließlich erlauben sogenannte Innovationsgutscheine kleinen und mittelständischen Unternehmen geförderte Forschungsdienstleistungen in Anspruch zu nehmen. KOLLABORATIVE FORSCHUNG In kollaborativen Forschungsprojekten arbeitet ein Verbund von Partnern an einer definierten Forschungsaufgabe. Die Finanzierung für die Durchführung des Vorhabens (Verbundprojekt) wird dabei anteilig von einem öffentlichen Fördergeber übernommen. In der kollaborativen Forschung verläuft der Wissenstransfer nicht ausschließlich vom Forschungspartner zu den Auftraggebern, sondern alle Projektpartner unterstützen sich gegenseitig mit ihren Kompetenzen, um ein gemeinsames Forschungsziel zu erreichen. Schon vor dem eigentlichen Projekt, also in der Antragsphase, erarbeiten die Partner eine gemeinsame Vision für die im Rahmen des Forschungsvorhabens zu entwickelnde Innovation. Nach Genehmigung der Forschungsförderung setzt sich dieser in der Antragsphase bereits begonnene Wissensund Technologietransfer fort – vorrangig entlang der eigentlich bearbeiteten Forschungsherausforderung. Oftmals entstehen durch die gemeinsamen Arbeiten innerhalb des Forschungsverbundes jedoch auch neue Kooperationen sowie Ideen für Innovationen – und gut ausgebildete Wissenschaftler bauen Kontakte zu möglichen zukünftigen Arbeitgebern auf. Seit der Eröffnung des FZI House of Living Labs steht für die Zusammenarbeit mit Unternehmen eine ideale Infrastruktur zur Verfügung. 56 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS In der kollaborativen Forschung bzw. der Verbundforschung wird durch den Fördergeber oftmals vorgegeben, dass die Ergebnisse der Forschungsarbeiten schon während der Projektlaufzeit systematisch verbreitet und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. In der kollaborativen Forschung für das FZI besonders relevant sind die speziell auf die Förderung von innovativen kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) ausgerichteten Programme des Bundes: KMU Innovativ (vom Bundesministerium für Bildung und Forschung) und ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie) – beide Programme fördern Forschungsprojekte in unterschiedlichen technologischen Schwerpunktthemen, die die Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit von KMU steigern sollen. Auf der Ebene des Landes tritt besonders die Baden- Württemberg Stiftung in der Forschungsförderung auf – diese mit dem Ziel, Baden-Württemberg als modernen Forschungsstandort zu fördern. Neben den genannten Programmen gibt es von BMBF, BMWi und anderen Ministerien in unregelmäßigen Abständen Forschungsprogramme zur Förderung der Innovationsstrategie der Bundesregierung. In erster Linie orientieren sich diese an der Hightech-Strategie und der darin festgehaltenen Zukunftsprojekte wie der CO2-neutralen, energieeffizienten und klimaangepassten Stadt, internetbasierten Diensten für die Wirtschaft oder dem Thema Industrie 4.0 (intelligente Produktionstechniken). Das Flaggschiff der Hightech-Strategie ist der Spitzencluster-Wettbewerb. Mit diesem Förderprogramm soll die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands durch die Etablierung von international führenden Technologieclustern gesteigert werden. Im Kern dieser bis zu fünf Jahre laufenden und teilweise mehr als 100 Partner umfassenden Projekte steht deswegen nicht nur die konkrete Forschung, sondern auch gerade die Unterstützung der regionalen Vernetzung von Unternehmen und Forschern. Das FZI