EmbEDDED SySTEmS - I3E

www.i3e.eu
I3E Transnationale
Strategische Forschungsagenda
Promoting Innovation in the Industrial Informatics and
Embedded Systems Sectors through Networking
Programme co-funded by the
EUROPEAN UNI ON

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Eine Forschungsposition
für Europa &
SÜDOSTEUROPA
© lassedesignen, fotolia
EDITORIAL
Südosteuropa besitzt ein hohes Innovationspotential,
leidet jedoch unter der
fehlenden Synergie zwischen den Interessensgruppen,
um einen effektiven Innovationstransfer
zu ermöglichen und aufrecht zu
erhalten. Der laufende Integrationsprozess
innerhalb Europas bietet nun die Chance,
diesen Mangel zu beheben.
Europas einzigartige Stärke liegt darin, dass
es sich bei gleichzeitiger Einheit aus starken
individuellen Regionen und Staaten zusammensetzt.
Der Erfolg beruht daher auf zwei
grundlegenden Säulen: auf der Vereinigung
der Nationen einerseits und der Fokussierung
auf regionale Stärken andererseits. Südosteuropa
muss sich der Herausforderung stellen,
die Bedürfnisse der strategischen Forschung
in Europa anzugehen und sich gleichzeitig
auf das eigene Bedürfnis nach Entwicklung
der Infrastrukturen zu konzentrieren.
Das I3E Projekt verfolgt zwei große Ziele: einerseits
die Bemühungen der verschiedenen
Forschungsgruppen dieses Gebiets in den
Sektoren der Embedded Systems und Industrielle
Informatik auf eine Linie zu bringen
und andererseits auf die Transformation der
jeweiligen Forschungsergebnisse in Innovation
Einfluss zu nehmen. In Hinblick auf das
erste Ziel wurde nun dieses Dokument, eine
strategische Forschungsagenda für Südosteu-
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Herausforderungen
Ziele & Vision
ropa, verfasst. Die I3E Partnerschaft versucht
zu diesem Zweck, den Input führender Experten
aus Wissenschaft, Industrie, Wirtschaftsföderungsorganisationen
und öffentlicher
Verwaltung zu den Themenbereichen der Industrielle
Informatik und Embedded Systems
zu identifizieren und miteinzubeziehen.
Diese Strategische Forschungsagenda wurde
nach intensiver Kooperation und Konsensbildung
in Südosteuropa erstellt. Sie
identifiziert Synergien und Potential für die
Region Südosteuropa und spiegelt das starke
Vertrauen der Interessensgruppen in die
Zukunft der Region wider. Europa sein – das
ist der rote Faden der Arbeit an den gemeinsamen
europäischen Forschungszielen; die
regionalen Stärken werden in einer Auswahl
von Themenbereichen dargestellt, in denen
bereits ein gewisses Know-how vorhanden
ist und die nötig sind, um die Infrastruktur
auf europäisches Niveau anzuheben. Die
Strategische Forschungsagenda ist ein Tool
für Politiker und Entscheidungsträger auf
regionaler und nationaler Ebene, damit Südosteuropa
von den Ergebnissen profitieren
kann, um die Industrielle Informatik- und
Embedded-System-Forschung zu stärken
und sie aus der europäischen Forschungslandschaft
hervorzuheben.
Das I3E Konsortium
13 Strategische Forschungsbereiche
14 Industrielle Informatik
15 Embedded Systems
17 Embedded Systems & Industrielle
Informatik in der Region SO-Europa
© pressmaster, fotolia
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Stärken & PotentialE
der Region
Potential
Nomadic Environments
Öffentliche Infrastrukturen
Private Spaces
Industriesysteme
© kalafoto, fotolia
31 Prosperierende
Anwendungsbereiche
32 Flexible Fertigung
34 Europa wird grün
36 Grüner Energiemarkt
42 Effiziente Energienutzung
44 Gesundheitsförderung, Kontrolle,
Diagnostik & Lebenshilfe
46 Haushaltsgeräte
49 Intelligente Häuser
50 Nomadic Environments
50 Allgegenwärtige Umgebung &
Umgebungsintellligenz
51 Smartphones
51 Cloud Computing
52 Öffentliche Infrastrukturen
52 Öffentliche Verkehrsmittel
54 Abfallmanagement
57 Embedded Systems
in der Landwirtschaft
© Beboy, fotolia
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Forschungsprioritäten
Schutztechnik &
funktionale Sicherheit
Verteilte Systeme
Interoperabilität & Standardisierung
Intelligente Systeme
Netzwerke
Architekturen & Plattformen
Designmethoden & Tools
© Andreas Berheide, fotolia

Eine Forschungsposition
für Europa & Südosteuropa

„Die Strategische Forschungsagenda
zeigt die Richtungen an, in welche sich
die Technologien und die damit verbundenen
Märkte bewegen. Um potentielle Technologien
und Produkte zu präsentieren, die in der Zukunft
mit hohem erwarteten Nutzen sein werden.”
Herausforderungen
07
Südosteuropa (SOE) ist ein dynamisch wachsendes Gebiet,
das auf dem besten Weg ist, das wirtschaftliche
Niveau Westeuropas zu erreichen. In den vergangenen
fünf Jahren wuchs das BIP in SOE im Schnitt doppelt so
viel wie das Durchschnitts-BIP der Europäischen Union,
allerdings beträgt das Pro-Kopf-BIP etwa 25-50% des EU-
Durchschnitts, was einerseits auf einen sich ausdehnenden
Verbrauchermarkt, andererseits jedoch auf niedrige
Arbeitskosten schließen lässt. Die Kombination dieser
beiden Faktoren bietet der Region die Möglichkeit, aufgrund
der kontinuierlich steigenden ausländischen und
inländischen Investitionen in Verbindung mit der relativ
günstigen Arbeitskraft den Abstand zu den Industrieländern
Westeuropas zu verkleinern.
SOE besitzt ein erhebliches Potential in Hinblick auf
die Forschungs- und auch auf die Standardisierungsund
Qualitätsverbesserungsaktivitäten im Bereich der
Embedded Systems und Industrielle Informatik. Auch
wenn die Forschung in den verschiedenen Schlüsseltechnologien
relativ umfangreich ist, fehlt ein wichtiges
Bindeglied zwischen Innovation und Unternehmertum.
Die Forschung wird nicht in innovative Produkte und
Dienstleistungen umgesetzt, die dazu beitragen könnten,
die Wettbewerbsfähigkeit in SOE und in der EU allgemein
zu steigern.
Innovation und Unternehmertum leiden darunter, dass
in dem Gebiet ein Vermittler fehlt. Eine grenzüberschreitende
Annäherung in dieser Richtung könnte sich vorteilhaft
auswirken, indem die Forschungsansätze in den
verschiedenen Ländern zugunsten eines allgemein akzeptierten
Forschungsprogramms ausgerichtet werden
und die erforderliche kritische Masse an Wissenschaft
und Unternehmertum geschaffen sowie die internationale
Sichtbarkeit verbessert wird. Die Vernetzung bestehender
Netzwerke, Cluster, Technologieplattformen
»
Herausforderungen
© Alterfalter, fotolia
STRATEGISCHE FORSCHUNGSAGENDA
Diese transnationale Strategische Forschungsagenda
(SFA) ist ein wichtiges Produkt des
I3E Projekts, das der Verbesserung des Innovationstransfers
zwischen Forschern und der Industrie
gewidmet ist, bezogen auf den Industrielle Informatik-
und Embedded Systems Sektor in der Region
SOE. Sie unterstützt Entwickler und Forscher dabei,
ihre Forschungspläne auf relevante Themen zu fokussieren
und Hindernisse bei der Transformation
ihrer Ideen und Forschungsergebnisse in Innovation
zu umgehen.
Die Strategische Forschungsagenda wurde auf Grundlage
des Feedbacks und in enger Zusammenarbeit mit
führenden Forschungs- und Regierungsinstitutionen
und der Industrie der jeweiligen Länder in der SOE Region
gebildet.
Sie ist das Ergebnis des erzielten Konsenses unter
den verschiedenen Interessensgruppen. Die strategische
Forschungsagenda sucht auch Synergien mit
den jeweiligen europäischen Initiativen, um ihren
Wirkungskreis zu vergrößern. Sinn und Zweck der
SFA ist es, die verschiedenen Interessensgruppen
bei der Ausrichtung ihrer Aktivitäten in den industrielle
Informatik- und Embedded Systems Sektoren
zu unterstützen. Die Interessensgruppen umfassen
alle Beteiligten aus Forschungs- und akademischen
Institutionen, der Unternehmenswelt, den Innovationsförderern
wie Cluster, Technologieplattformen
und bestehenden Exzellenznetzwerken sowie Beteiligte
aus dem öffentlichen Sektor und von privaten
Förderungsorganisationen.

08
Herausforderungen
und des öffentlichen Sektors mit seinen Finanzierungsmöglichkeiten,
könnte die Innovation und das Unternehmertum
ankurbeln und Investitionen anziehen.
Die Ausbildung im Bereich der Technik und Naturwissenschaften
in der SOE-Region ist traditionsgemäß
gut entwickelt und bringt gut ausgebildete
Arbeitskräfte hervor. Allerdings hat das durch die
relativ starke Industrie verursachte Forschungs- und
Entwicklungspotential in zahlreichen SOE Ländern
durch den Rückgang der Industrie während der Übergangsphase
nachgelassen. Industrielle Informatik
und insbesondere Embedded Systems bieten nun
eine ausgezeichnete Möglichkeit, von den Vorteilen
des immer noch vorhandenen hohen Arbeitskräftepotentials
zu profitieren, um die Innovation in neu
entwickelten Produkten zu verstärken und damit ihre
Wertschöpfung zu steigern.
Es scheint, dass das Wechselspiel von Industrie und
Forschungsinstitutionen immer noch Entwicklungspotential
hat. Auch wenn die Regierungen die Zusammenarbeit
zwischen den Akteuren durch Finanzierung
von gemeinsamen Programmen und Projekten fördern,
bringt der tatsächliche Austausch von Ideen, Lösungen
und Innovationen sowie industrieller Erfahrung,
wirtschaftlicher Bedürfnisse und Probleme, die bewältigt
werden müssen, keine befriedigenden Ergebnisse.
Folglich ist der Zweck der I3E Strategischen Forschungsagenda,
die grundlegenden Ziele und Ergebnisse
der europaweiten Programme an die sozialen, wirtschaftlichen
und technologischen Eigenheiten der
SOE-Region im Bereich der Industrielle Informatik und
Embedded Systems zu übernehmen, anzupassen, zu aktualisieren
und umzusetzen, um die Forschungsergebnisse
in dem Bereich an den allgemeinen Zielen auszurichten
und eine kritische Masse zu liefern, welche die
internationale Sichtbarkeit der Region erhöht.
Beispielsweise wurde 2004 im Bereich der Embedded
Systems und industrielle Informatik ARTEMIS gegründet
– eine europäische Plattform für Embedded Systems.
Ihr Ziel ist es, die Forschung und Innovation in den
obengenannten Bereichen zu stimulieren.
Da diese auf den Herausforderungen und Umständen
der hochentwickelten europäischen Industrieländern
basiert, bietet sie ein auf die Bedürfnisse Europas maßgeschneidertes
Rahmenwerk mit einem Auge auf der
Lissabon-Agenda. Für die SOE-Region sind jedoch einige
Anpassungen erforderlich, damit die spezifischen
Eigenschaften der lokalen Wirtschaft, Infrastruktur
und sozialen Bedingungen besser berücksichtigt werden
können. Eines dieser wesentlichen Prinzipien der
europäischen Artemis-Plattform (ARTEMIS JU und
ARTEMISIA) stellt einen Finanzierungsmechanismus
öffentlich-privater Partnerschaften dar, der auf öffentlichen
und privaten Investitionen in die Sektoren industrielle
Informatik und Embedded Systems basiert. Die
Industrie ist in den meisten SOE Ländern immer noch
nicht stark genug für umfangreiche Investitionen in
Forschung und Entwicklung. Aus diesem Grund – d.h.
aufgrund der geringen Kapazität der lokalen Industrie,
in Forschung und Innovation zu investieren – kann die
SOE-Region die in diesen Programmen beschriebenen
Strategiepläne nicht vollständig übernehmen.
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Ziele & Vision
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Ziele & Vision
ZIELE & VISION
Eine der grundlegenden Aufgaben der SRA ist eine Analyse
der bestehenden infrastrukturellen, und sozialen Bedingungen.
Die Länder und Ökonomien der Region unterscheiden
sich erheblich, allerdings kann trotz der Verschiedenheit
der I3E Projektpartner ein nationen- und gebietsübergreifendes
Verständnis erzeugt werden, das die Nutzung dieser Unterschiede
erlaubt, um Synergien und Möglichkeiten zu entwickeln.
Darüber hinaus werden die Vorteile aber auch die
Nachteile identifiziert, welche diese Gebiete im
Vergleich zum Rest der Europäischen Union haben.
Anschließend werden spezifische, regionale Interessen
im Bereich der industriellen Informatik und
Embedded Systems in Bezug auf die obengenannten
Faktoren und die Entwicklungspläne der lokalen
Industrie definiert.
Die Ergebnisse dieser Studien werden den nationalen,
regionalen und europäischen Förderungsinstitutionen
dabei helfen, angemessene Programme
vorzubereiten und die Forschung mit dem höchsten
Potential in der SOE-Region zu identifizieren.
Indem man die Interessensgruppen auf nationaler
und regionaler Ebene zusammenbringt, wird eine
produktive und nachhaltige Zusammenarbeit zwischen
ihnen aufgebaut.
Zusammenfassend kann man das ultimative Ziel der SFA wie
folgt definieren: Die Identifikation der lukrativsten Gebiete
und untergeordneten Bereiche der industriellen Informatik
und Embedded Systems, in denen die regionale und nationale
Industrie am meisten Erfolg haben könnte, sowie eine kreative
Zusammenarbeit der Interessensgruppen, um die Ergebnisse
des Projekts bestmöglich zu nutzen.
Die Vision, die im Rahmen der Strategischen Forschungsagenda
des I3E Projekts verfolgt werden sollte, ist es, einen Beitrag
zur Entwicklung aller Interessensgruppen im Bereich der industriellen
Informatik und Embedded Systems in der Region
SOE zu leisten, indem die Zusammenarbeit zwischen ihnen
auf regionaler und nationaler Ebene gefördert wird, um letztlich
dadurch die Innovation und damit auch die Wertschöpfung
und das allgemeine Wachstum des Gebiets wesentlich
zu steigern.

