Jahresbericht 2021/2022 Im Fokus Digital Healthcare – die digitale Transformation im Gesundheitswesen

Editorial Liebe Leserinnen und Leser, das Thema »Gesundheit« geht uns alle an. Doch kaum eine Branche beschäftigt sich mit sensibleren Daten als das Gesundheitswesen. Umso wichtiger ist es natürlich, diese Daten zu schützen und vertraulich zu behandeln. Doch wie würden wir uns entscheiden, wenn es um Leben und Tod ginge? Würden wir uns in einem Notfall nicht eher dazu entscheiden, dass der Notarzt die Krankenakte einsehen darf, um uns eine bestmögliche Versorgung zu ermöglichen? Daten schützen, aber nur dann, wenn es sinnvoll ist, und vorher genau festle- gen, in welchen Situationen man seine Daten für bestimmte Personen freigibt – genau das kann das Fraunhofer IESE mit seiner Lösung für Datennutzungskontrolle »MY DATA Control Technologies« realisieren. Bei der Digitalisierung im Gesundheitswe- sen gibt es einen deutlichen Nachholbedarf. Die wenig interoperablen digitalen Systeme im Medizinbereich erschweren die sinnvolle Nutzung von Daten. Beispielsweise gibt es in einer durchschnittlichen Klinik eine Vielzahl an weitestgehend nicht miteinander verbunde- nen Systemen. Das ist insofern dramatisch, als dass der Datenaustausch zahlreiche Vorgänge erheblich verbessern könnte. Und natürlich ist es auch wichtig, über die Klinikmauern hinaus- zudenken und die Instanzen miteinander zu verknüpfen, die zum Beispiel in einem Notfall gebraucht werden. So unterstützen wir mit dem »Zentralen Landesweiten Behandlungs- kapazitätennachweis ZLB 2.0« dabei, dass im Notfall schnell und direkt eine Klinik mit den spezifisch erforderlichen und aktuell freien Versorgungsmöglichkeiten identifiziert wird, um die bestmögliche Versorgung von Patien- tinnen und Patienten sicherzustellen. Aber auch die ärztliche Unterversorgung auf dem Land ist ein zentrales Thema unserer For- schung. Wir haben gemeinsam mit weiteren Fraunhofer-Instituten das Fraunhofer-Zentrum für Digitale Diagnostik in Potsdam gegründet. Hier geht es um die zielgerichtete Entwicklung digitaler Diagnostiklösungen, also auch um fortgeschrittene telemedizinische Lösungen. Wir sehen in ihnen das Potenzial, das medizi- nische Versorgungsproblem in dünnbesiedel- ten Regionen erheblich zu reduzieren. Bei der Digitalisierung im Gesundheitswesen bringen wir nicht nur unsere Kompetenzen aus den Bereichen »Digitale Ökosysteme« und »Datennutzungskontrolle« ein. Auch beim Thema »Industrie 4.0« in der Pharmapro- duktion ist das Fraunhofer IESE ein gefragter Partner. So geht es in unserem Fraunhofer- Leitprojekt »RNAuto« speziell darum, bisher extrem teure, individuell auf Patientinnen und Patienten abgestimmte Krebsmedikamente mithilfe unserer Middleware BaSyx automa- tisiert und dadurch günstiger herstellen zu können – und damit Leben zu retten. Das Thema »Digital Healthcare« liegt mir besonders am Herzen, weil es hierbei um jeden Einzelnen von uns geht. Deshalb haben wir in diesem Jahr die Titelstory unseres Jah- resberichts diesem Schwerpunkt gewidmet. Aber natürlich halten wir auch Beiträge zu unseren anderen Trendthemen wie »Autono- me Systeme«, »Smart Farming« oder »Produk- tion und Industrie 4.0« für Sie bereit. Ich wünsche Ihnen eine interessante Lektüre! Herzliche Grüße Peter Liggesmeyer 5

Projekte Deutsche Telekom AG: Sicherer Datenmarktplatz mit MY DATA Control Technologies ........................... 48 HÄFNER Präzisionsteile Oberrot GmbH: Systemmodernisierung als erster Schritt in Richtung Industrie 4.0 ...................... 50 Robert Bosch GmbH: Prozessinnovationen in der Entwicklung von Automotive-Software .................... 52 Weitere Projekte aus der Wirtschaft ................................................................... 54 Projekte aus der Forschung ................................................................................ 56 IESE im Überblick Über das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE ...... 