ist derzeit im Spitzencluster Elektromobilität Süd-West und im Software-Spitzencluster als Partner vertreten. Neben Bund und Land ist die Europäische Union das dritte wichtige Standbein für geförderte kollaborative Forschung am FZI. Die Förderung der EU ist dabei in erster Linie auf die Steigerung der Wettbewebsfähigkeit der europäischen Wirtschaft und das Angehen gesellschaftlicher Herausforderungen ausgerichtet. In diesem Rahmen durchgeführte Projekte haben immer eine europäische Dimension. Die für IT-Forschung wohl wichtigsten Instrumente der EU-Forschungsförderung für das FZI sind STREP- und IP-Projekte. Dabei handelt es sich um kleine und mittlere (STREP – Small/Medium-Scale Focused Research) Projekte mit üblicherweise 3 Jahren Laufzeit und einstelligen Partnerzahlen, oder große (IP – Integrated Project) Verbundprojekte mit bis zu 5 Jahren Laufzeit und teilweise mehr als 20 Partnern. Ein thematischer Rahmen für die Projekte wird dabei von der EU in Absprache mit Interessenvertretern aus Industrie und Wirtschaft festgelegt. Für das FZI ebenfalls relevant sind Programme der europäischen Forschungsförderung, in denen die EU (auch) industrielle Akteure und die Nationalstaaten in der Verfolgung einer gemeinsamen Forschungsvision koordinierend unterstützt. Hier existiert eine Vielfalt von Programmen, wobei das FZI derzeit Projekte im Joint Program AAL (zur Förderung der Forschung im Bereich Ambient Assisted Living) und in der Joint Technology Initiative ARTEMIS (zur Förderung der Forschung im Bereich Embedded Systems) bearbeitet. UNSER ANGEBOT AUFTRAGSFORSCHUNG UND -ENTWICKLUNG (zu allen Themen unserer Forschungsbereiche) ·· Bereitstellung und Ergänzung von F&E-Kompetenzen für KMU ·· Planung und Konzeption nationaler wie internationaler Verbundprojekte ·· Entwicklung von innovativen Lösungsszenarien ·· Unterstützung in der Produktentwicklung von der Studie bis zum Prototyp ANALYSEN UND BERATUNG ·· Technologie- und Produktanalyse ·· Marktpotenziale und Produktchancen ·· Arbeitsabläufe, Prozesse und Strukturen ·· Produkt- und Dienstleistungskonzepte ·· Machbarkeitsstudien ·· Konzeption und Evaluierung SCHULUNGEN UND TRAINING ·· Einführung neuer Anwendungssysteme ·· Workshops über State-of-the-Art-Technologien ·· Aktuelle Methoden und Werkzeuge J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 57


Projektabschluss easyCare Nach der dreijährigen Projektlaufzeit ist das BMBF-Projekt easyCare mit einem letzten Feldtest erfolgreich beendet worden. Das Projekt bearbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Forschungsbereiche IPE und ESS gemeinsam, um angesichts der Herausforderung, die der demografische Wandel mit sich bringt, ältere Menschen mithilfe von neuartigen Dienstleistungen und Technologien ein selbstständiges Leben im Alter zu ermöglichen. Gleichzeitig sollen pflegende Angehörige gezielt unterstützt werden. Im Rahmen des Projekts wurden neue Assistenzsysteme, eine Pflegeberatungssoftware und Health-2.0-Angebote entwickelt sowie regionale Dienstleister miteinander vernetzt. Neben diversen Workshops zur Evaluation wurde eine Studie in einer Ludwigsburger Seniorenwohnanlage durchgeführt, in der Pflegepersonal und Bewohner Erfahrungen mit den Neuentwicklungen sammeln konnten. Hier wurden mehrere Wohnungen mit Sensoren ausgestattet und die Bewohner über mehrere Monate begleitet. Die Resonanz fiel durchweg positiv aus. Noch sind allerdings offene Fragen durch die Forschung zu beantworten, sodass es noch ein wenig dauern wird, bis die in easyCare entwickelten AAL-Konzepte marktfähig angeboten werden können. Projektabschluss MATURE Vom 20. bis 21. Juni 2012 fand das abschließende Review des integrierenden EU-Projekts MATURE statt. Das FZI als Scientific Coordinator präsentierte MATURE zusammen mit den anderen 11 Projektpartnern die Resultate aus dem vierten Jahr des Projekts. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die intensive Reflexion der Ergebnisse des Projekts gelegt. Das am FZI in diesem Rahmen entwickelte People-Tagging- System SOBOLEO wurde erfolgreich bei mehreren Anwendungspartnern in England verwendet. Mit insgesamt 212 Nutzern wurden bedeutende Ergebnisse zur Nutzung im organisatorischen Umfeld gesammelt. Die Evaluation zeigte hierbei, dass sich People Tagging als neuer Ansatz für ein kollaboratives Kompetenzmanagement bei den Nutzern als nützlich und akzeptiert erweist. Das Projekt MATURE sei ein „Beispiel für ein exzellentes FP7 Integrated Project“, das als solches der Europäischen Kommission empfohlen wird und als Modell für zukünftige EU-Projekte dienen soll, so das Gutachtergremium. FZI mit vier Projekten im Spitzencluster Elektromobilität Süd-West beteiligt Im Spitzencluster Elektromobilität Süd-West ist das FZI mit derzeit insgesamt vier Projekten beteiligt. Im Projekt GreenNavigation verfolgt das FZI zusammen mit sechs Partnern aus der Wirtschaft das Ziel der Reichweitenoptimierung von Elektrofahrzeugen durch Erforschung und Bereitstellung verschiedener Mobilitätsdienste, wie Reichweiten- und Routenberechnung, die ein energieoptimiertes Routing unter Berücksichtigung des Fahrzeugtyps, nutzbarer Streckenabschnitte, Verkehrsdaten und der Beladung sowie von Ladesäulen und Ladezeiten erlauben. Im Zentrum der FZI-Aktivitäten im Projekt Smart Grid Integration steht die Erforschung von Konzepten und Strategien, die das Aufladen der Batterien von Elektrofahrzeugen für die Betreiber von Verteilnetzen steuerbar machen. Die Projektergebnisse werden ein wichtiger Baustein für zukünftige Stromnetze in Städten und Gemeinden sein. Im neuen Verbundprojekt AUTOPLES entstehen automatische Park- und Ladesysteme, mit deren Hilfe Elektrofahrzeuge Standzeiten effizient nutzen und so den Nutzerkomfort verbessern können. Im Projekt IEMM: Intermodales Elektromobilitätsmanagement geht es um die Entwicklung neuer Mobilitätsangebote zur Einführung der eMobilität sowie die Unterstützung der fahrtbezogenen Verkehrsmittelwahl. Ein weiterer Fokus liegt auf der Vernetzung des Reisenden und der Mobilitätsangebote. Projektabschluss DEXMART Am 29. und 30. März 2012 fand am FZI das Abschluss- Review des EU-Projektes DEXMART statt. Im Rahmen des Projektes wurde am FZI der zweiarmige Roboter Adero, kurz für Advanced Dexterous Robot, entwickelt. Er kann mit mehreren Fingern dieselben Objekte greifen und manipulieren, mit denen auch der Mensch umgeht. Wissenschaftler des Forschungsbereichs ISPE arbeiteten im Projekt eng mit dem Humanoids and Intelligence Systems Lab von Prof. Dr.-Ing. Dillmann am KIT zusammen. 