Strategische
Forschungsbereiche

„Diese transnationale Strategische Forschungsagenda
konzentriert sich auf die technischen
Bereiche der Embedded Systems und industrielle
Informatik und auf die Möglichkeiten dieser
technischen Bereiche in der südosteuropäischen
Region.“
Embedded Systems
15
© Österreichische Akademie der Wissenschaften
Ein Embedded System ist ein Computersystem, das
entwickelt wurde, um spezielle Funktionen in
Echtzeit zu berechnen und auszuführen. Es ist ein
„eingebetteter” Bestandteil eines vollständigen Geräts,
der häufig Hardware und mechanische Komponenten
umfasst. Sehr oft ist keine Mensch/Maschine-Schnittstelle
integriert, d.h. das System liegt „unsichtbar” in
seine Umgebung eingebettet.
Die wenigsten wissen, dass etwa 98% aller hergestellten
Prozessoren in eingebetteten Anwendungen verwendet
werden. 2010 wurden mehr als 16 Milliarden
eingebetteter Geräte verwendet. Die Wertschöpfung
durch die Embedded Software ist für das Endprodukt
um vieles höher als die Kosten für das eingebettete Gerät
selbst.
Spezifische Eigenschaften der Embedded Systems ergeben
sich aus ihrer Beschaffenheit. Sie sollten zuverlässig,
robust, sicher und fähig sein, in Echtzeit auf die
Anfragen zu reagieren. Sie müssen darüber hinaus effizient,
kostengünstig und kompakt sein und einen niedrigen
Stromverbrauch haben.
Embedded Systems spielen eine zunehmend wichtiger
werdende Rolle in einer Vielzahl von Sektoren, in
denen die EU-Wirtschaft einen Wettbewerbsvorteil
besitzt. Sie sind entscheidend für eine Reihe von Anwendungsgebieten
und decken wichtige Bereiche wie
flexible Fertigung, erneuerbare Energien und effiziente
Energienutzung, Sicherheit und Schutz, Gesundheitsüberwachung
und Lebenshilfe, intelligente mobile
Umgebungen, Logistik etc. ab.
Embedded Systems
IndustrieLLE informatik
Intelligente Fertigung
Wenn man sich die verschiedenen Bereiche ansieht,
findet man die unterschiedlichsten Definitionen
für industrielle Informatik. Im Zusammenhang mit dem
I3E Projekt sehen wir die Industrielle Informatik nicht nur
als Mittel zur Verbesserung der industriellen Fertigungsund
Herstellungsprozesse. Wir schätzen die industrielle
Informatik als Technologie, die Embedded Systems in
ganzheitliche Lösungen integriert, um die Komplexität
von eingebetteten Anwendungen und ihre ständig wachsenden
Anforderungen, wie die Nutzung von Datentechnologien
(Datenbanken, Data-Mining etc.), Wahrnehmung
und Paradigmen verteilter künstlicher Intelligenz
und ähnlichen Informatikbereichen zu kontrollieren.
Mit dem Beginn des neuen Jahrtausends breiteten sich die
Embedded Systems rasant aus und durchdringen heute
weite Bereiche unseres Lebens. Eingebettete Anwendungen
entwickelten sich aus relativ simplen Mikroprozessorsystemen
in komplexen dezentralen Systemen (und sogar
Untersystemen), die eng mit der zugrundeliegenden Informatik
verknüpft sind. Der Schutz und die Sicherheit wurden
an erste Stelle der industriellen Informatik gesetzt, was
ihre Gewichtung im IKT-Bereich widerspiegelt. Die Kombination
von Fortschritten bei den Embedded Systems und in
der Informatik brachte eine neue Disziplin zum Vorschein –
die industrielle Informatik.
Die Vision einer intelligenten und kollaborativen Industrieumgebung
mit dynamischen, agilen und
neu-konfigurierbaren Unternehmensstrukturen wird
Realität. Je intelligenter, automatisierter, dynamischer
und verteilter die Industriesysteme wurden, desto mehr
hat sich die Überwachung und Kontrolle des Betriebs
in Richtung des Internets verlagert, wie das auch im
Verkauf und bei E-Dienstleistungen der Fall ist. Die industrielle
Dimension wird durch die Schaffung von intelligenten,
flexiblen Herstellungsumgebungen gefördert,
die sich heute in den aufkommenden ganzheitlichen
Fertigungs-Ökosystemen materialisieren, in denen die
gemeinschaftliche Automatisierung der einzige Weg ist,
um in der globalen wissensbasierten Wirtschaft voranzukommen.
© Yuri Arcurs, fotolia

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Hier steht die Rubrik
Embedded Systems &
IndustrieLLE informatik in
DER REGION SÜDOSTEUEROPA
Abbildung 1: Südosteuropa
© pressmaster, fotolia
Einerseits besitzt die Region SOE eine erhebliche Masse
in Hinblick auf Forschung und Standardisierung
im Bereich der Embedded Systems und industriellen
Informatik. Andererseits verursachen die schnell wachsende
Wirtschaft und die EU-Integrationsprozesse einen
gewissen Innovationsbedarf bei den Embedded Systems
und der industriellen Informatik, während das Niveau
der aktuellen Ausgaben für Forschung & Entwicklung in
der Region SOE weit unter dem allgemeinen EU-Durchschnitt
liegt.
Es fehlt ein Bindeglied zwischen Innovation und Unternehmertum.
Die Forschung wird nicht in Innovation umgewandelt,
die einen allgemeinen Anstieg der Wettbewerbsfähigkeit
in Südosteuropa bewirken könnte. Auch
wenn die laufende Zusammenarbeit zwischen Industrie
und Forschungspartnern in der SOE-Region Stärke und
Potential zeigt, werden die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit
nur lokal umgesetzt, üblicherweise von einem
einzelnen Unternehmen für ein bestimmtes Produkt. Das
beinhaltet auch einen Forschungspartner als Untervertragnehmer
für gewisse Aufgaben. Die Nachhaltigkeit
und die allgemeinen Auswirkungen einer solchen Zusammenarbeit
auf die regionale Entwicklung sind sehr
gering. In der Folge ist, abgesehen von Einzelprojekten,
nur ein sehr beschränkter laufender Forschung-in-Innovation-Transfer
in der Region SOE zu sehen.
Um eine Region in eine Innovationsschmiede zu verwandeln,
ist ein Vermittler nötig, der:
eine allgemeine strategische Agenda bietet, die Ziele
definiert und die Richtung der allgemeinen Ziele für die
Region vorgibt.
nationenübergreifende Koordination ermöglicht, indem
er eine Networking-Plattform zur Verbindung von Forschung
und Partnern aus der Industrie in Interessens-
Clustern und Technologie-Plattformen anbietet.
weiterführende Aktivitäten wie Standardisierung, Werbung
und die Verbreitung von Innovation innerhalb der
Region und darüber hinaus fördert.
als dynamischer Brutkasten für die Forschung dient, die
erzielten Ergebnisse für Nebenprojekte und weiterführende
Projekte nutzt, welche die Innovation vorantreiben
und weitere Partner einbeziehen.
Das Ziel der I3E Strategischen Forschungsagenda ist die
Bildung einer Plattform, auf der eine solche Integration
möglich ist, indem verschiedene Ziele und Schwerpunkte
angeboten werden, um Industrieunternehmen und Forschungsinstitutionen
unter einem gemeinsamen Dach zu
vereinen. Das Ziel ist, die Zusammenarbeit zu fördern und
die Bereiche Embedded Systems und Industrielle Informatik
auf nationaler und transnationaler Ebene zu unterstützen.

Stärken &Potentiale
der Region

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Die „Entwicklung der Region mit den eigenen
regionalen Ressourcen” kann ein effizientes
Motto sein, um die Stärke und das Potential
der SOE Region zu nutzen und das allgemeine
europäische Niveau zu erreichen.
POTENTIAL
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© Thorsten Schier, fotolia
Die Region SOE ist der Markt und die Wirtschaft mit dem
größten Wachstum in Europa – die Wachstumsrate ist
doppelt so groß wie in Westeuropa. Günstige Arbeitskräfte
(das durchschnittliche Pro-Kopf-BIP liegt bei 25-50% des EU-
Durchschnitts; der Stundenlohn in Bulgarien lag 2009 im
Schnitt bei 2,44 Euro im Vergleich zu den EU-15 mit einem
Durchschnitt von 28,47 Euro) und ihre strategische makroökonomische
Position zwischen Europa, Asien und Russland,
z.B. der europäische Erdgasmarkt, verleihen der Region das
Potential für eine rasante Entwicklung. Allerdings sind, um
dieses Potential nutzen zu können, Erneuerungen der Methoden
und Infrastrukturen erforderlich, und der Fokus muss auf
die Bereiche gerichtet werden, in denen die Region schwache
(einfach zu verbessern) oder starke (Basis für eine Expansion)
Positionen in Europa besitzt.
Die Region ist auf dem Weg vollständig in die EU integriert zu
werden, aber dafür muss SOE auch die EU-Standards in Bereichen
wie Kommunikation oder Infrastruktur erfüllen. Wirtschaft,
Infrastruktur und technologische Entwicklung liegen
in der SOE Region hinter dem Niveau des restlichen Europas.
Allerdings bieten die hohen Investitionen der Europäischen
Kommission sowie die nicht genutzten Marktkapazitäten der
SOE Region eine Chance für eine schnelle Innovationsentwicklung,
die zusätzlich als Antriebskraft für die lokale Industrie
genutzt werden kann.
Innovation und Forschung sind die Grundlagen für wirtschaftliche
Entwicklung und zwei der Gründe, warum die Wirtschaft
der Industrienationen über Jahrzehnte hinweg Erfolge brachte.
Heute investieren die Entwicklungsländer (insbesondere
China und Indien) in die Bildung, um den Forschungsstand
der „westlichen Welt” zu erreichen. China und Indien stellen
jährlich fünf Millionen Absolventen, die Forschungsfonds aus
der ganzen Welt anziehen. Eine Kombination aus qualifiziertem
Personal und billigen Arbeitskräften macht diese Länder
zu einer vorteilhaften Basis für Forschung und Innovation.
Südosteuropa kombiniert die obengenannten Merkmale mit
dem stabilen politischen System Europas und den sozialen
Ähnlichkeiten, wie beispielsweise die Geschäftskultur, welche
die Kooperation und Integration reibungsloser gestaltet, als bei
einer Zusammenarbeit mit Asien. Darüber hinaus betragen
die durchschnittlichen Gehälter in der Region SOE weniger als
die Hälfte der europäischen Durchschnittslöhne, und in Kombination
mit dem hohen Bildungs- und Forschungsniveau
erhält die Region damit die Möglichkeit, sich in den Bereichen
Forschung und Innovation weiterzuentwickeln.
Darüber hinaus ist die Mentalität der Bewohner dieser Region
flexibel und passt sich rasch an sich ändernde Anforderungen
an. Die Region kann dadurch von unkonventionellen Entscheidungen
sowie von flexiblen geschäftlichen Strukturen
profitieren.
„Die Entwicklung der Region mit den eigenen regionalen Ressourcen”
kann ein effizientes Motto sein, um die Stärke und
das Potential dieser SOE Region zu nutzen und das allgemeine
europäische Niveau zu erreichen. Allerdings liegt das aktuelle
Niveau der Forschungs- & Entwicklungsinvestitionen in SOE
weit unter dem EU-Niveau (weniger als 1% des BIP, im Vergleich
dazu 2% in der EU, 2,6% in den USA und 3,4% in Japan).
Um Wettbewerbsfähigkeit zu sein, muss die Region ihre Ausgaben
für die Forschung & Entwicklung dramatisch erhöhen.
Aktuell ist die Denkweise der Region allgemein auf kurzfristige
Rentabilität ausgerichtet und unterstützt keine langfristige
Forschung & Entwicklung, was die Möglichkeiten der Region
natürlich beschränkt und ihre Aussichten für die Zukunft negativ
beeinflussen kann.
Weiter hinten in diesem Dokument finden Sie eine Übersicht
sämtlicher Forschungsthemen, die von den Interessensgruppen
der Region SOE identifiziert wurden und einen Entwicklungsbedarf
aufweisen.
Es wurden vier wesentliche Bereiche identifiziert, welche die
europäischen Forschungsanforderungen erfüllen und gleichzeitig
genutzt werden können, um die Region weiterzuentwickeln:
Nomadic Environments
Öffentliche Infrastruktur
Private Spaces und
Industriesysteme
In jedem dieser Bereich findet sich in der SOE Region ein spezifischer
Aspekt, der das Potential für hohes und schnelles
Wachstum mitbringt und als Basis für einen erfolgreichen
Transfer der Forschung in Innovation dienen kann.
21
Potential