63 Das Fraunhofer IESE macht Unternehmen fit für die digitale Zukunft! ................ 64 Budget, Kostenentwicklung & Personal ............................................................. 66 Forschung als Wurzel des Erfolgs! ..................................................................... 70 Allianzen & Netzwerke ...................................................................................... 71 Institutsleitung & Organigramm ........................................................................ 72 Kuratorium ........................................................................................................ 74 Projektförderkennzeichen & Standorte .............................................................. 75 Die Fraunhofer-Gesellschaft .............................................................................. 76 Impressum ......................................................................................................... 77 7

Titelstory Aber am besten gehen wir nochmal einen Schritt zurück: Das Forschungsprogramm »Digital Healthcare« wurde am IESE ins Leben gerufen, um innovative Themen im Gesundheitswesen zu identifizieren. Wir finden heraus, was effiziente IT-Lösun- gen für eine Problemstellung im Medizinbereich sind und wie wir unsere Kompetenzen als Expert*innen für Software- und Systems-Engineering am besten in solche Projekte einbringen können. Zum besseren Überblick: In welchen Bereichen ist das Fraunhofer IESE im Forschungsprogramm unterwegs? Wir haben zum einen den öffentlichen Bereich – das öffentli- che Gesundheitswesen – und zum anderen die Gesundheits- wirtschaft als zweites großes Cluster, in dem wir unsere Projek- te verorten können. Ein wichtiges Thema aus dem öffentlichen Sektor möchte ich hervorheben. Schon seit über zehn Jahren nimmt es in unserer Forschung einen besonderen Stellenwert ein – es handelt sich um die Präklinik. Diese Projekte fokus- sieren das Rettungswesen, den Katastrophenschutz und die Notfallmedizin. Was sind konkrete Beispiele für Projekte zum Thema Präklinik? Um nur ein paar zu nennen: Da gibt es SPELL, das im Katastro- phenschutz angesiedelt ist. In dem Projekt sammeln wir histori- sche Daten und Echtzeitdaten, kombinieren sie KI-unterstützt zu Mehrwertdiensten und bieten sie beispielsweise Leitstellen an, damit diese bei Katastrophen schneller reagieren können. Außerdem möchte ich noch das DENIT erwähnen – das Deutsche Zentrum für Notfallmedizin und Informationstechno- logie – in dem wir uns ebenso mit Fragestellungen aus dem präklinischen Bereich beschäftigen. In diesem vom Ministerium des Innern und für Sport des Landes Rheinland-Pfalz geförder- ten Projekt optimieren wir die Prozesse, indem wir landesweit die Klinik- und Versorgungsdaten sowie die involvierten Pro- zesse harmonisieren und in den entsprechenden IT-Systemen abbilden. Rolf van Lengen, Leiter des Forschungsprogramms »Digital Healthcare« am Fraunhofer IESE Einmalig hierbei ist das sogenannte Crew-Resource-Manage- ment-Training. Ein wichtiger Aspekt dieses Trainings ist dabei die Aufteilung von Aufgaben innerhalb des Rettungsteams und die Absprache darüber, wer welche Aufgaben übernimmt. Welche Projekte gibt es noch am IESE im Bereich Digital Healthcare? Da haben wir eine ganze Palette an Projekten. Wie schon erwähnt, unterscheiden wir zwischen dem öffentlichen Gesundheitswesen und den industriellen Anwendungen. Über das Erstgenannte habe ich eben schon einiges gesagt. In der industriellen Anwendung sind wir u.a. im Bereich ATMP tätig. ATMP steht für »Advanced Therapy Medicinal Products«. Darunter sind individuell für die Patientin oder den Patienten hergestellte Therapeutika zu verstehen. Das Problem dabei ist, dass diese sehr teuer in der Herstellung sind. Zum Beispiel werden sie in der Krebsdiagnostik eingesetzt und die Behand- lung eines einzigen Patienten kostet ca. 300.000 Euro. Und warum ist das so? Weil diese Medikamente