58 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS Für die Abschlussdemonstration wurden die Forschungsergebnisse in Adero integriert, sodass der Roboter in unterschiedlichen, komplexen Szenarien einem Benutzer eine Scheibe Toast servieren konnte. Die entwickelte Entscheidungsfindung generiert aufgrund der wahrgenommenen Umgebung komplexe Befehle. Befand sich etwa kein Teller auf dem Tisch, fuhr der Roboter selbstständig zu einem Regal, um von dort den fehlenden Teller zu holen. War der Tisch mit Hindernissen verstellt, räumte der Roboter diese zuerst auf. Zum Bewegen des Toasts verwendete der Roboter einen bereit liegenden Pfannenwender. Die Bewegungen, um mit diesen Werkzeugen den Toast zu „manipulieren“, wurden dabei online auf Basis der wahrgenommenen Szene geplant. Die anwesenden Gutachter bewerteten die Ergebnisse des Projektes sehr positiv. Die wissenschaftlichen Ergebnisse wurden unter dem Titel „Advanced Bimanual Manipulation: Results from the DEXMART Project“ in der Springer STAR-Serie veröffentlicht. Projektstart SeCoServ2 Im Juni 2012 ist das vom BMBF im Rahmen von „KMU-innovativ: IKT“ geförderte Projekt SeCoServ2 unter Beteiligung des FZI-Forschungs bereichs ESS gestartet. Das Forschungsvorhaben ist auf zwei Jahre angelegt. Ziel des Projekts ist die Ausarbeitung von sicheren Dienst- und Kommunikationsinfrastrukturen für Ad- Hoc-Einsatzszenarien. Dadurch soll z. B. © s.media / pixelio.de bei Massenanfällen von Verletzten neben Arbeitsabläufen der Patientensichtung und Lokalisierung auch die dienstbasierte Integration nachgelagerter Versorgungsprozesse in Zielkliniken, Leitstellen etc. unterstützt werden. Der Fokus der FZI-Aktivitäten im Projekt liegt auf der lokalen Prozessunterstützung durch mobile Geräte und Anwendungen, sowie einer taktischen Einsatzunterstützung für Rettungskräfte, u. a. auf Basis von im Feld erfassten Vitaldaten. Projektabschluss iBOSS – Intelligent Building Blocks for On-Orbit Satellite Servicing Das FZI entwickelte in den vergangenen zwei Jahren im Rahmen des Projektes iBOSS für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Konzepte zur Modularisierung von Satel litensystemen. Ziel des Projektes, an dem auch das Institut für Luft- und Raumfahrt der TU Berlin sowie das Institut für Leichtbau der RWTH Aachen teilnahmen, war es, die Kosten im Bereich des Satellitenbaus und der Satellitenwartung durch Normierung, Standardisierung und Modularisierung signifikant zu senken. Die Modularität soll in Zukunft ermöglichen, beschädigte oder veraltete Satellitenmodule im Orbit austauschen zu können, statt wie bisher den ganzen Satelliten zu ersetzen. Als Fernziel sollen diese Arbeiten von Service-Satelliten erledigt werden. © Dieter Schütz / pixelio.de Aufgabe des FZI war es, innovative Konzepte aus der terrestrischen Robotik in den Satellitenbau zu integrieren. Der Beitrag des FZI umfasste die Steuerungsarchitektur und das Software framework des Systems, den auf Lichtwellenleitern basierenden Datenbus sowie Software-Werkzeuge, um modulare Satelliten automatisch erstellen bzw. optimieren zu können. Die Projektabschlusspräsentation beim Projektträger verlief zusammen mit den technischen Demonstrationen äußerst erfolgreich und überzeugte den Projektträger, direkt das Anschlusspro jekt iBOSS2 zu bewilligen. Im Projekt iBOSS2, das mit drei zusätzlichen Partnern im September 2013 starten wird, soll nun der „Technology Readiness Level“ angehoben sowie der Fokus verstärkt auf den robotischen Umbau von Satelliten im Orbit gesetzt werden. J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 59