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Nomadic Environments
© lassedesignen, fotolia
Nomadic
EnvironmentS
Aktueller Status
In unserem Lebensumfeld finden sich mehr und mehr
elektronische Geräte, die zu unverzichtbaren Accessoires
für das alltägliche Leben werden. Embedded
Systems sind bereits ein wichtiger Bestandteil der verschiedenen
Kommunikationsgeräte wie PDAs (Personal
Digital Assistant) und anderen relevanten on-body
Systemen zur Kommunikation in veränderlichen und
mobilen Umgebungen, die den Benutzern auch unterwegs
Zugriff zu Informationen und Dienstleistungen
bieten. Doch trotz des technischen Fortschritts wird der
große Traum, von überall aus und zu jedem Zeitpunkt
mit anderen Leuten kommunizieren und auf Informationen
und Unterhaltung zugreifen zu können, immer
noch von technischen Beschränkungen durchkreuzt,
die eine einfache Bereitstellung von neuartigen, kreativen
Dienstleistungen verhindern.
Ziele & Aktionen
Zu lösen sind unter anderem Probleme wie die Nachfrage
nach einer allgegenwärtigen, sicheren, sofort zugänglichen,
drahtlosen Konnektivität (end-to-end) mit der Dienstleistung. Zur
selben Zeit müssen diese Dienstleistungen die ungehinderte Konvergenz
von Funktionen sowie globaler und begrenzter (Sensor-)
Netzwerke erlauben. Es werden leichte, handliche Endgeräte mit
hoher Funktionalität verlangt, in denen ausgeklügelte Energieverwaltungstechniken
Hitzestaus vermeiden und sicherstellen,
dass „der Akku niemals schwach” wird. Das ist derzeit eines der
vorrangigen Anliegen bei Low-Power-Designs. Die Embedded
Systems werden auch die Ultra-low-Power Verbindungen verbessern
und die Verarbeitungs-, Speicher- und Anzeigefunktionen
erweitern. Die Fortschritte in diesen Bereichen selbst werden
einen riesigen Sekundärmarkt mit mobilen Dienstleistungen öffnen.
Um die Nutzung durch einen breiten Querschnitt der Bevölkerung
zu fördern, müssen benutzerfreundliche Mensch-Maschinen
Schnittstellen entwickelt werden, und zwar unter frühzeitiger
aktiver Beteiligung der zukünftigen Anwender.
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Öffentliche Infrastrukturen
e
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Öffentliche
Infrastrukturen
Aktueller Status
Öffentliche Infrastrukturen sind zentrale Strukturen wie
Flughäfen, Stadien und Autobahnen, die ein großflächiges
Netz von Systemen und Dienstleistungen umspannen, die
von allgemeinem Nutzen sind. Moderne Gesellschaften sind
stark von diesen Infrastruktursystemen abhängig, z.B. Straßenverkehrsnetze,
Wasserleitungen und Stromnetz. Heutzutage
sind Infrastruktursysteme großflächige, komplex vernetzte,
sozio-technologische Systeme, die von beinahe jedem
tagtäglich genutzt werden und die uns ein Zusammenleben
in großen Städten auf engstem Raum ermöglichen. Infrastruktursysteme
sind so wichtig, dass eine unzureichende Kapazität
oder ihre Zerstörung fatale Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit
unserer Gesellschaft haben würde. Die Komplexität
dieser Systeme wird durch ihren Multiagenten- und Multiakteurcharakter
definiert, ihrer mehrstufige Struktur, ihre multikriteriellen
Optimierungsherausforderungen und durch die
Anpassungsfähigkeit ihrer Agenten und Akteure auf die Veränderungen
ihrer Umgebung. Die öffentlichen Infrastrukturen
in der Region SOE werden immer noch nicht ausreichend
durch die modernen Technologien der Embedded Systems
und industrielle Informatik unterstützt, allerdings können
wir einen hohen Anstieg ihrer Nutzung verzeichnen.
© kalafoto, fotolia
Ziele & Aktionen
Embedded Systems und Industrielle Informatik öffnen
reale Möglichkeiten für einen verbesserten Betrieb
und mehr Sicherheit der öffentlichen Infrastrukturen und
zahlreicher anderer Anforderungen, die für eine moderne
öffentliche Infrastruktur einer wettbewerbsfähigen
Wirtschaft erfüllt werden müssen. Das Ziel ist, die Mobilität
von Menschen und Waren (Züge, U-Bahn, Straßen,
Seetransport, Stromversorgung,...) zu verbessern und
Lösungen anzubieten, welche Benutzerfreundlichkeit,
Konnektivität, Interoperabilität, Flexibilität und Sicherheit
steigern.
Gebäude – öffentliche und private – die eine Reihe von
Sensoren, Schaltern und intuitiven Schnittstellen beinhalten,
um in natürlicher Weise auf die Bedürfnisse der
Benutzer reagieren zu können, werden komfortabler
aber auch wirtschaftlicher werden und sicheren Zugang
und Nutzung bieten. Beispiele solcher Infrastrukturen
sind unter anderem integrierte end-to-end Ressourcen,
Warenautomaten, Mauterhebung, Zugangskontrollen,
Verkehrsregelung und Telematik, kooperativere Fahrzeuge,
sicherere Brücken und Tunnels, aktive Abtastung
und Entscheidungsüberwachung in U-Bahnen, Zügen
und Kommunikationsnetzwerken.
Die Zukunft einer intelligenten Infrastruktur im Versorgungs-
und Energiesektor wird die globale Integrität einer
großen Zahl von unabhängigen und autonomen Systemen
unterschiedlicher Organisationen erfordern. Die Integration
und gemeinschaftliche Nutzung dieser intelligenten
Subsysteme bringen jedoch neue Herausforderungen mit
sich. Bei allen Arten von Infrastruktur werden durch Vernetzung
jederzeit, überall und auf jede erdenkliche Weise
Embedded Systems ausgelöst oder aktiviert. Um diese
Fähigkeit zu unterstützen, müssen Embedded Systems
durch industrielle Informatik-Technologien unterstützt
werden, d.h. „netzwerkfähig” gemacht werden, und auch
Fähigkeiten wie Selbstmanagment und -kontrolle sowie
Mechanismen zur automatischen Behebung von Störungen
enthalten.
Die Embedded Systems unterstützen alle Aspekte des
Lebenszyklus solcher Infrastrukturen, einschließlich Eigentum,
langfristige Speicherung und Protokollierung
von Systemdaten, Wartung, Alarme, Aktionen durch
Rettungsdienste, Autorisierung von Zugriff und Nutzung
sowie Gebührenerfassung und -abrechnung unter einer
Reihe verschiedener Nutzungsbedingungen.

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Private Space
© Richard Villalon, fotolia
Private spaceS
Aktueller Status
Um Komfort, Wohlbefinden und Sicherheit in unserem
Lebensumfeld zu gewährleisten, d.h. in unseren privaten
Räumen, benötigen wir verschiedene Systeme, die
auf Embedded Systems und industrieller Informatik basieren.
Diese Systeme und Geräte kommen, im Vergleich
zu Westeuropa, mit einer kleinen Verzögerung in die
SOE-Region. Deshalb ist es notwendig, einen umfassenden
Support für diese Bedürfnisse anzubieten, die eine
Vielzahl von privaten Räumen, wie Autos, Wohnungn
oder Büros, beeinflussen.
Ziele & Aktionen
Die Wirtschaftlichkeitsberechnungen rund um
die neuen (digitalen) Medien laufen bereits, allerdings
ist das Ziel eines allgegenwärtigen, jedoch
sicheren und einfach nutzbaren Zugriffs auf Informationen
und Unterhaltung mit entsprechenden Inhalten
noch zu realisieren. Die Wiederverwendung und Zertifizierung
von Embedded Systems erlaubt der Unterhaltungselektronik,
sich besser an einen besonders
kurzlebigen Markt mit Zykluszeiten von nur drei Monaten
anzupassen. Außerdem wird nahezu jedes Gerät
in Zukunft an irgendein Netzwerk angeschlossen sein.
Sammlungen solcher Geräte werden Systeme bilden,
wie die heutigen Audio-/Videosysteme, die in unseren
Wohnungen zu finden sind. Das Management der
Komplexität des gewünschten und sicherstellenden
Systemverhaltens in Zusammenhang mit einer großen
Zahl von verbundenen heterogenen Geräten, wird eine
große Herausforderung werden. Embedded Systems
und industrielle Informatik werden weitere Verbesserungen
des Komforts und der wirtschaftlichen Effizienz
ermöglichen, die über die kurzfristig verfügbaren
neuen Medien hinausgehen. Die intelligente und ef-
fiziente Energienutzung in privaten Haushalten, in
einem wettbewerbsorientierten Umfeld, die sowohl
benutzerorientierte Zuverlässigkeit als auch Sicherheit
umfassen, sind wichtige Themen für SOE
in Hinblick auf die demografischen Änderungen in
der Gesellschaft, sowohl für Familien als auch für
Singles, Senioren und Behinderte. Darüber hinaus
ist durch die Nutzung von Embedded Systems auch
bei tragbarer Medizinausstattung eine signifikante
Kosteneinsparung möglich, was die Realisierung
der häuslichen Pflege und der e-Gesundheitsdienste
erleichtert. Diese intelligenten, tragbaren Systeme
bilden die Basis für eine verbesserte Gesundheitsüberwachung.
Investitionen in diesem Bereich ermöglichen
zusätzlich einen Zuwachs im Bildungsbereich
(eLearning) sowie die Teilnahme an sozial
vorteilhaften e-Regierungsprogrammen. Um dieses
gesamte Potential ausnutzen zu können, werden
fachübergreifende, multi-kriterielle Systemdesigntechniken
mit einem angemessenen Preis und einer
entsprechenden Leistung benötigt.
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Industriesysteme
Industriesysteme
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Industriesysteme
Aktueller Status
Industriesysteme sind große, komplexe und sicherheitskritische
Systeme, die in vielen Industriezweigen weit verbreitet
sind, z.B. in der Produktion, dem Automobilsektor und der Luftfahrtindustrie
sowie in spezifischen wachsenden Bereichen wie
den biomedizinischen Anwendungen. Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche
der Embedded Systems und der industrielle
n Informatik in der Region SOE ist der Bereich der industriellen
Herstellung. In den letzten zwanzig Jahren wurde eine Vielzahl
von informationstechnologischen Produkten entwickelt. Heute
stehen einem Produktionsmanager verschiedene Online-Produktionsdaten
zur Verfügung, die dann für eine kosteneffiziente
Produktionssteuerung und -kontrolle verwendet werden können.
Allerdings werden die Funktionen auf Produktionsmanagement-Ebene
nur zum Teil abgedeckt, da sie größtenteils nur den
technologischen Teil der Produktion und die Produktionsdokumentation
betreffen und andere Aspekte außen vor lassen (z.B.
Rentabilität, stabile Produktionsprozesse und Produktqualität,
nicht-technische Belange wie die Zufriedenheit der Mitarbeiter,
Umweltherausforderungen, Nachhaltigkeitsaspekte etc.). Die
Probleme im Hinblick auf die Planung eines wendigen und anpassungsfähigen
Produktionskontrollsystems bleiben weiterhin
bestehen. Das gilt um so mehr für die Industrien der Region SOE,
die immer noch nicht so gut ausgestattet sind wie vergleichbare
Industrien in den westlichen Mitgliedsstaaten.
Zahlreiche Industrien in der SOE Region besitzen eine geringere
Wertschöpfung und sind eher darauf ausgerichtet, die
größeren westlichen Industrien zu unterstützen. Ein weiteres
immer noch nicht vollständig gelöstes Problem bezieht
sich auf die Umweltaspekte der industriellen Herstellung.
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Ziele & Aktionen
Das ultimative Ziel ist die „zu 100% verfügbare Fabrik”.
Diese Art von Fabrik verringert die Umweltbelastung
der Fertigungsindustrien während sie die Produktionseffizienz
maximiert. Es werden Embedded Systems benötigt,
um die Prozessparameter genau kontrollieren zu können,
einschließlich der aktiven Reduktion von Schadstoffen, was
wiederum die Gesamtproduktionskosten verringert. Ein
weiterer, die Wettbewerbsfähigkeit steigernder, Vorteil in
den Fertigungsindustrien wird durch die Effizienz gewährleistet,
d.h. 100% Anlagenverfügbarkeit und geringer Wartungsaufwand,
was die Kosten reduziert. Dadurch werden
nicht nur Arbeitsplätze in diesem Wirtschaftszweig in SOE
geschaffen, sondern auch Jobs in der Planung und Fertigung
der Produktionsausstattung selbst gesichert.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine flexible Fertigung, die
sich an die Marktnachfrage anpassen lässt, zwingend notwendig.
Eine verbesserte Interaktion zwischen Mensch und
Maschine über fortschrittliche Embedded Systems und
"Human-in-the-loop" Kontrollsysteme (d.h. mit menschlicher
Interaktion) steigert die Qualität und Produktivität, indem
sie Null-Fehler durch Bedienungspersonal gewährleistet
und Unfälle verringert. Zu diesem Zweck müssen neue
fortschrittliche Kontrollmethoden ins Auge gefasst werden,
die ein großes Potential für die Region darstellen.
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Prosperierende
Anwendungsbereiche