aufwendig manuell hergestellt werden – ohne viel Automatisierung. Wir arbeiten an der Digitalisierung und Automatisierung des Herstellungsprozesses von individuellen Pharmazeutika im Sinne von Industrie 4.0 – unserem Spezialgebiet. Auch das neue Fraunhofer-Leitprojekt RNAuto beschäftigt sich mit genau dieser Thematik. Ein weiteres Projekt aus dem Bereich Rettungswesen ist ViTAWiN. Hierbei geht es um die Ausbildung von Notfallsanitäter*innen mithilfe von virtueller Realität. Man kann sich das folgender- maßen vorstellen: Ein aus zwei Personen bestehendes Team ist jeweils mit einer VR-Brille ausgestattet und trainiert ein Notfall- szenario in der virtuellen Welt. Aber das übergeordnete Ziel all unserer Projekte im For- schungsprogramm »Digital Healthcare« ist es, die digitale Transformation im Gesundheitswesen voranzutreiben, um die Patientenversorgung zu verbessern. Wir befinden uns auf einem guten Weg, aber es gibt noch einiges zu tun. 11

Titelstory Forschungsprojekt »SPELL« bietet Entscheidungshilfen für Leitstellen im Katastrophenfall »SPELL« steht für »Semantische Platt- form zur intelligenten Entscheidungs- und Einsatzunterstützung in Leitstellen und Lagezentren«. Im Katastrophenfall ist die Arbeit der Leitstellenteams durch Komplexität gekennzeichnet. Das Ziel des vom Bundesministerium für Wirt- schaft und Klimaschutz (BMWi) geför- derten Forschungsprojekts SPELL ist es, in Krisensituationen Maßnahmen zur Gefahrenabwehr, Nothilfe und Versor- gung für die Bevölkerung schneller und situationsgerecht einleiten zu können – und das mithilfe von Künstlicher Intel- ligenz (KI). Die Leitstelle Ludwigshafen ist Projektleitstelle für das SPELL-Projekt und Stephan Theis weiß ganz genau, was er sich von der Künstlichen Intelli- genz wünscht. Welche Unterschiede gibt es in der Leitstelle bei Normalbetrieb und im Katastrophenfall? Erst einmal gehört es grundsätzlich zu der Aufgabe einer Integrierten Leitstelle, dass wir die Anrufe des Notrufs »112« entgegenneh- men; wir geben Hilfestellungen am Telefon und alarmieren parallel die Einsatzkräfte der Feuerwehr, des Katastrophenschutzes und des Rettungsdienstes. Wir koordinieren also die gesamten Rettungsmaßnahmen. Vor allem mit dem Deutschen Roten Kreuz und der Berufs- feuerwehr Ludwigshafen arbeiten wir intensiv zusammen. Im »Normalbetrieb« hat man mehr Zeit, um sich den einzelnen Fällen zu widmen und zum Beispiel Anleitungen bezüglich Reanimationen oder Erste-Hilfe-Maßnahmen am Telefon zu geben. Im Katastrophenfall hingegen besteht die Herausforderung, dass sehr viele Men- schen gleichzeitig den Notruf kontaktieren – wir nennen das auch Großschadenslage. Schwierig ist es, bei der Vielzahl der Anrufe den Überblick zu behalten. Zum Beispiel rufen bei einem Unwetter viele Personen aus der gleichen Ortschaft wegen überfluteter Keller an, aber es könnte auch ein Anrufer aus dem gleichen Ort zeitgleich wegen eines medizini- schen Notfalls, wie etwa eines Herzinfarkts, anrufen. Um diese Menge an Anrufen sinnvoll zu bearbeiten, ist ein gutes Krisenmanage- ment erforderlich. Wie kann SPELL dabei helfen, das Krisenmanagement zu verbessern? Mein Wunsch wäre es, dass in einer solchen Großschadenslage mithilfe der KI-gestütz- ten Dienste der SPELL-Plattform klassifiziert werden kann, woher die Anrufe stammen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Anrufer den gleichen Notfall melden möchte oder ob vielleicht doch ein anderer Grund vor- liegt. Generell können mithilfe von Künstlicher Intelligenz zusätzliche Daten und Informatio- nen bereitgestellt werden, die uns in der Leit- stelle einen großen Benefit zur Entscheidungs- findung und damit auch zur Bewältigung der Krise liefern. Was sind konkrete Beispiele aus dem Leitstellen-Alltag? Bei uns in Ludwigshafen gibt es immer wieder Notrufe, die den Rhein betreffen. Wenn jemand beispielsweise in Speyer anruft und eine Person meldet, die im Wasser treibt, dann verändert sich die Position dieser Person natürlich rapide. In diesem Fall könnte eine intelligente Vorhersage der Position der Person – die anhand der Fließgeschwindigkeit, des Wasserstands und der Windgeschwindigkeit berechnet wurde – ihr Leben retten. Ent- sprechend könnten dann nämlich die lokale Feuerwehr und der Rettungsdienst gezielt zur richtigen Zeit an die richtige Stelle fahren, an die die Person bis zum Eintreffen der Ret- tungskräfte getragen worden ist. 13