AUS- UND WEITERBILDEN Das FZI ist eine Forschungseinrichtung, die anspruchsvolle Forschung und Technologietransfer mit einer bewussten Förderung junger Wissenschaftler verbindet. Es ist ein strategisches Ziel des FZI, Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter mit dem für einen erfolgreichen Transfer erforderlichen Wissen auf eine Tätigkeit in der freien Wirtschaft oder in der Wissenschaft vorzubereiten. Aber auch wir transferieren unser Wissen an Studierende und junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Die Aufgaben am FZI sind vielfältig und zumeist anspruchsvoll – die Karriereförderung soll einerseits die Ausbildung junger Mitarbeiter so ergänzen, dass sie erfolgreich Forschungsvorhaben begleiten und durchführen können, andererseits den Mitarbeitern das Wissen und die Fähigkeiten mit auf den Weg geben, die ihnen verantwortliche Positionen in Industrie und Forschung eröffnen. Aus- und Weiterbildung unserer Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen fördern wir gezielt: von fachlich orientierten Fortbildungen für die Ausübung der wissenschaftlichen Forschungstätigkeit bis hin zu zahlreichen Weiterbildungsmöglichkeiten, wie z. B. Qualitätsmanagement-Schulungen oder Schulungen in sogenannten Softskills, wie Zeitmanagement, Rhetorik, Forschungsmanagement oder auch ein Fahrsicherheitstraining. So leben wir unseren „Wissenstransfer über Köpfe“ auch in der Praxis und qualifizieren unsere Forscherinnen und Forscher für den Einstieg in das weitere Berufsleben. Früh angesetzter Transfer unseres Wissens in die Wissenschaft und Wirtschaft ist eines unserer Kernziele. Deshalb legen wir großen Wert darauf, unser Wissen an Studierende und junge Wissenschaftler weiterzugeben: als Dozenten, als Veranstalter von Seminaren, Workshops und Schulungen, aber auch durch die Betreuung einer Vielzahl von studentischen Arbeiten. Als wissenschaftliche Hilfskraft, bei einem gemeinsamen Seminar von FZI und KIT oder im Rahmen einer Abschlussarbeit erhalten Studierende am FZI wertvolle Einblicke in interdisziplinäre und anwendungsnahe Forschungsarbeit. Dass das FZI ein gutes Sprungbrett für den Berufseinstieg ist, sieht man einerseits daran, dass viele unserer heutigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter das FZI bereits während ihres Studiums durch Am FZI betreute Abschlussarbeiten: ·· Diplom-/ Masterarbeiten 38 ·· Studien-/ Bachelorarbeiten 31 ·· Promotionen 13 Wissenschaftliche Hilfskräfte und betreute studentische Mitarbeiter: ·· im Durchschnitt ca. 350 pro Jahr Organisierte oder mitgestaltete wissenschaftliche Veranstaltungen: ·· Workshops 7 ·· Seminare und Praktika 12 ·· Tutorials 3 ·· Vorlesungen 11 ·· Kongress 1 ·· Symposium 1 solche studentischen Arbeiten kennengelernt haben und jetzt, nach Abschluss des Studiums, ihre wissenschaftliche Qualität bei uns weiter einbringen. Viele haben sich nach dem Studium und der Abschlussarbeit am FZI auch dazu entschlossen, hier anwendungsnahe Forschung zu betreiben und während ihrer Forschungstätigkeit am FZI ihre Dissertation zu schreiben. Genauso wie Studierende, die am FZI ihre Bachelor-, Masteroder Diplomarbeit schreiben, werden die Doktoranden von einem der FZI-Direktoren betreut. Zahlreiche studentische Abschlussarbeiten werden von FZI-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeitern betreut. Beide Seiten – Wirtschaft und die jungen Wissenschaftler – profitieren: Studierende, Absolventen, Doktoranden bringen fortwährend neueste Impulse ans FZI und gewinnen dabei gleichzeitig durch die hochqualitative Forschung und insbesondere durch die intensive Zusammenarbeit mit unseren Partnern aus Industrie und Wissenschaft wertvolle Einblicke in aktuelle Herausforderungen und erhalten so gleichzeitig wertvolle Erfahrung für zukünftige Forschungs-, Entwicklungs- und auch Führungsaufgaben. So sieht für uns gelebter, früh angesetzter und durchgängig gelebter Wissenstransfer über Köpfe aus. 60 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3