„Neue Lösungen sollten maximale Flexibilität
und Anpassungsfähigkeit einer Herstellungsfirma
an die laufende Kundennachfrage, die
Marktbedingungen und die technischen Fähigkeiten
einer Produktionsstätte ermöglichen.”
FLEXIBLE FERTIGUNG
32
Flexible Fertigung
Industriesysteme
Die Region SOE zeigt einen kontinuierlichen Erfolg in der
Entwicklung und Produktion von industriellen Herstellungssystemen,
aber um konkurrenzfähig mit dem Rest der
Welt zu bleiben und gut in die transnationalen Versorgungsketten
integriert zu sein, muss die Region die modernen Trends der
industriellen Automatisierung annehmen, die eine vertikale Integration
zwischen den Unternehmen und der Feldsteuerungsebene
erfordern.
Die herkömmlichen zentralisierten Produktionsplanungs- und
Ausführungssysteme werden bei der Übernahme der Anforderungen
moderner Produktionsumgebungen mit großen Herauforderungen
konfrontiert:
Unberechenbarer Auftragsfluss – Kunden und Produktionsaufträge
werden dynamisch ausgegeben, häufig wenn die
Produktion bereits angelaufen ist.
Dynamische Produktionsstätte – Die Konfiguration der Ressourcen
auf Feldebene kann sich während der Produktion ändern,
was die Planung der Aufträge extrem schwierig macht.
Komplexität der Produktionsstätte und Bestellungen – Moderne
Produktionssysteme sind charakterisiert durch wachsende
Komplexität und Flexibilität, die von den Produktionsaufträgen
gefordert werden, sowie durch die dynamische
Konfiguration der Produktionsstätte.
Aufgrund ihrer hierarchischen Natur sind zentralisierte Systeme
extrem statisch und schwierig an Ereignisse anzupassen,
wie späte Änderungen durch Kundenaufträge und neue oder
beschädigte Feldgeräte. Darüber hinaus konzentriert sich der
Entscheidungsfindungsprozess auf die oberste Schicht der Automatisierungspyramide
(üblicherweise die Warenwirtschaft
[Enterprise Resource Planning; ERP] und damit verbundene Systeme),
aus diesem Grund ist die Produktionsplanung kaum in
der Lage, auf Änderungen oder Ausnahmen in der Produktionsstätte
zu reagieren.
So leidet beispielsweise die traditionelle Fertigung aufgrund ihrer
starren Struktur unter einer abnehmenden Konkurrenzfähigkeit.
Eine flexible, schlanke, Just-in-Time Fertigung ist erforderlich, um
den Prozess umzukehren. Anderenfalls sind die Möglichkeiten,
dem globalen Wettbewerb standzuhalten, sehr begrenzt.
In Umgebungen, in der eine hohe Flexibilität erforderlich ist wie
bei extrem kundenspezifischen Produktionen in kleinen Chargen
kann die absolute Optimierung der Produktion teilweise zugunsten
der Flexibilität vernachlässigt werden. Tatsache ist, dass
die Flexibilität in einer sich permanent ändernden Umgebung
eine Vorraussetzung für die Erreichung irgendeiner Optimierung
ist.
Eine Flexibilitätssteigerung kann über drei allgemeine Strategien
realisiert werden:
Durch Weitergabe des Entscheidungsfindungsprozesses von
der ERP-Ebene (Enterprise Resource Planning) an die MES-
Ebene (Manufacturing Execution Systems), die einen kürzeren
Planungshorizont besitzt und daher schneller auf Änderungen
reagieren kann.
Die Verteilung der Kontrolle über eine Reihe von unabhängig
voneinander agierenden Einheiten, die einen Teil der Verantwortung
für die Erfüllung des Auftrags übernehmen. Das ermöglicht
parallele Verarbeitung und minimiert so die Nachteile
der hierarchischen Strukturen.
Architektonische Konzepte, welche die Fähigkeit eines Systems
gewährleisten, trotz des Auftretens von vorübergehenden
und permanenten Hardwarefehlern, Designfehlern,
ungenauen Spezifikationen und versehentlichen Betriebsfehlern
und Störungen ein angemessenes Leistungsniveau zu
liefern.
Dezentralisierte Kontrollsysteme und verteilte Entscheidungsfindungsalgorithmen
sind für die Zukunft der industriellen
Steuerungssysteme im Besonderen und für
Produktionssysteme im Allgemeinen in der Region erforderlich.
Neue Lösungen sollten maximale Flexibilität und
Anpassungsfähigkeit einer Herstellungsfirma an die laufende
Kundennachfrage, die Marktbedingungen und die technischen
Fähigkeiten einer Produktionsstätte ermöglichen.
Das allgemeine Ziel ist eine Verbesserung der Fertigungssteuerung,
der Produktionsflexibilität, der Produktionseffizienz,
der Ausschöpfung von Ressourcen, der Produktionssicherheit
und der Rentabilität, niedrigere Wartungskosten,
verbesserte Produktqualität und im letzten Schritt die Erreichung
eines schlanken und „zu 100% verfügbaren Werks”.
Zur Unterstützung solcher Systeme muss neue
Software und Hardware entwickelt und in das
System integriert werden, um den Kunden und
Systembetreibern transparente Systeme zu bieten.
Lösungen wie die Nutzung von RFID für die Identifizierung
von Produkten und Ressourcen in der
Fertigung bereiten den Weg, um mit der ständig
zunehmenden Komplexität der Produktionssysteme
fertig zu werden und die Grenzen zwischen Mensch
und Maschine durch Einbeziehung von Personal in
den automatisierten Fertigungsprozess zu verwischen.
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Automobilindustrie
Heute ist die SOE Region kein großer Akteur in der Automobilindustrie,
sie entwickelt sich jedoch zu einem wichtigen Lieferanten
für verschiedene Teile und Baugruppen für die Autoindustrie
und kann sich auf diese Weise an einer Vielzahl von Aktivitäten
für sichere, nachhaltige und komfortable Fahrzeuge beteiligen. So
plant man ein „zu 100% sicheres Auto”, um Verkehrsunfälle zu reduzieren,
in denen weder der Fahrer noch das Fahrzeug die Unfallursache
sind. Dieses besonders ehrgeizige Ziel kann nur durch den
Einsatz von intelligenteren Systemen, den sogenannten „aktiven
Sicherheitssystemen” erreicht werden, in dessen Zusammenhang
eine spezielle Mensch-Maschinen-Schnittstelle (Human Machine
Interface; HMI) erforderlich ist, um die Belastung des Fahrers
durch die im gesamten Fahrzeug integrierten Sensoren, Schalter
und eine intelligente Software zu verringern. Die Vernetzung ist im
Einzelfall Voraussetzung für die im Hintergrund der aktiven Sicherheitssysteme
ablaufende fahrzeuginterne Kommunikation (Car-to-
Car). Ein weiterer wichtiger Trend, im Bereich Embedded Systems,
ist die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Umweltverschmutzung
– das große Ziel ist ein sogenanntes „Null-Emissionen-Auto”.
Embedded Systems sind außerdem Schlüsseltechnologien
für die intelligente Produktion im Bereich der Autofertigung
im Allgemeinen sowie für die Integration der Versorgungskette
und der dazugehörigen Logistik.
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Europa wird grün
Öffentliche Infrastrukturen, private Räume
40,00%
20,00%
0,00%
Kraftwerke 21,5 %
Industrieprozesse 17 %
-20,00%
-40,00%
21,5 %
17 %
Kraftstoffe 14 %
-60,00%
Landwirtschaftliche Nebenprodukte 12,5 %
-80,00%
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
3,5 %
14 %
Gewinnung, Verarbeitung &
Verteilung fossiler Brennstoffe 11,5 %
10 % 35
10 %
11,5 %
12,5 %
Wohnen, Gewerbe &
andere Quellen 10 %
Bodennutzung und
Verbrennung von Biomasse 10 %
Abfallentsorgung und -verwertung 3,5 %
Abbildung 2: Treibhausgasemissionen nach Sektor
Ein wichtiger Trend weltweit und vor allem in Europa ist
„going green”, eine „grüne” Initiative zur Verringerung
der Emissionen von Treibhausgasen durch Beschränkung
der Nutzung von fossilen Brennstoffen, die Umstellung auf
CO2-emissionsfreie Energiequellen und die Einführung von
Programmen zur Einschränkung der Umweltverschmutzung
durch Treibhausgase. Die derzeit größten Hauptverursacher
des Treibhauseffekts sind die Stromerzeugung, Industrieprozesse,
Verkehr und landwirtschaftliche Nebenprodukte
(Abbildung 2). Derzeit befindet sich die Region SOE unter den
führenden Regionen der Welt bei der Reduktion der CO2-Emissionen
(Abbildung 3 & 4). Allerdings wurde diese Entwicklung
hauptsächlich durch die Wirtschaftskrise begünstigt, welche
die Region nach dem Zusammenbruch des Sozialismus in den
ehemaligen Ostblockstaaten traf. Es ist vorauszusehen, dass
die sich rasant entwickelnde Wirtschaft und die wachsenden
Verbrauchermärkte der Region zu einer proportional zunehmenden
CO2-Produktion führen werden. Allerdings sind
zum aktuellen Zeitpunkt die Infrastrukturen der Region, wie
Kraftwerke, industrielle Objekte, Wohnhäuser und gewerbliche
Gebäude, Verkehrsmittel und andere betroffene Objekte
und Mechanismen nicht in der Lage, mit der steigenden
Produktion und dem steigenden Bedarf mitzuhalten und
können daher die Ziele der europäischen Lissabon-Agenda
und des Kyoto-Protokolls nicht zufriedenstellend erfüllen.
Um sich in die EU zu integrieren und wettbewerbsfähig zu
bleiben, muss die Energiewirtschaft der Region 1) den Anteil
der erneuerbaren Energiequellen erhöhen, 2) den Energieverbrauch
in Industrie und Haushalten effizienter gestalten
und 3) den Energieverbrauch im Allgemeinen reduzieren.
Die nachfolgenden Abschnitte enthalten eine detaillierte Beschreibung
dieser Aktionen.
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35
Europa wird grün
Italiens Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen
Die Situation in Italien ist kritisch. Gemäß dem Kyoto-
Protokoll werden die CO 2
-Emissionen Italien hohe
Geldstrafen kosten. Schätzungsweise werden im Zeitraum
von 2008-2012 Geldstrafen in Höhe von 2 Milliarden Dollar
zu zahlen sein.
Die Situation Italiens wurde durch seine Abhängigkeit von
nicht-erneuerbaren Energiequellen und fossilen Brennstoffen
verursacht. Darüber hinaus erfolgt der Warentransport
hauptsächlich über LKWs. Außerdem wird nicht
das volle Potential des Eisenbahhnetzes genützt. Großes
Potential liegt auch im Schiffverkehr, da Italien hier von
seiner geografischen Lage profitieren könnte.
Und schließlich sind die Italiener aufgrund der Mängel des
unterentwickelten öffentlichen Verkehrssystems gezwungen,
private Fahrzeuge zu nutzen, was wiederum zu erheblichen
CO 2
-Emissionen und überfüllten Straßen führt. Embedded
Systems könnten dabei helfen, diese Abhängigkeit
zu verringern.
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Photovoltaisches Solarstrom-Potential
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in Europa
36 Öffentliche Infrastrukturen
37
Die EU hat sich bis 2020 das Ziel gesetzt, den Anteil der
erneuerbaren Energien auf 20% des gesamten Energiebedarfs
zu erhöhen. Grüne Energie ist ein wachsender
Markt in Europa, gestützt durch die EU-Doktrin zur Reduzierung
der CO2-Emissionen durch den Einsatz von erneuerbaren
Energien wie Wind, Solar, Wellen, Gezeiten,
Bio-Kraftstoffe und Geothermie (Abbildung 5 & 6).
Weltweiter Energieverbrauch
9 %
(hochgerechnet in der EU)
6 %
25 %
10 %
Grüner Energiemarkt
30 %
20 %
Öl 30 %
Kohle 20 %
Gas 25 %
Wasser 9 %
Atomkraft 6 %
Erneuerbare Energien 10 %
36 % Öl
28 % Kohle
23 % Gas
6 % Wasser
(gegenwärtig)
Weltweiter Energieverbrauch
6 % Atomkraft
23 %
1 % Erneuerbare Energien
6 %
6 %
1 %
28 %
Abbildung 6
Es gibt zwei wesentliche Ansätze, um dieses Ziel zu
erreichen:
Effizienzsteigerung der Energienutzung, die sich immer
noch zu 80% aus nicht-erneuerbaren und die Umwelt
verschmutzenden Quellen speist. Verkehr und Industrie
sind mit jeweils 25% des gesamten Energieverbrauchs
immer noch die Hauptumweltverschmutzer.
36 %
Globale Einstrahlung [kWh/m 2 ] *
Solarstrom [kWh/kWp] **
Der heutige grüne Energiemarkt wird durch eine dominante
Position der Wasserkraft charakterisiert (Abbildung 8). Die
Ressourcen sind jedoch ausgeschöpft. Aus diesem Grund liegt das tatsächliche
Potential in Wind, Solar, Geothermie, Abfall und Biomasse.
Momentan hinkt die südosteuropäische Region bei der Nutzung
von erneuerbaren Energien hinter dem Rest der EU her. Abgesehen
von der herkömmlichen Wasserkraft vertraut die Region SOE auf
fossile Brennstoffe und Atomkraft. Das schlimmste Ausmaß zeigt
sich in Griechenland und Italien, wo mehr als 90% bzw. 80% der Gesamtenergie
aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird, obwohl diesen
Länder die größten geothermischen und solaren Energiequellen in
ganz Europa zur Verfügung stehen. Im Schnitt produziert die Region
SOE weniger als 2% ihres Stroms aus erneuerbaren Energien (ohne
Berücksichtigung der Wasserkraft) im Vergleich zu 11% in den Niederlanden,
12% in Deutschland und Spanien und 20% in Dänemark.
Ein interessanter Faktor ist jedoch, dass diese Region eine der größten
(ungenutzten) erneuerbaren Energiequellen in Europa, vor allem im
Bereich der Solarenergie und Geothermie, besitzt.
60 % Wasser
Abbildung 7
21 % Wind
17 % Biomasse
1 % Geothermie
Erzeugung von regenerativem Strom
1 % Solar
in der EU 2008
21 %
17 %
1%
1%
Abbildung 8
60%
Abbildung 5
Erhöhung des Anteils an erneuerbaren Energiequellen,
der hauptsächlich aus der Stromproduktion stammt.
Über 50% der erneuerbaren Energie ist elektrischer
Strom. Die Stromerzeugung verursacht 40% der Gesamtenergieerzeugung,
daher ist dieser Sektor der erste
Ansatzpunkt zur Erreichung des 20% Ziels.
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SOLARSTROM
Bis vor kurzem war Deutschland mit einer Sonneneinstrahlung
von nur 1000 kWh/m 2 der weltweit größte Erzeuger
von Solarstrom. Griechenland und Italien, die Länder
mit den größten solaren Ressourcen in Europa (1200-1400
kWh/m 2 ) erzeugen kaum Solarstrom (Abbildung 7), obgleich
Griechenland im Ranking der solarthermischen Anlagen bereits
an dritter Stelle nach Zypern und Österreich liegt.
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Die SOE-Region muss die verfügbaren Solarenergie-Ressourcen
nutzen, um die EU-Standards zu erreichen und ihre Abhängigkeit
von fossilen Brennstoffen zu durchbrechen.
???????
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Energie aus Erdwärme -
Geothermie
Die SOE Region war lange Vorreiter im Bereich der Erdwärme,
die eine nachhaltige (mit 90% Effizienz), stabile
Energiequelle bietet, die praktisch keine Umweltverschmutzung
verursacht und zusätzliche Vorteile im Hinblick auf
die Wohnraumbeheizung bringt, die etwa 40% der Energienutzung
in Haushalten ausmacht. Das erste Erdwärmekraftwerk
der Welt (und immer noch in Betrieb) wurde vor über
100 Jahren in Italien errichtet. Länder wie Griechenland und
Italien besitzen einige der größten geothermischen Energiequellen
(150MWh/m 2 ), die genutzt werden können, um die
Anforderungen der EU-Agenda für erneuerbare Energien zu
erfüllen. SOE könnte zukünftig eine führende Rolle in der
Nutzung dieser Energiequelle einnehmen.
39
Energie aus Abfall
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Das ist ein Prozess zur Erzeugung von Energie in
Form von Strom oder Wärme aus der Verbrennung
von Abfällen. Derzeit sind unterschiedliche Technologien
– thermale, nicht-thermale – bereits verfügbar. Sie
müssen die strengsten Emisssionsstandards erfüllen. Mit
Ausnahme von Österreich hinkt die südosteuropäische
Region hinter dem übrigen Europa her, was Energieaus-Abfall-Anlagen
betrifft. Allerdings erhält man damit
nicht nur saubere Energie, sondern könnte auch das
enorme Abfallbeseitigungsproblem dieser Region lösen.
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Windenergie
Auch wenn dieses Energiepotential in der Region
verglichen mit den Ländern an der Atlantikküste
schwach ist, hat die SOE Region doch ausreichend
Windressourcen. Der aktuelle Innovationstrend wird
die Nutzungsperspektive der Windenergie auch in SOE
verbessern.
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40
Österreich - führend
bei der Nutzung erneuerbarer
Energiequellen
Die österreichische Stromerzeugung wird durch
den großen Anteil an erneuerbaren Energiequellen
charakterisiert, allen voran die Wasserkraft, die
über 60% der Energie erzeugt. 2004 betrug die Nettostromerzeugung
64,6 Milliarden kWh, wobei nur
38% aus fossilen Quellen stammte, über 60% aus der
Wasserkraft, 0% aus der Atomkraft und der Rest aus
anderen Quellen.
Allerdings steht Österreich vor der Herausforderung,
dass die Wasserkraft durch die stetig steigende Nachfrage
an ihre Grenzen gelangt. Der aktuelle Trend
geht zu kleinen Wasserkraftwerken, die ein ausgeklügeltes
Infrastrukturnetz erfordern – eine Nische
für Innovation in Embedded Systems.
38 % Thermal
36 % Wasser
Laufkraftwerk
18 % Wasser Speicherkraftwerk
7 % Wasserkraft klein
1 % Windenergie
(2004, GWh)
18 %
Stromerzeugung in Österreich
0 % Geothermie
7 %
36 %
1 %
38 %
0 % Solar
Abbildung 9
Auch wenn die Stromerzeugung nicht in den Umfang
der I3E Agenda fällt, so erfordert der Wechsel zu breiter
vernetzten Stromquellen mit geringerer Kapazität eine entsprechende
Kommunikations- und Übertragungsinfrastruktur
zur Kontrolle der Erzeugung und Verteilung. Wenn man
berücksichtigt, dass etwa 25% der Energie während der Erzeugung
und Übertragung verloren geht, liegt hier ein großes
Innovationspotential vergraben.
Darüber hinaus hängt die Effizienz der erneuerbaren Energiequellen
stark vom Management der Erzeugungsspitzen
und -tiefs ab, die aufgrund der ungleichen Verteilung der
Stromerzeugung entstehen (insbesondere im Fall von Windoder
Solarstrom). Es sind daher Sensorsysteme zur Überwachung
der Stromerzeugung und des Stromverbrauchs sowie
entsprechende Kontrollsysteme erforderlich (Abbildung 10).
Das Smart-Grid der Zukunft ist voller Embedded Systems
und intelligenter Software sowie Prognosealgorithmen.
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EU
Greece
Italy
Austira
Ukraine
Slovenia
Slovakia
Romania
Montenegro
Moldova
FJRM
Hungary
Czech
Croatia
Bulgaria
Bosnia & Herzegovina
Albania
Serbia
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Wasserkraft
Atomkraft