Titelstory Automatisierte Herstellungsprozesse von mRNA-Wirkstoffen RNAuto – für eine nachhaltige und wirtschaftliche Gesundheitsversorgung Dazu im Interview: Prof. Dr. Dr. Ulrike Köhl, Institutsleiterin des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie IZI, und Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering IESE Auf mRNA basierende Impfstoffe sowie Gen- und Zelltherapeutika sind innova- tive Arzneimittel, mit welchen Infek- tionskrankheiten, Erbkrankheiten und Krebs behandelt oder sogar verhindert werden können. Sie verzeichneten in den vergangenen Jahren – auch auf- grund der Corona-Pandemie – eine äußerst dynamische Entwicklung in der klinischen Forschung und Anwendung. Zukünftig sollen sie in einem bezahl- baren Gesundheitssystem einer noch größeren Vielzahl von Patientinnen und Patienten zur Verfügung stehen. Dafür werden automatisierte Produktions- technologien benötigt, die sicher und zuverlässig nach den hohen Anforde- rungen für Arzneimittel produzieren. Genau das ist das Ziel des Fraunhofer- Leitprojekts RNAuto! Um bis Ende 2025 einen KI-gesteuerten, digital kontrollierten und automatisierten Produktionsprozess im Sinne von Industrie 4.0 zu erarbeiten, bündelt das Konsortium interdisziplinäre Kompetenzen aus Medizin, Biologie und Ingenieurwissenschaften. Die Projektleitung liegt bei Prof. Dr. Dr. Ulrike Köhl – Institutsleiterin des Fraunhofer IZI. Auch das Fraunhofer IESE mit Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer ist Teil des Projektteams, um die Erfahrungen der Industrie-4.0-For- schung in die Medizinproduktion einfließen zu lassen. Beiden Institutsleitern haben wir auf den Zahn gefühlt und das Leitprojekt RNAuto genauer unter die Lupe genommen. mRNA kennt man als Laie vor allem von den Corona-Impfstoffen. Was versteht man genau unter mRNA und warum konnte man damit den Coro- na-Impfstoff so schnell produzieren? Köhl: mRNA-Moleküle finden sich in allen Zellen. Übrigens steht mRNA für »messenger RNA« und kann mit »Boten-RNA« übersetzt werden. Ihre Aufgabe ist die Übertragung einer genetischen Information, dem Bauplan eines Proteins, von der DNA aus dem Inneren des Zellkerns zu den Ribosomen, wo die Infor- mation in ein funktionales Protein translatiert wird. Da es in der Regel die Proteine von Krankheitserregern sind, die eine Antwort des Immunsystems auslösen, liegt die Idee nahe, Digitaler Zwilling Künstliche Intelligenz Wirkstoff- Design mRNA Automatisierung Prozess- entwicklung CAR-Zellen Impfstoffe Automatisierte Produktionstechnologien mRNA-abgeleiteter Impfstoffe sowie Zell- und Gentherapeutika 15

Welche Vorteile entstehen dadurch für das Gesundheitssystem sowie für Patientinnen und Patienten? Liggesmeyer: Das Bestreben von RNAuto ist die Erreichung eines hohen Durchsatzes bei günstigen Herstellungskosten. Wir wollen diese sehr vielversprechende Therapie durch Steigerung der verfügbaren Menge und durch reduzierte Kosten für eine große Anzahl von Patientinnen und Patienten verfügbar machen. Für welchen konkreten Anwendungs- fall werden die mRNA-Therapeutika im Projekt hergestellt? Köhl: Im Rahmen des Leitprojekts wird ein Impfstoffkandidat zur Immunisierung gegen das West-Nil-Virus entwickelt und hergestellt. Dieses Virus gewinnt zunehmend an Bedeu- tung, seitdem es sich immer stärker auch in Europa ausbreitet und u.a. auch in Deutsch- land erste Infektionen zu verzeichnen sind. Im zweiten Anwendungsbeispiel werden mRNA-induzierte Gentherapeutika zur Behandlung von