HIGHLIGHTS AUSGEWÄHLTE PUBLIKATIONEN B. Becker, A. Kellerer, H. Schmeck: User Interaction Interface for Energy Management in Smart Homes. Innovative Smart Grid Technologies (ISGT 2012), IEEE, Piscataway, NJ, 2012, S. 1–8 J. Bock, J. Hettenhausen: Discrete Particle Swarm Optimisation for Ontology Alignment. Information Sciences, Vol. 192, 2012, S. 152–173 F. Brandt, R. Bauer, M. Völker, A. Cardeneo: A constraint Programming-based Approach to a Large-Scale Energy Management Problem with varied Constraints. Journal of Scheduling, 2012 F. Brosch, H. Koziolek, B. Buhnova, R. Reussner: Architecture-Based Reliability Prediction with the Palladio Component Model. IEEE Trans actions on Software Engineering, Vol. 38, Nr. 6, 2012, S. 1319– 1339 S. Chiriac, F. J. Parada Otte, N. Röll, B. Rosales Saurer: Towards Combining Validation Concepts for Short and Long-Term Ambient Health Monitoring. Proceedings of the 6th International Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare, San Diego, 2012 A. Damala, N. Stojanovic: Tailoring the Adaptive Augmented Reality (A2R) Museum Visit: Identifying Cultural Heritage Professionals' Motivations and Needs. Proceedings of the International Symposium on Mixed and Augmented Reality, Atlanta, 2012 O. Denninger, F. Padberg: Multicore-Softwarefehler im Visier: Automatische Fehlererkennung in Entwürfen paralleler Programme. OBJEKT spektrum, Nr. 1, 2013, S. 72–77 A. Essex, C. Henrich, U. Hengartner: Single Layer Optical-Scan Voting with Fully Distributed Trust. E-voting and identity. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 7187, 2012, S. 122–139 M. Fenton-O‘Creevy, J. T. Lins, S. Vohra, D. W. Richards, G. Davies, K. Schaaff: Emotion Regulation and Trader Expertise: Heart Rate Variability on the Trading Floor. Journal of Neuroscience, Psychology, and Economics, Vol. 5, Nr. 4, 2012, S. 227–237 C. M. Flath, J. P. Ilg, S. Gottwalt, H. Schmeck, C. Weinhardt: Improving Electric Vehicle Charging Coordination Through Area Pricing. Transportation Science, 2013 R. A. Görlitz, A. Rashid, C. Weinhardt: Stroke Manager Service for Improved Post-Acute Continuity of Care. Health Policy and Technology, Vol. 1, Nr. 3, 2012, S. 145–154 H. Koziolek, B. Schlich, S. Becker, M. Hauck: Performance and Reliability Prediction for Evolving Service-Oriented Software Systems. Empirical Software Engineering, 2012 C. Kunze, B. Rosales Saurer, N. Röll, R. Görlitz, A. Rashid, I. Hastedt, G. Senne, T. Vetter, S. Lutze, W. Schwind, M. Wieser, W. Ohler, N. Merz: Umfassende Unterstützung pflegender Angehöriger durch die im regionalen Service Netzwerk verankerte easyCare Plattform. In: M. Gersch (Hrsg.): AAL- und E-Health-Geschäftsmodelle. Technologie und Dienstleistungen im demografischen Wandel und in sich verändernden Wertschöpfungsarchitekturen. Gabler Verlag, Wiesbaden, 2012, S. 111–146 M. Küster, B. Klatt, E. Kohnert, S. Brandt, J. Tysiak: Apps aus Kästchen und Linien: Modellgetriebene Multi-Plattformentwicklung mobiler Anwendungen. OBJEKTspektrum, Nr. 1, 2013 L. Müller, V. Rivera-Pelayo, S. Heuer: Persuasion and Reflective Learning: Closing the Feedback Loop. In: M. Bang, E. L. Ragnemalm (Hrsg.): Persuasive technology: Design for health and safety. Proceedings of the 7th International Conference on Persuasive Technology. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 7284, 2012, S. 133–144 D. Nienhüser, T. Bär, R. Kohlhaas, T. Schamm, J. Zimmermann, T. Gumpp, M. Strand, O. Bringmann, J. M. Zöllner: Energy Efficient Driving and Operation Strategies Based on Situation Awareness and Reasoning. it - Information Technology, Vol. 54, Nr. 1, 2012, S. 5–16 F. J. Parada Otte, B. Rosales Saurer, W. Stork: Ambient Assisted Living Monitoring System to Support Formal and Informal Caregivers for Elderly People. Proceedings of the 6th International Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare, San Diego, 2012 A. Rashid, C. Reichelt, N. Röll, T. Zentek: Living Labs als Forschungsinstrument für Ambient Assisted Living Technologien. i-com, Vol. 11, Nr. 3, 2012, S. 24–29 V. Rivera-Pelayo, V. Zacharias, L. Müller, S. Braun: Applying Quantified Self Approaches to Support Reflective Learning. Proceedings of the 2nd International Conference on Learning Analytics and Knowledge, ACM, New York, 2012, S. 111–114 S. W. Rühl, Z. Xue, R. Dillmann: Monitoring of Manipulation Activities for a Service Robot Using Supervised Learning. ICRA 2012. 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation, IEEE, Piscataway, 2012, S. 930–935 J. Schneider, C. Köllner, S. Heuer: An Approach to Automotive ECG Measurement Validation Using a Car-Integrated Test Framework. IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), IEEE, Piscataway, 2012, S. 950–955 T. Schuster: Balanced Resource Allocation. AMCIS 2012 Proceedings, Paper 14, 2012 J. Zimmermann, S. Stattelmann, A. Viehl, O. Bringmann, W. Rosenstiel: Model-Driven Virtual Prototyping for Real-Time Simulation of Distributed Embedded Systems. 7th IEEE International Symposium on Industrial Embedded Systems. Conference Proceedings, IEEE, Piscataway, 2012, S. 201–210 PUBLIKATIONEN 2012 | 2013 ·· Dissertationen 13 ·· Bücher und Buchbeiträge 19 ·· Zeitschriftenbeiträge 24 ·· Tagungsbeiträge 120 J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 61


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IMPRESSUM IMPRESSUM VERANTWORTLICHER VORSTAND FÜR DEN JAHRESBERICHT Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner zoellner@fzi.de REDAKTIONELLE BEARBEITUNG Johanna Barsch, FZI Frieda-Sophie Lammert, FZI Ulrike Strauss, FZI Vera Münch, PR + Texte FZI FORSCHUNGSZENTRUM INFORMATIK am Karlsruher Institut für Technologie Haid-und-Neu-Str. 10–14 76131 Karlsruhe www.fzi.de VORSTAND Dipl. Wi.-Ing. Michael Flor Prof. Dr. Andreas Oberweis Prof. Dr. Ralf Reussner Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner VORSITZENDER DES KURATORIUMS Ministerialdirigent Günther Leßnerkraus DRUCK E&B engelhardt und bauer Käppelestraße 10 76131 Karlsruhe www.ebdruck.de Redaktionsschluss: 09.03.2013 Erscheinungstermin: Juni 2013 BILDNACHWEIS Cover und Zwischentitel: bunte büffel GmbH, Karlsruhe S. 5, 18, 25, 30, 45, 54, 56, 57 Fotos: Markus Breig S. 8 Foto Dach HoLL: creotecc S. 47 Foto der Preisträger: KIT S. 55 Fotos mit audriga, mit nubedian und von den CeBIT-Flaggen: Vera Münch (PR + Texte) S. 55 Foto unten links: MFG Innovationsagentur für IT und Medien Baden-Württemberg S. 59 Foto linke Spalte: s.media/pixelio.de S. 59 Foto rechte Spalte: Dieter Schütz/pixelio.de J A H R E S B E R I C H T 2 0 1 2 I 2 0 1 3 63


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