Laut der Lissabon-Agenda 2000 hat sich die EU das Ziel
zu steigern. Als Ergebnis davon setzte die Europäische
Kommission ihren Schwerpunkt auf Finanzierungen im
Bereich der Energieeffizienz. Darüber hinaus liegt der
durchschnittliche Energieverbrauch in Westeuropa bei
7000 kWh pro Kopf, in der Region SOE hingegen nur bei
4300 kWh. Mit der zunehmenden Integration der SOE
in die EU wird sich der Verbrauch jedoch erwartungsgemäß
an den EU-Durchschnitt annähern. Abbildung 11
zeigt den Energieverbrauch nach Sektor in SOE.
Aus allen diesen Gründen – zur Energieeinsparung und Wiederverwertung
von Energie – müssen neue industrielle Informatiklösungen
entwickelt werden; Systeme zur totalen Online-Überwachung
der Energieströme in einem Unternehmen,
Systeme zur Glättung des Energieverbrauchs, Systeme zur Reduzierung
des Spitzenenergieverbrauchs und neue Energiemanagement-Konzepte
(z.B. Smart-Grids) können den Energieverbrauch
und die Kosten für die Industrie erheblich verringern.
Die Energieverbrauchseffizienz von Industriegebäuden kann
durch Integration des Gebäudes in die Fertigungsplanung und
damit durch Einbeziehung des Energieverbrauchs in die Ko-
42 gesetzt, die Energieeffizienz bis ins Jahr 2020 um 20% ten des Kunden erheblich reduzieren.
stenerwägungen dramatisch gesteigert werden. Auch neue tungssystemen bis zu 95% der Energie eingespart und damit
43
Effiziente Energienutzung
„Laut der Lissabon-Agenda 2000 hat sich die EU
das Ziel gesetzt, die Energieeffizienz bis ins Jahr
2020 um 20% zu steigern. Als Ergebnis legte die
Europäische Kommission ihren Schwerpunkt
auf Förderung im Bereich der Energieeffizienz.”
Effiziente Energienutzung
private Räume, öffentliche Infrastrukturen
Allerdings ist der aktuelle Zustand der Energie-Infrastruktur,
insbesondere auf Kundenseite, in den meisten
SOE-Ländern sehr starr und funktioniert nach den Regeln
und Vorschriften, die zu Zeiten der zentralisierten
Planwirtschaft aufgestellt wurden. Zu jener Zeit waren
Energiequellen hoch subventioniert und der Begriff "Energiesparen"
aufgrund dieser staatlichen Regelung kein
Thema.
Deshalb kann die Energieeffizienz heute durch eine Reihe
einfacher Maßnahmen drastisch erhöht werden:
Die Installation von Sensoren und Messgeräten zur
lokalen Energieüberwachung bieten dem Kunden die
Möglichkeit, die Höhe des Energieverbrauchs zu kontrollieren
und nur für den tatsächlich verbrauchten
Strom zu bezahlen anstatt einer Flatrate. Eine solche
Motivation kann die Energieverschwendung von Sei-
Die Entwicklung von Smart-Grid-Anwendungen in
den Versorgungsunternehmen, die den Strom weiterverteilen
und die Ausnutzung der Energieanlagen
verbessern.
Die Einführung von flexiblen Stromtarifen, die den
Kunden die Möglichkeit bieten, den Energieverbrauch
während der Spitzenzeiten zu verringern und damit
die Ausnutzung der Energieanlagen zu verbessern.
Alle obengenannten Maßnahmen erfordern Innovationen
im Bereich der intelligenten Sensoren und eingebetteten
Geräte, welche den Energieverbrauch vor Ort überwachen
und in eine Smart-Grid-Umgebung integriert
sind. Der Bedarf an verteilten Systemen intelligenter eingebetteter
Geräte wird angetrieben durch den allgemeinen
Trend der dezentralen Erzeugung, in dem zahlreiche
Quellen mit geringer und variierender Stromversorgung
in ein global ausbalanciertes Netz integriert werden
müssen, das effizient auf die sich ändernde Nachfrage
und Versorgung reagieren kann. Das erfordert lokale
Entscheidungsfindung, komplexe Vernetzung und eine
dezentrale Überwachung und Verwaltung. Die Hauptanwendungsgebiete
für solche Systeme liegen in Industrieund
Wohngebäuden, die gemeinsam über die Hälfte der
Energie verbrauchen.
Energiemanagement in der Fertigung
Der industrielle Herstellungssektor ist einer der Hauptverbraucher
der Energie, die entweder aus einer öffentlichen Infrastruktur
oder aus internen Kraftwerken stammt. Darüber hinaus
liefert die Industrie auch große Mengen an Abfallenergie in
Form von Dampf, heißem Wasser oder heißen Rauchgasen als
Produkt ihrer technologischen Prozesse.
Technologien auf Grundlage der Nutzung von erneuerbaren
EU
Greece
Italy
Austria
Ukraine
Slovenia
Slovakia
Romania
Montenegro
Moldova
FJRM
Hungary
Czech
Croatia
Bulgaria
Bosnia and Herzegovina
Albania
Serbia
Quellen und Industrieabfällen liegen im Trend.
Energiemanagement in privaten Haushalten
Der private Haushaltssektor ist ein relativ großer Verbraucher
verschiedener Energieformen in der SOE Region. Der
Verbrauch kann unter anderem auch durch konstante Überwachung
und Kontrolle der Energieverbraucher, Wiederverwendung
der Abwärme durch Abfallverwertung, intelligente
Heizungs- und Lüftungssysteme (HVAC), die Nutzung von
kombinierten Wärme-Kraft-Systemen und neuen Arten von
Energiequellen (z.B. Solarzellen, Windturbinen, Brennstoffzellen
oder Geothermie) effizient gesenkt werden. Eine Implementierung
der neuen Lösungen erfordert die Planung einer
anderen Art von innovativen Embedded Systems, Sensoren
und Algorithmen, die in der Lage sind, das Online-Management
aller Energieverbraucher und Quellen auf intelligente
Weise durchzuführen. Das „Passivhaus” ist ein aufkommendes
Konzept, vor allem in Deutschland und Österreich, in dem
durch den Einsatz von geschlossenen Heizungs- und Belüf-
die Heizkosten erheblich verringert werden können.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
!"#$%&'() *'+"%,-'&) .-$%/0-1#%)+"#)2/'345/%) 6&0/')
Effiziente Energienutzung
© anweber, fotolia
Energieeffizient Bauten
In Österreich stehen heute über 2 Millionen Gebäude,
75% davon sind Einfamilienhäuser und 14% Nichtwohnbauten.
Österreich entwickelte einen ersten Nationalen Aktionsplan
für Energieeffizienz, der den Energieverbrauch in
Wohngebäuden bis zum Jahr 2016 um 22,34 TWh verringern
soll. Um die Ziele dieses Plans zu erreichen, ist die
Umsetzung der folgenden Maßnahmen erforderlich: 1)
Regierungsprogramm, 2) Energiekonzepte, Programme
und Richtlinien für die österreichischen Regionen,
3) Förderungen für Wohnhäuser und 4) Förderung von
inländischen Umweltprogrammen. Abhängig von der
Region wurden die regionalen Mindestanforderungen
festgelegt, die ein Neubau erfüllen muss (65 MWh/m 2
in der Steiermark, 40 im Burgenland, 45 in Wien etc).
Zusätzlich wurden mehrere Energieeffizienzstufen eingeführt,
die vom Staat gefördert werden: 1) Niedrigenergiehaus
2) Super-Niedrigenergiehaus und 3) Passivhaus.
Solarstrom, Lüftung, Kühlung und Heizung sind
einige der Bereiche, in denen Embedded Systems einen
hohen Stellenwert einnehmen werden.

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44 Gesundheitsförderung, Kontrolle,
Diagnostik & Lebenshilfe
Gesundheitsförderung
Nomadische Umgebung, private Räume
Mit der zunehmenden Zahl von Senioren und Pensionisten
in Europa besteht auch eine wachsende
Nachfrage nach Forschung und Innovation im Bereich
der Gesundheitsüberwachungs und -förderungssysteme,
von denen vornehmlich die ältere Bevölkerungsschicht
profitiert.
In den nächsten zehn Jahren wird sich die Zahl der älteren
Menschen in Europa verdoppeln und die Grenze
von 20% erreichen. Das wird alle europäischen Länder
Führendes Gesundheitssystem
Laut einer 2007 vom Health Consumer Powerhouse
(einer schwedischen Organisation von Gesundheitsexperten)
durchgeführten Studie, hat Österreich
– basierend auf dem Euro Health Consumer Index –
das beste medizinische Versorgungssystem in Europa.
Österreich gibt 2.186 Euro pro Kopf und Jahr aus,
Luxemburg 3.526 Euro, und die Schweiz & Norwegen
rund 2.820 Euro. Die Studie überprüfte nationale
Gesundheitssysteme anhand der folgenden Kriterien:
Patientenrechte und Information, E-Gesundheit,
Wartezeiten, Ergebnisse, Umfang und Reichweite der
Dienstleistungen und Arzneimittel. Die größte Schwäche
des österreichischen Gesundheitssystems ist die
Patienteninformation. Wenn ein Patient in Österreich
etwas über die Gesundheit erfahren möchte, wird er
zum Arzt geschickt. Es wäre weitaus kosteneffizienter
und günstiger, die Patienten dazu zu ermutigen, die
Erstinformationen telefonisch oder im Internet abzurufen,
wie das in Großbritannien oder Dänemark praktiziert
wird. Deshalb können fortschrittliche Gesundheitsüberwachungs-
und Selbstdiagnosesysteme das
Niveau des österreichischen Gesundheitssystem um
ein großes Stück verbessern.
vor eine große Herausforderung stellen, nicht nur in
Hinblick auf das Pensionssystem, sondern auch in Bezug
auf das Gesundheitssystem.
Die demografische Situation in Europa im Allgemeinen
und insbesondere in der SOE Region zeigt eine wachsende
Zahl von kinderlosen älteren Menschen. Eine Entwicklung,
die durch die geringe Geburtenrate in Europa
verursacht wird. Diese niedrige Rate (Abbildung 12) kombiniert
mit einer längeren Lebenserwartung als weltweit
© detailblick, fotolia
© istock
üblich durchbricht das traditionelle soziale Gefüge der Kinder,
die sich um ihre (älteren) Eltern kümmern. Die nächste
Generation der älteren Menschen wird sich um sich selbst
kümmern müssen. Aus diesem Grund sind die Gesundheitsförderungs-
und -überwachungssysteme von wesentlicher
Bedeutung für die alternde Bevölkerung Europas. Im Bereich
der Embedded Systems gibt es mehrere Sektoren mit
hohem Innovationspotential:
Gesundheitsüberwachungssysteme, die gewisse Parameter
wie Temperatur, Blutdruck oder Puls überwachen
und entweder eine Person oder einen Arzt ferngesteuert
verständigen, falls einer der Werte außerhalb des zulässigen
Bereichs fällt.
Gesundheitsdiagnosesysteme, die einen Schritt weiter
gehen und in der Lage sind, eine Diagnose auf Grundlage
der gesammelten Sensordaten zu stellen.
Betreute Lebenshilfesysteme würden soziales und
medizinisches Personal für ältere Personen ersetzen,
die alleine leben, indem sie einerseits eine Reihe von
Geräten zur Hilfe im Haushalt bieten und andererseits
eine Notfallsituation erkennen und Hilfe holen.
Solche Innovationen würden den Lebenskomfort der
zunehmend steigenden älteren Bevölkerung erheblich
erhöhen und gleichzeitig der Gesellschaft und dem Gesundheitswesen
eine große finanzielle Last von den
Schultern nehmen.
Country Country Position in the world Position in the world Fertility rates Fertility rates
Ukraine Ukraine 219 219 1,27
1,27
Slovenia Slovenia 216 216 1,29
1,29
Slovakia Slovakia 211 211 1,36
1,36
Serbia Serbia 207 207 1,39
1,39
Romania Romania 218 218 1,27
1,27
Moldova Moldova 217 217 1,28
1,28
Italy Italy 213 213 1,32
1,32
Hungary Hungary 208 208 1,39
1,39
Greece Greece 209 209 1,37
1,37
FJRM FJRM 186 186 1,58
1,58
Czech Republic Czech Republic 222 222 1,25
1,25
Croatia Croatia 201 201 1,43
1,43
Bulgaria Bulgaria 204 204 1,41
1,41
Bosnia & Herzegovina Bosnia & Herzegovina 220 220 1,26
1,26
Austria Austria 206 206 1,39
1,39
Albania Albania 195 195 1,47
1,47
EU EU 1,50
1,50

46 47
© Gabi Moisa, fotolia
Haushaltsgeräte
Haushaltsgeräte
Haushaltsgeräte
Private Räume
Mit der rasant wachsenden Wirtschaft und dem steigenden
zur Verfügung stehenden Einkommen in der SOE
Region, wird sich der Markt der Haushaltsgeräte in den nächsten
Jahren voraussichtlich dramatisch ausdehnen.
Die aktuelle Situation in diesem Sektor ist durch eine geringe
Marktdurchdringung von Geräten in der SOE Region
geprägt:
Im Schnitt haben nur etwa 4% der südosteuropäischen Haushalte
einen Geschirrspüler, 65% eine Wachmaschine und 40%
ein Tiefkühlgerät.
2009 erreichte die durchschnittliche Verbreitung
von Breitbandverbindungen nur 15% der Haushalte,
das ist die Hälfte des EU-Durchschnitts.
Allerdings weist der allgemeine Trend der letzten
Jahre auf einen hohen Anstieg an Haushaltsgeräten
in der SOE Region hin, er wächst hier etwa 10
Mal so schnell als in Westeuropa. Es gibt keinen
Hinweis darauf, dass sich diese Tendenz in Zukunft
abschwächt, zumindest bis der Anteil der Marktdurchdringung
der Haushaltsgeräte den EU-Durchschnitt
erreicht.
Was den Haushaltsgerätemarkt (abgesehen von
den traditionellen Geräten wie Kühlschränke und
Waschmaschinen) charakterisiert, ist das hohe
Maß an Produktlinienänderungen und die Realisierung
von neuen Ideen. Das heißt dieser Sektor
ist offen für Einsteiger, die vom wachsenden
Haushaltsgerätemarkt profitieren. Die SOE Region
besitzt das Potential, ihre Position in diesem Bereich
zu festigen.
Eine besondere Bedeutung dieses Bereichs ergibt sich für die
Region aus der Tatsache, dass die Innovation in privaten Räumen
über KMU entwickelt werden kann, den Wirtschaftsmotoren
der Region, die nur einen kurzen Innovationszyklus haben,
was hier von großem Vorteil ist.

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Intelligente Häuser
49
Hier steht die Rubrik
Private Räume
Die zunehmende Durchdringung der Haushalte mit Internet,
Kabel- und Satellitenfernsehen, flexiblen Energie- und
eizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik Systeme (HLK-Systeme)
verwandelt das Haus in ein integriertes, automatisiertes und
selbstregulierendes System, in dem alle Geräte in einem Haus
miteinander verbunden und für die Außenwelt geöffnet sind.
Die Schauergeschichten von Robotern, die die Kontrolle über
unser Leben ergreifen, werden Realität – sie übernehmen
Aufgaben, die keine Überwachung benötigen. Allerdings sind
solche Systeme anwenderorientiert, d.h. die intelligente Umgebung
konzentriert sich auf die Bedürfnisse der in diesem Haus
lebenden Person(en).
Ein typisches Beispiel für ein intelligentes Haus vereint:
TV, Internet, Telefon, Lautsprechersystem der Zukunft als
integriertes Portal zur Außenwelt sowie als Kontrolltafel
für das Haus – Integration und Automatisierung sind die
Schlüsselbegriffe für die Haussystemtechnik, in der alles verbunden
ist und alle Bereiche, die keine Überwachung durch
den Menschen benötigen, automatisiert sind.
HLK-integriertes geschlossenes System, das die Low-Tech-
Vorteile der Bauweise zugunsten des Energieverbrauchs und
des Komforts nutzt.
Intelligente Häuser
Sicherheit und Schutz – der nahtlose Schutz und die Sicherheit
des Hauses basierend auf Sensornetzwerken werden ein
Schlüsselthema des Hauses der Zukunft sein. Mit steigender
Offenheit gegenüber der virtuellen Welt neigen die Menschen
dazu, ihr reales Leben privater zu gestalten.
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Eine nachhaltige Konstruktion der Häuser verringert die Abhängigkeit
der Menschen von zentralisierten Systemen und
steigert den Grad an Komfort.
Natürliche Beleuchtung – die Nutzung des natürlichen
Lichts verringert den Energieverbrauch und bringt den
Menschen näher an die Natur.
© detailblick, fotolia
Der Anwendungsbereich des intelligenten Hauses dreht sich
um die steigende, vorwiegend elektronische Automatisierung
von Haushaltsgeräten und Funktionen in Wohnhäusern. Solche
intelligenten Techniken sind unter anderem die automatische
oder halbautomatische Kontrolle der Beleuchtung, Türen
und Fenster, Heizung, Lüftung & Klimatisierung, Sicherheitsund
Überwachungssysteme, Steuerung der Unterhaltungstechnik
(Home Entertainment Systems), Bewässerung der
Pflanzen, Fütterung der Haustiere, Änderung des Ambientes
(für z.B. Partys) und der Einsatz von Haushaltsrobotern. Drahtlose
Kommunikationssysteme und eine zentrale Steuerung
sind wesentliche Bestandteile eines intelligenten hausinternen
Kontrollsystems, das verbesserte Funktionalität, Zugänglichkeit,
Zuverlässigkeit, Sicherheit, ein gutes Wohnklima und hohen
Wohnkomfort in einem Wohnhaus bieten sollte.
Solarenergie – die Nutzung von Solarzellen bietet eine
unabhängige und nachhaltige Energiequelle und spart
Instandhaltungskosten.
Grüne Dächer – verringern die Sonneneinstrahlung, filtern
das Regenwasser zur Bewässerung oder für andere
Zwecke und bieten eine eng mit der Natur verbundene
Umgebung. Das ist besonders wichtig im Hinblick auf
die ständig wachsende Stadtbevölkerung.
Der Fokus der intelligenten Häuser wird nicht primär auf dem
Bau neuer Gebäude liegen. Die Herausforderung wird größtenteils
in der Umwandlung und Anpassung der vorhandenen Infrastruktur
bestehen, um den neuen Anforderungen gerecht zu
werden.

„Die Realität der Zukunft ist die Unmöglichkeit,
alle verfügbaren Informationen zu sammeln.
Der einzige Weg, um das zu tun, ist einige der
Entscheidungen an die verteilte Intelligenz weiterzugeben,
die jede Person umgibt. Die Herausforderung
ist, ein Gleichgewicht zwischen
Privatsphäre und Komfort zu finden.”
Cloud Computing
50 51
Nomadic Environments
NomadiC ENVIRONMENTS
© Tom Wang, fotolia
Es ist eine einfache Überlegung – 10 Server 1000 Stunden
laufen zu lassen kostet dasselbe wie 1000 PCs für
1000 Stunden. Die Idee, Ressourcen miteinander zu teilen,
indem Berechnungen, RAM und Speicherplatz in die
„Cloud” ausgelagert werden, gewinnt zunehmend an Eigendynamik.
Amazon bietet bereits die Ressourcen eines
einfachen PCs für einen Preis von 3 Cent pro Stunde und
eine Serverkapazität von 68 Gb RAM, 1690 Gb Speicherplatz
und 26 Rechnereinheiten zu je 1-1,2 Gigahertz Prozessoren
zu einem Preis von 2,28 Dollar pro Stunde an.
Und das sind nur die Ressourcen, die Sie explizit kaufen.
Produkte wie Google App Engine, die für Webanwendungen
entwickelt wurden, überwachen die Beliebtheit
einer Anwendung. Sobald der Beliebtheitsgrad einer Anwendung
steigt, erhöht die App engine automatisch die
dafür verwendeten Rechnerressourcen und ermöglicht
so eine wechselseitige dynamische Nutzung der Ressourcen.Diese
Beispiele sind nur die Spitze des Eisbergs
der Cloud Computing Entwicklung. Mit Cloud
Computing steigt die gemeinsame Entwicklung und
der Wissensaustausch. Plattformen wie Google Docs
ermöglichen die Umschichtung von Speicherplatz
und die Verarbeitung der Office-Dateien im Internet
und eröffnen damit auch die Möglichkeit, an ein und
demselben Dokument zu arbeiten – die menschliche
Intelligenz sammelt sich in der „Wolke”. Dasselbe gilt
für das Google Earth 3D Modelling-Tool SketchUp, ein
kostenloses Tool, das die Menschen dazu anspornt, damit
zu spielen und damit Modelle für Google Earth zu
kreieren. Einer der Hauptgründe für den großen Erfolg
des Konzepts ist die weite Verbreitung der heutigen
Smartphones, die den Menschen den Zugriff zur Cloud
jederzeit und überall gestatten.
Nomadic Environments
Das Gebiet der nomadischen Umgebung ist der sich am
drastischsten entwickelnde Forschungs- und Innovationsbereich
der heutigen Zeit und der Trend scheint nicht
nachzulassen. Die beiden Hauptrichtungen dieser Entwicklung
ist die überall und jederzeit mögliche drahtlose Konnektivität
einer Person zu unbeschränkten Informationen und
die Übertragung von Berechnungen und Daten in „Cloud
Computing”. Beide Richtungen wurden erst durch den Fortschritt
der eingebetteten Geräte möglich.
Auch wenn die Entwicklung der SOE Region hinter Nordamerika
und Westeuropa zurückliegt, wird die Region dem
offensichtlichen Trend folgen. Abbildung 13 zeigt beispielsweise
die weite Verbreitung der Smartphone-Geräte, mit denen
man jederzeit und überall „online” gehen kann.
Ubiquitous Environment &
Ambient Intelligence
Wir sind in unserem täglichen Leben umgeben von Sensoren
– ein einfaches Thermometer, unser Auto oder
ein Satellit im Weltall. Was alle diese Elemente nun gemeinsam
haben, ist ihre Verbindung mit den globalen Netzwerken,
die sie in eine gigantische Wissensdatenbank integrieren, die
den Menschen unterstützen kann. Das fehlende Bindeglied zwischen
dieser automatisierten Umgebung wird nun durch die
Smartphones ersetzt, die eine Person sowohl in der virtuellen
als auch in der wirklichen Welt identifizieren.
Das einfachste Beispiel dafür ist das GPS-System, das den Standort
einer Person erkennt und bei der Navigation hilft. Aber solche
Produkte wie Google Maps und Earth gehen noch einen
Schritt weiter, indem sie nahegelegene Restaurants, Bars, Hotels,
Tankstellen etc. anzeigen. Und das ist nur der Anfang.
Die Integration sämtlicher verfügbaren Sensordaten und ihre
Analyse könnte an die Grenze des Datenschutzes führen. Allerdings
würde sich niemand daran stoßen, wenn ein Telefon empfiehlt,
beim Verlassen des Hauses einen Regenschirm mitzunehmen,
da es höchstwahrscheinlich regnen wird. Oder wenn
eine Tasse Ihren Puls misst, während Sie Kaffee trinken und Sie
darüber informiert, dass Sie einen Arzt aufsuchen sollten, oder
sogar einen Termin für Sie vereinbart.
Die Realität der Zukunft ist die Unmöglichkeit, alle verfügbaren
Informationen zu sammeln. Der einzige Weg, um das
zu tun, ist einige der Entscheidungen an die verteilte Intelligenz
weiterzugeben, die jede Person umgibt. Die Herausforderung
ist, ein Gleichgewicht zwischen Privatsphäre und
Komfort zu finden.
Smartphones
Ständig online zu sein wird zur Realität und verändert
das Muster unseres Lebens und unsere Lebenseinstellung.
Man muss nicht alles wissen, weil man es immer finden
kann. Und in Kombination mit Cloud Computing wird
das Smartphone zum Portal des virtuellen Computers einer
Person – der PC wird bald nur mehr im Museum zu
bestaunen sein. 2007 übertrafen die Verkaufszahlen der
Smartphones die Verkaufszahlen der Laptops. Voraussichtlich
werden bis 2014 mehr Menschen Smartphones
nutzen, um im Internet zu surfen, als traditionelle Computer.
Das ist vor allem in ländlichen und abgeschiedenen
Gegenden von Vorteil, da sie unabhängig sind und weder
zusätzliche Netzwerkinfrastruktur noch eine zuverlässige,
gleichmäßige Stromversorgung benötigen.
Die Hauptfunktion des Smartphones wird in Zukunft seine
Personifizierung eines menschlichen Wesens in der virtuellen
Welt der Automatisierung sein, wo die umgebende
Intelligenz und das allgegenwärtige Umfeld das volle Potential
dieser Smartphones zeigen werden.
60,0%
50,0%
40,0%
30,0%
20,0%
10,0%
0,0%
North America
2010 2014
Western
Europe
Eastern and
Centra Europe
Asia Pacifi c
Middle East
and Africa
Latin America

52
Öffentliche Infrastrukturen
„In der SOE Region besteht ein großer Verbesserungsbedarf
der Logistik öffentlicher Verkehrsmittel,
um einen schnellen, effizienten und sicheren
Transport sowie die Mobilität von Mensch und
Gütern zu gewährleisten.”
Öffentliche
Infrastrukturen
Der Zustand der öffentlichen Infrastruktur in der SOE
Region beschränkt das Entwicklungspotential. Er
dient als Basis, die die Region nach vorne bringen oder zurückwerfen
kann. Verbesserungen in solchen Sektoren wie
Verkehrsmittel, Energie- und Abfallmanagement liegen
in der Verantwortung des Staates. Dieser Sektor liegt aufgrund
des nur zögerlichen ROI und der fraglichen Rentabilität
außerhalb des Bereichs der Möglichkeiten für KMUs
oder sogar für große Unternehmen. Nichtsdestotrotz ist die
soziale und sogar wirtschaftliche Auswirkung der öffentlichen
Infrastrukturen enorm wichtig und nachhaltig.
Embedded Systems zu unterstützen, die verbesserte integrierte
Lösungen zur Verkehrsüberwachung und kontrolle zwischen
den verschiedenen öffentlichen Verkehrsmitteln wie Busse,
Züge und Fähren sicherstellen können, um feste Fahrpläne
und ein hohes Maß an Komfort zu gewährleisten. Darüber hinaus
können soziale und poliltische Maßnahmen, wie z.B. Verkehrsbeschränkungen
in gewissen Gegenden, Parkgebühren
etc., Menschen davon abhalten, ihre Privatautos zu nutzen.
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Road
Domestic navigation
Domestic aviation
Other
Marine bunkers
Aviation bunkers
57,6 % Autos
21,1 % Lastkraftwagen
(LKW)
16,3 % Schwerlastkraftwagen
(SLKW)
4 % Linien- und Reisebusse
THG-Emission nach Fahrzeugtyp
0,5 % Motorräder
0,5 % Sonstige
16,3 %
21,1 %
Abbildung 15
0,5 %
0,5 %
4%
57 ,6%
Öffentliche Verkehrsmittel
Bedenken in Bezug auf Umweltprobleme im Transport- und
Verkehrssektor, der EU-weit 20% der CO2-Emissionen verursacht,
motivieren nicht nur die Entwicklung zur Reduktion der
Emissionen einzelner Fahrzeuge, sondern stimulieren auch das
öffentliche Verkehrswesen. Der größte Teil der durch den Transport
verursachten Umweltverschmutzung entsteht durch den
Straßenverkehr (Abbildung 14), insbesondere durch Privatautos
(Abbildung 15). Da 70% der europäischen Bevölkerung in Städten
lebt, besteht hier eine objektive Notwendigkeit für Privatautos,
vor allem in den Großstädten. Aus diesem Grund sollten öffentliche
Verkehrsmittel Privatautos so weit wie möglich ersetzen.
Allerdings verleiten Ineffizienz und Unzuverlässigkeit der
öffentlichen Verkehrsmittel in der Region SOE die Menschen
dazu, diese nicht wirklich zu nutzen.
In der SOE-Region besteht ein großer Verbesserungsbedarf der
Logistik von öffentlichen Verkehrsmitteln (Züge, Busse, Verkehrsinformationen,
Schiffe etc.), um einen schnellen, effizienten,
sicheren und zugänglichen Transport und die Mobilität
von Personen und Gütern zu gewährleisten. Die Innovation
der Embedded Systems im öffentlichen Verkehrswesen kann
die Situation des Transportwesens der Region durch Überwachungs-
und Vorhersagesysteme drastisch verbessern. Sie
würden den öffentlichen Verkehr zugänglich und zuverlässig
machen – eines der Hauptprobleme, das öffentliche Verkehrsmittel
für die Menschen unattraktiv erscheinen lässt. Das ist
eine Möglichkeit, neue intelligente Lösungen im Bereich der
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„Das Abfallmanagement in Südosteuropa
erfolgt größtenteils durch Deponierung, was
der Region erhebliche Probleme bereitet.
Die Deponierung ist nicht nur die am wenigsten
umweltfreundliche Lösung, sondern bringt
auch langfristige Konsequenzen mit sich –
die Probleme „türmen” sich im wahrsten Sinne
des Wortes auf.”
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54
Abfallmanagement
Abfallmanagement
Die Abfallwirtschaft ist im Allgemeinen weltweit von
großer Bedeutung und besonders in Europa. Auch
wenn das jährliche Abfallaufkommen mit 350-450 kg pro
Person in der SOE Region unter dem EU-Durchschnitt von
550 kg liegt, wird die Art und Weise, in der die Region die
Abfallwirtschaft angeht, langfristige Konsequenzen für die
Zukunft haben, wenn die Regierungen der Region ihre Abfallverwertungsmuster
nicht ändern.
Es gibt sechs wesentliche Arten zur Abfallbehandlung (Abbildung
16), von denen die obersten drei zwar die bevorzugten,
jedoch nicht weit verbreitete sind. Ein Großteil der Abfallwirtschaft
konzentriert sich auf die unteren drei, die in vier Hauptmechanismen
unterteilt werden können. Die Deponierung
ist nicht nur die am wenigsten umweltfreundliche Lösung,
sondern bringt auch langfristige Konsequenzen mit sich – die
Probleme „türmen” sich im wahrsten Sinne des Wortes auf.
Die herkömmliche Abfallverwertung in der SOE ist, mit Ausnahme
von Österreich (wo 70% des Abfalls kompostiert oder
recycelt wird), die Deponierung, was die Region vor ernsthafte
Probleme stellt. Die bestehenden Mülldeponien und
Abfallverwertungsanlagen sind veraltet und entsprechen
nicht mehr den Vorschriften der EU. Und dasselbe Problem
ist mehr oder weniger auch bei den vorhandenen Kläranlagen
zu beobachten. Aus diesem Grund gibt es eine starke
staatliche Initiative, um die Mülltrennung zu fördern, eine
Online-Überwachung einzuführen und neue Abfallaufbereitungs-
und Recyclinganlagen zu bauen. Sowohl die industrielle
Informatik als auch Embedded Systems können zu diesem
Vorhaben mit neuen intelligenten Lösungen im Bereich der
Abfallüberwachung und erweiterten Kontrolle neuer Abfallverwertungs-
und Recyclinganlagen beitragen.
Abgesehen vom naheliegenden Bau neuer Abfallverwertungsanlagen
gibt es eine Reihe von Konzepten, die zur Verringerung
der Müllproduktion beitragen können.
Das Konzept der „3 R” oder "reduce (reduzieren), reuse
(wiederverwenden) und recycle (wiederverwerten)",
das die Abfallmanagementstrategien im Hinblick auf
die Müllreduzierung klassifiziert. Das große Ziel ist, so
wenig Müll wie möglich zu erzeugen. Dieses Konzept
konzentriert sich auf die Ursache des Mülls und nicht auf
die Konsequenzen. Öffentliche Bewusstseinsbildung und
ausgedehnte Sensornetze zur Erkennung und Verfolgung
des Abfallaufkommens ist einer der Wege, um Elemente
dieses Konzepts umzusetzen. Ein Bereich mit hohem Potential
für Embedded Systems.
Die "Erweiterte Herstellerverantwortung" (Extended
Producer Responsibility; EPR) ist eine Strategie, die
alle mit einem Produkt verbundenen Kosten umfasst, einschließlich
seines Recyclings, nicht nur die Produktionskosten.
Dieses Konzept überträgt die Verantwortung (auch
finanziell) für den gesamten Lebenszyklus der Produkte
auf die Unternehmen, die diese Produkte herstellen oder
verkaufen. Die Umsetzung dieses Konzepts würde sowohl
Investitionen in industrielle Informatiksysteme für die
Produktionsoptimierung als auch in Embedded Systems
zur Verfolgung der Produktlebenszyklen zur Bestimmung
ihrer Herkunft oder intelligenten Reparatur erfordern.
Das "Der-Verschmutzer-zahlt-Prinzip" ist ein Prinzip,
bei dem die verschmutzende Partei für die umweltschädigenden
Auswirkungen zahlt. Der Abfall wird hier als
eine Art von Umweltverschmutzung betrachtet und der
Verursacher des Mülls muss für seine Entsorgung zahlen,
wobei die Art der Entsorgung die für den Verschmutzer
anfallenden Kosten bestimmt. Ein dynamischer Handelsmechanismus
und staatliche Richtlinien sind notwendig,
damit diese Politik effektiv umgesetzt werden kann.
Die Kombination dieser drei Konzepte würde zu einer auf
allen Ebenen verbesserten Abfallwirtschaft beitragen. Die
Kunden entscheiden sich für Geräte mit längeren Lebenszyklen
und Recyclingmöglichkeiten. Die Industrie konzentriert
sich auf den Gerätesupport von der Produktion bis zu
ihrer Nutzung, das würde auch die Modifizierung und Anpassung
existierender Geräte auf neue Standards und Trends
einschließen sowie Selbstüberwachungs- und Selbstreparaturmechanismen
in den Geräten, die so ihre Nutzungsdauer
verlängern. Ein solcher Ansatz verlangt nicht nur eine vollkommen
neue Generation von eingebetteten Geräten als
Endprodukte, sondern auch umfangreiche Überwachungsund
Supportsysteme, die Innovationen in der Industriellen
Informatik, Vernetzung, Datenerfassung und der lokal verteilten
Entscheidungsfindung erfordern.
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„Optimierte Bewirtschaftung der Felder durch
enge Verknüpfung der Bedürfnisse der Pflanzen
mit den Anbaumethoden und Verringerung der
umweltschädigenden Auswirkungen der Landwirtschaft
und der Wirtschaft durch Steigerung
der Wettbewerbsfähigkeit mit effizienteren
Methoden.”
Embedded Systems in der Landwirtschaft
Der globale Trend der steigenden Preise für Nahrungsmittel
wird durch drei große Faktoren bestimmt: 1) steigende
Bevölkerungszahl, 2) gleichzeitig zunehmender Wohlstand in
Entwicklungsländern wie China und Indien und 3) Biokraftstoff.
In Kombination mit Sekundärfaktoren wie den Umweltbedingungen
in der Landwirtschaft (Verschlechterung des Bodens
aufgrund der industriellen Ausbeutung und Kürzung der
Wasserversorgung) wird in naher Zukunft die Nachfrage nach
Nahrungsmitteln und anderen Agrarprodukten steigen.
Die Region SOE ist immer noch abhängig von der Landwirtschaft,
der Fischerei und der Forstwirtschaft (Abbildung 17).
Das ist besonders im Hinblick auf die Arbeitskräfte ersichtlich.
In Ländern wie Albanien oder Moldawien sind über 40% der
Bevölkerung in der Landwirtschaft tätig. Dennoch liegt das
Produktivitätsniveau in diesem Sektor weit hinter den EU-
Standards zurück. Investitionen in unterstützende Sektoren
wie Lagerlogistik, Ernte, Wettervorhersage sowie in Bewässerungssysteme,
vorhersagende Analysen auf Grundlage von dezentralen
Sensorsystemen etc. können die landwirtschaftliche
Produktivität drastisch steigern, ohne die Umwelt zu belasten.
Präzisionslandwirtschaft oder Präzisionsackerbau ist ein landwirtschaftliches
Bewirtschaftungskonzept, das auf der Beobachtung
und der Reaktion auf Schwankungen zwischen den Feldern
basiert. Sie stützt sich auf neue Technologien wie Satellitenbilder
und Informationstechnologie. Darüber hinaus wird dieses Konzept
von den Möglichkeiten der Landwirte unterstützt, ihre Position
im Feld satellitengestützt durch Positionierungssysteme wie
GPS zu bestimmen. Es soll die Bewirtschaftung der Felder optimieren,
indem es die Anbaumethoden enger mit den Bedürfnissen
der Pflanzen verknüpft und die Umwelt durch Reduzierung
der umweltschädigenden Auswirkungen der Landwirtschaft
und der Wirtschaft schützt, indem es die Wettbewerbsfähigkeit
durch effizientere Methoden ankurbelt.
Landwirtschaftssystemen. Die Präzisionswirtschaft erfordert z.B.
vernetzte Maschinen aber auch komplexe Infrastrukturen wie
Satellitensysteme und Rechenzentren für Simulationsmodelle.
Solche Systeme bieten einerseits hohes Rentabilitätspotential,
andererseits benötigen sie auch die Einbeziehung von regional
agierenden Akteuren, welche die komplexen Infrastrukturfragen
und die Interoperabilität koordinieren, die sich außerhalb
der Reichweite der einzelnen Landwirte und Unternehmen befinden.
Nur landesweite oder regional flächendeckende Methoden
können sich solcher Systeme wirtschaftlich annehmen.
60,0%
50,0%
40,0%
30,0%
20,0%
10,0%
0,0%
EU
Bulgaria
Romania
Austria
Albania
Bosnia & Herzegovina
Croatia
Greece
Hungary
Italy
Moldova
Ukraine
Serbia
Slovenia
Slovakia
Czech Republic
FJRM
57
Landwirtschaft
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Heute bereits eingebettete Systeme sind weit verbreitet in
gängigen landwirtschaftlichen Geräten wie Getreidesilos, Getreideanalysegeräten,
Zufuhrsystemen, Melkmaschinen und
in vielen weiteren landwirtschaftlichen Maschinen und Fahrzeugen.
Erste Initiativen wie das ISO 11783 (ISO Bus oder ISO-
BUS) Kommunikationssystem für die Agrarindustrie, das auf
dem SAE J1939 Protokoll basiert (das auch CANbus inkludiert),
weisen den Weg zu modernen interoperablen und vernetzten
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Forschungsprioritäten

„Während im vorangegangenen Kapitel die
Anwendungsbereiche mit dem größten Potential
für die Region SOE identifiziert wurden, ist das
Ziel dieses Kapitels, die Forschungsprioritäten
für die Embedded Systems und industrielle
Informatik der Zukunft zu definieren.”
60 Forschungsprioritäten
Während im vorangegangenen Kapitel die Anwendungsbereiche
mit dem größten Potential für
die Region SOE identifiziert wurden, ist das Ziel dieses
Kapitels, die Forschungsprioritäten für die Embedded
Systems und industrielle Informatik der Zukunft in diesen
Gebieten zu definieren. In der nachstehenden Tabelle
enthalten die horizontalen Zeilen die Anwendungsbereiche,
während die Spalten die Schlüsselentwicklungen zur
Stärkung des SOE-Gebiets identifizieren.
Während des Konsensbildungsprozesses mit verschiedenen
Interessensgruppen aus der gesamten SOE Region
wurden die Forschungsgebiete identifiziert. Alle
angegebenen Forschungsthemen für die Embedded
Systems und die industrielle Informatik sind detailliert
auf den nächsten Seiten beschrieben.
© kalafoto, fotolia
xible manufacturing
en energy market
cient use of energy
alth support,
nitoring, diagnostics
living assistance
me appliances
art houses
lic transport
bedded systems
griculture
ste management
madic environments
Erhebungen im Rahmen des Projekts I3E

„Mit der zunehmenden Öffnung und
Interkonnektivität aller Aspekte unseres Lebens
wird die Sicherheit zum ausschlaggebenden
Aspekt für den Erfolg jeder Innovation.”
SchutzTECHNIK &
FUNKTIONALE SICHERHEIT
© Mirko Reichlin, fotolia
Schutztechnik & funktionale Sicherheit werden wichtige
Anforderungen für die zukünftigen Systeme in allen Anwendungsbereichen
sein. Mit der zunehmenden Komplexität
und Interkonnektivität dieser Systeme und ihrer Verbreitung
in allen Aspekten unseres Lebens werden sie zum ausschlaggebenden
Faktor für den Erfolg jeder Innovation.
Die Bedeutung der Sicherheit wird steigen, je enger die Systeme
direkt mit dem Menschen zusammenwirken und sein Umfeld
beeinflussen. Die Sicherheit wird sich nicht nur auf bestimmte
Anwendungen wie z.B. Feueralarm oder Prozesskontrolle
richten, sondern zu einer Voraussetzung für die Architektur
zahlreicher Anwendungsbereiche werden. Insbesondere
Funktionssicherheit und „neu entstehende Verhaltensweisen”
müssen bewältigt werden, da die Umgebung, in der die Geräte
betrieben werden, heterogen und von vielen Anbietern geprägt
sein wird. Die Prüfung von sicherheitskritischen Systemen auf
Grundlage von Versuchsdaten und simulationsbasierten Ergebnissen
wird ein Schlüsselfaktor sein. Regionale Fehlereingrenzung
und ein formelles Abhängigkeitsmodell sind Schlüsselthemen,
die zu einem allgemeinen Abhängigkeitsmodell führen.
Auch der Schutz wird allgegenwärtig sein, da neue Embedded
Systems einerseits bis zu einem unbestimmten Grad in private
Räume eindringen und andererseits diese Informationen über
eine Vielzahl von öffentlichen Netzwerken verfügbar machen
werden. Eine große Herausforderung werden die gegenseitigen
Interaktionen von Mensch und Maschine, Wartung und
Konfiguration, ad hoc Fähigkeiten und Effizienz kleiner eingebetteter
Geräte wie beispielsweise Sensorknoten sein. Darüber
hinaus wird die Frage von Sicherheitsupdates zu einer großen
planerischen Herausforderung werden, insbesondere für die
neue Mehrheit der kleinen Embedded Systems ohne direkte
Interaktion mit dem Anwender.
Auch wenn bisher sowohl die Sicherheit als auch der
Schutz erfolgreich umgesetzt werden konnte, besteht die
Gefahr, dass die vorhandenen Techniken möglicherweise
nicht in der Lage sind, mit der derzeit rasanten Entwicklung
des Marktes und der Technologie Schritt zu halten.
Der Fokus zukünftiger Entwicklungen wird wahrscheinlich
auf Methoden und Tools liegen, die komplexe Architekturen
mit in enger Wechselbeziehung stehenden
Anforderungen analysieren und bewerten können. Darüber
hinaus müssen diese Maßnahmen zertifizierungswürdig sein,
um sich auf dem Markt unter Nachweis der angekündigten
Fähigkeiten zu verbreiten.
63
Schutztechnik &
funktionale Sicherheit
© istock
Verteilte Systeme
Design und Entwicklung eines dezentralen Kontrollsystems
ist eine wesentliche Herausforderung, da diese
Systeme zunehmend komplexer werden. Die Verbreitung
von dezentralen Systemen wird durch die zunehmende
Komplexität der Anwendungsumgebung angetrieben. Der
Entwicklungsfokus der dezentralen Kontrollsysteme liegt
auf der ersten Designphase, in der die Struktur und die Verteilung
der Funktionen und Komponenten festgelegt werden
– ein wesentlicher Faktor für den Erfolg des Endproduktes.
Die zweite große Herausforderung ist die Überprüfung des
korrekten Verhaltens. Es werden verschiedene Verfahren wie
serviceorientierte (SOA) oder role-based (GAIA) Architekturen
eingesetzt, die einen Rahmen für die Entwicklung dezentraler
Systeme bieten. Allerdings gibt es keine allgemeine Methodologie
und Mechanismen, die es ermöglichen würden,
nicht nur ein einzelnes System zu entwickeln, sondern einen
Mechanismus für die Integration in übergeordnete Systeme
(System of Systems; SoS) zu liefern.
© KristijanZontar, fotolia

„Die Fortschritte in der industriellen Informatik
und die Marktnachfrage nötigt die Unternehmen
dazu, neue Formen der Integration einzuführen,
wie beispielsweise gemeinschaftliche Netzwerke.”
Interoperabilität &
Standardisierung
ie Komplexität von Systemen erreicht einen Punkt, an
64 Ddem es unmöglich wird, ihre Prozesse von einem zentralen
Punkt aus zu steuern oder auch nur zu überwachen. Die
neuen Systeme sind sowohl geografisch als auch konzeptuell
über zahlreiche Standorte mit unterschiedlichen organisatorischen,
logistischen und funktionellen Strukturen verteilt,
die alle berücksichtigt werden müssen Diese Systeme werden
auch Komponenten zahlreicher Anbieter enthalten.
Interoperabilität &
Standardisierung
Die Fortschritte in der ndustriellen Informatik und die
Marktnachfrage nötigt die Unternehmen dazu, neue Formen
der Integration einzuführen, wie beispielsweise gemeinschaftliche
Netzwerke. Übergeordnete Systeme, Serviceorientierte
Architektur, Dezentrale Kontrollsysteme
sind aktuelle Schlagworte. Anspruchsvolle Merkmale dieser
Systeme werden ein hoher Grad an Heterogenität, eine breite
geografische Verteilung und der Bedarf nach einer gewissen
Austauschbarkeit der Dienstleistungen sein. Interoperabilität
und Standardisierung sind daher äußerst wichtig, um die
Planung und Einführungen von Systemen der Zukunft zu
ermöglichen.
Die Forschung muss sich auf entsprechende Rahmenwerke
konzentrieren, um übergeordnete Systeme zusammenzustellen,
Lücken in Schnittstellen zu beseitigen oder Systemverhalten
zu beurteilen. Die Forschung muss außerdem im gleichen
Maße die Konstruktion von neuen Systemen sowie die Verbesserung
der Effizienz und Migration von bestehenden Systemen
unterstützen. Ausgearbeitete Konzepte müssen für alle Geräte
in einem System angewendet werden, z.B. Sensorknoten, Prozesssteuerungen
und Datenzentren, und nahtlose Interkonnektivität
sowie skalierbare Leistung bieten.
Abgesehen von der technischen Innovation zur Einrichtung der
Interoperabilität sind auch politische Maßnahmen zu setzen,
um eine entsprechende Standardisierung zu erreichen die mittelfristig
die Konkurrenzfähigkeit der Unternehmen verbessert,
indem sie standardbasierte erweiterte Umgebungen ermöglicht.
Intelligente Systeme
Eine Herausforderung ist die Entwicklung von fortschrittlichen
industriellen Informatikprodukten zur
Unterstützung und Aktualisierung der neuen Konzepte,
die in der Lage sind, sich selbst kontinuierlich an die Anforderungen
und Aufgaben der sich ständig ändernden
Marktanforderungen oder wechselnden Produkttechnologien
anzupassen. Die Entwicklung neuer Embedded Systems
und industrieller Informatikprodukte konzentriert
sich auch auf die Integration der Rekonfigurierbarkeit,
Anpassbarkeit, Flexibilität und des vorhersagbaren Verhaltens
eines Systems. Das erfordert die Integration technischer
Intelligenz in Form von Sensoren und Schaltern,
die auf der kombinierten Logik multipler Komponenten
basiert. Es besteht der Bedarf, unterschiedliche Softwareund
Hardwareprodukte zu entwickeln, um ein ganzheitliches
Management zu unterstützen, einerseits zur Entscheidungsfindung
und andererseits auch für den Einsatz
fortschrittlicher Kontrollmethoden und eingebetteter
Geräte auf dem Gebiet.
Mit der zunehmenden Komplexität und Flexibilität der
Umgebung in allen Anwendungsbereichen ist die Fähigkeit
zu lernen und schnelle und lokale Entscheidungen
zu treffen ein wesentlicher Faktor für das Potential intelligenter
Systeme auf dem modernen Markt.
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FORTSCHRITTLICHE STEUERUNGSSYSTEME
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Die Komplexität der Produktionsprozesse steigt kontinuierlich.
Diese Tatsache erfordert neue Lösungen
für Kontrollsysteme. Für eine effiziente, zuverlässige &
sichere Steuerung der industriellen Prozesse sollten
neue Kontrollmethoden realisiert werden. Verschiedene
fortschrittliche theoretische Konzepte, wie die modellbasierte
Steuerung, vorausschauende Steuerung,
anpassungsfähige Steuerung, Fuzzy-Regelung, Gain-
Scheduling und eine Vielzahl von Methoden zur Online-
Fehlererkennung, Bewertung der Verschlechterung etc.
könnten gemeinsam mit neuen Hardware-Plattformen
zu einer dynamischen Steuerung und einer besseren
Anpassungsfähigkeit an die Änderungen auf Produktionsebene
sowie zu einer effizienteren, zuverlässigeren
und sichereren Produktionskontrolle beitragen.
„Für eine effiziente,
zuverlässige & sichere
Steuerung der industriellen
Prozesse sollten
neue Kontrollmethoden
realisiert werden.”

66 67
Netzwerke
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Netzwerke
Netzwerke
Das Hauptziel ist die Entwicklung eines effizienten IT-Supports
für besonders dynamisch vernetzte Systeme (z.B.
Versorgungskettenmanagement). Gemeinschaftliches Design
sowie gemeinsame Identifikation und Überprüfung von
Systemanforderungen aller beteiligten Parteien, die Bestimmung
und Spezifizierung von Prozessen sowie der relevanten
industriellen Informatiklösungen sind nur einige der erforderlichen
Schlüsselkompetenzen. Der Forschungsfokus liegt
auf dem Support der industriellen Informatik für Netzwerkkonfiguration,
Partneridentifizierung & Partnerentwicklung,
Vernetzung, Kapazitätsnutzung, Betrieb sowie Optimierung
und Support für erweiterte Entscheidungsfindung.
Die Nutzung von Sensornetzen und die Arbeit in sicheren
und extremen Umgebungen hat lange Tradition
im Sektor der Elektrotechnik. Neueste technologische
Entwicklungen haben die Miniaturisierung
von Sensoren, energieeffizientes Design und verbesserte
Kompatibilität möglich gemacht. Probleme in
Verbindung mit der Systemintegration, stromsparenden
Sensorschnittstellen und der Optimierung
der drahtlosen Kommunikationskanäle sind derzeit
aktive Forschungsfelder.
Die gesteigerte Verfügbarkeit, Miniaturisierung,
Leistung, höhere Datenraten und die erwartete
Konvergenz der zukünftigen drahtlosen Kommunikations-
und Netzwerktechnologien rund um die
mobilen Gesundheitssysteme werden die Errichtung
von vernetzten Systemen und Dienstleistungen
in den nächsten Jahrzehnten rasant beschleunigen.
Sensor- und Schalternetze können in einer Vielzahl von Konfigurationen
errichtet werden und auch Knoten können jederzeit
hinzugefügt oder entfernt werden. Daraus folgt, dass sowohl
das Netzwerk als auch die Anwendungen, welche die Knoten
verwenden, so gestaltet sein müssen, dass sie ihre Konfiguration
dynamisch bestimmen und die erforderlichen Maßnahmen
selbständig treffen, um unter der jeweiligen Netzwerkkonfiguration
arbeiten zu können.

68
Architekturen & Methoden
Architekturen &
Plattformen
Es werden architektonische Konzepte benötigt,
um die Fähigkeit eines Systems zu gewährleisten,
trotz des Auftretens von vorübergehenden und permanenten
Hardwarefehlern, Designfehlern, ungenauen
Spezifikationen und versehentlichen Betriebsfehlern
und Störungen ein angemessenes Leistungsniveau
zu liefern. Ein System muss widerstandsfähig
und belastbar sein, vor allem im Hinblick auf
unvorhersehbare Verhaltensweisen der Systemumgebung
oder der untergeordneten Systeme. Falls nun ein
solches unvorhergesehenes Ereignis eintritt, sollte das
System weiterhin eine sinnvolle Verhaltensweise an
den Tag legen und nicht vollständig unvorhersehbar
reagieren. Fehlerbehandlung, Fehlereingrenzung und
die Ausblendung von Fehlern sind geeignete Strategien,
um dieses Ziel zu erreichen.
Designmethoden & Tools
Designmethoden und Tools sind ein wesentlicher Faktor
für die rasche Entwicklung und Herstellung von Prototypen,
ohne die es unrealistisch ist, die Entwicklung eines
solchen komplexen Systems überhaupt zu versuchen. Die
ständig zunehmende Komplexität der entwickelten Anwendungen
sowie die Verteilung der Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen
und des Personals erfordern integrierte
Tools und Methoden, um die Entwicklungsprozesse modular
und dennoch miteinander verbunden zu gestalten, wie z.B.:
Die Bildung einer integrierten Werkzeugkette zur Unterstützung
eines kompletten Prozessflusses in der Entwicklung
von Embedded Systems und industriellen Informatik
– von den Benutzeranforderungen über das Systemdesign
bis hin zur System-on-Chip-Produktion.
Die Architektur sollte eine Überwachung der Funktionalität
und Leistungen der Komponenten für eine
genaue Fehlerdiagnose unterstützen. Die zuverlässige
Identifikation von defekten Teilsystemen kann für die
autonome Wiederherstellung der Systemdienste genutzt
werden, falls eine Störung eines Teilsystems auftritt, und
Wartungsarbeiten unterstützen, falls die Störung bestehen
bleibt. Und schließlich müssen die Architekturen
an die wechselnde Feldumgebung anpassbar und mit
anderen Systemen und Plattformen unter transparenten
Bedingungen interoperabel sein.
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Auf Systemebene modellbasierte Tools und Designprozesse,
die auf integrative Weise dazu beitragen, das Abstraktionsniveau
der Architekturerforschung und des Produktdesigns anzuheben.
Modelle und die begleitende Modelltheorie müssen
die folgenden Punkte berücksichtigen: in der Datenansicht
das Datenmodell und die Algebra; in der Benutzeransicht das
Schnittstellenmodell und die Schnittstellenfunktionen sowie
Komponentenmodelle; in der Konstruktionsansicht das
dezentrale Systemmodell und zusammengesetzte Systeme;
in der Statusansicht das Zustandsmaschinenmodell und den
Zustandsübergang; und in der Prozessansicht die Prozessmodelle,
Ereignisse und Interaktionen. Die Verwendung von
strukturierten Modellen ist ein Weg, um mit der Komplexität
fertig zu werden.
Tests, Überprüfungen und Prüfungstools zur Unterstützung
des strukturellen Designs, die in den vollständigen Prozessfluss
integriert werden können, um eine laufende Überprüfung
und Beurteilung auf Produktebene als wesentlicher
Bestandteil des Designprozesses zu ermöglichen.
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I3E Konsortium
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I3E Konsortium
Industrial Systems Institute / R.C. Athena (führender Projektpartner)
Athanasios P. Kalogeras
Stadiou Street, 26504. Platani Patras, Griechenland
kalogeras@isi.gr
Österreichische Akademie der Wissenschaften – Institut für Integrierte Sensorsysteme
Albert Treytl
Viktor-Kaplan-Straße 2, 2700 Wiener Neustadt, Österreich
albert.treytl@oeaw.ac.at
ecoplus. Niederösterreichs Wirtschaftsagentur GmbH
Rainer Gotsbacher
Viktor Kaplan-Straße 2, 2700 Wiener Neustadt, Österreich
r.gotsbacher@ecoplus.at
Stiftung: Cluster Information and Communication Technologies
Anna Naydenova
Tsarigradsko Shosse Blvd., 7th km, BIC IZOT, 2. Etage, Zi. 290, 1784 Sofia, Bulgarien
anna_naydenova@ictalent.org
Technische Universität Cluj-Napoca
Tiberiu Letia
15 Daicoviciu street , 400020 Cluj-Napoca, Rumänien
tiberiu.letia@aut.utcluj.ro
colnaric@uni.mb.si
Jozef Stefan Institut
Vladimir Jovan
Jamova 39, 1000 Ljubljana, Slowenien
vladimir.jovan@ijs.si
Italian Executives Alliance
Dominico Ricchiuti
Via Dante Alighieri 7, Matera, Italien
iea.italia@libero.it
Stiftung: Neue Bulgarische Universität
Antoni Slavinski
Montevideo Str. 21, 1618 Sofia, Bulgarien
aslavinski@nbu.bg
Universität Kragujevac; Fakultät für Maschinenbau
Vesna Mandic
Sestre Janjic 6, 34000 Kragujevac, Serbien
mandic@kg.ac.rs
Nationale Polytechnische Universität Odessa
Valeriy Lebed
Shevchenko Av, 650044 Odessa, Ukraine
lebed@mip.opu.ua
Universität Maribor
Matjaz Colnaric
Smetanova ulica 17, 2000 Maribor, Slowenien

I3E Transnationale Strategische Forschungsagenda
I3E Transnationale
Strategische Forschungsagenda
Redaktionsteam
Aleksey Bratukhin, Albert Treytl
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Institut für Integrierte Sensorsysteme
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Grafikdesign & Layout
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Lokaler Ansprechpartner
Industrial Systems Institute / R.C. Athena (I3E führender Projektpartner)
Athanasios P. Kalogeras
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