Lymphomen entwickelt, die auf »Natürlichen Killerzellen« oder kurz NK-Zellen basieren. Dabei werden diese Immunzellen mit einem zusätzlichen Rezeptor ausgestattet, durch den sie sich an Krebszellen binden und diese spezifisch zerstören können. Dieses Prinzip der »lebenden Krebsmedika- mente« kennt man schon von Therapien mit veränderten, patienteneigenen T-Zellen. Dies soll nun auf NK-Zellen gesunder Spender übertragen werden, um weiter Kosten zu sparen und die Verfügbarkeit dieser Immun- therapien signifikant zu erhöhen. Kann das Projekt die Pharmapro- duktion revolutionieren? Was sind die langfristigen Ziele? Liggesmeyer: Wie bereits erwähnt, werden in RNAuto die Use Cases »West-Nil-Virus-Impf- stoff« und »allogene NK-Zellen« betrachtet. Ziel ist aber die Konzeption eines modularen Produktionsprozesses, der unkompliziert auch zur Herstellung anderer vergleichbarer Subs- tanzen angepasst werden kann. Daher bietet RNAuto das Potenzial, die Produktion von mRNA-abgeleiteten Impfstoffen sowie von Zell- und Gentherapeutika zu revolutionieren. Titelstory » Mit RNAuto streben wir einen hohen Durchsatz bei günstigen Herstellungs- kosten an.« Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer, Institutsleiter Fraunhofer IESE 17

Titelstory aller Beteiligten gestärkt werden. Ein VR-Training benötigt genau wie eine konventionelle Schulung hochqualifizierte Lernbegleitende, jedoch müssen weder Medizinprodukte noch Medizingeräte oder echte Versorgungseinheiten blockiert werden. Medizinprodukte wie EKG- oder Beatmungseinhei- ten können nämlich als Digitale Zwillinge virtualisiert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass das VR-Training nachhaltiger ist, denn es müssen keine medizinischen Einwegmaterialien, z.B. Verbände, Kanülen oder Beatmungsschläuche, verwendet werden. Außerdem kann diese Trainingsmethode zur Pande- mieresilienz beitragen, denn die Teilnehmenden können in separat zugewiesenen Zeitslots von unterschiedlichen Orten aus gemeinsam trainieren. Und natürlich nicht zu vergessen: Gerade jüngere Menschen sind virtuelle Spiele gewohnt und können mit Serious Games für die Ausbildung begeistert werden. Denn Spaß ist die beste Voraussetzung zum Lernen! Weiterführende Links: ViTAWiN Demo: Interprofessioneller Trainingsdurchlauf ViTAWiN Trailer: Integration von Emotionen und Haptik ViTAWiN Trailer: Interdisziplinäre Zusammenarbeit Im Zentrum von ViTAWiN stehen die Bildungsbedürfnisse in der Notfallsanitäter-Ausbildung und der Weiterbildung zur Notfallpflege. Hier geht es darum, durch Einführung moderner XR-Technologien eine immersive und kollaborative Trainings- und Lernumgebung nutzbar zu machen. Mithilfe der Mehrbe- nutzer-Extended-Reality-Simulationsumgebung ist sogar ein gemeinsames Training der beiden Berufe in Echtzeit möglich. Interprofessionelle Zusammenarbeit in der Notfallversorgung Rettungssanitäter*innen und Notfallsanitäter*innen über- nehmen die initiale Versorgung von verletzten und erkrank- ten Menschen. Die Patienti*nnen benötigen aufgrund ihres Gesundheitszustands sofortige Hilfe oder fachliche Betreuung auf dem Weg ins Krankenhaus. Das geschieht bei Bedarf mit den notärztlichen Kolleg*innen vor Ort oder zum Teil auch remote via Tele-Notarzt. Die Übergabe der Patient*innen erfolgt meistens in der Notaufnahme oder in spezialisierten Einheiten wie dem Schockraum oder der Schlaganfalleinheit – vor allem an die jeweiligen Ärzt*innen sowie an Pflegefachper- sonal mit und ohne Fachweiterbildung »Notfallpflege«. Wenn nun mehrere Berufsgruppen in interprofessionellen Teams gemeinsam die Patientenversorgung bestreiten, entste- hen komplexe Situationen, die durch die Dynamik des Patien- tenzustands von Handlungsoffenheit und Entscheidung unter Unsicherheit geprägt sein können. Eine wesentliche Besonder- heit ist, dass genau diese Teamkonstellation als Ganzes nur in einem bestimmten Notfall entsteht. Eine große Herausforde- rung, die es im Projekt ViTAWiN zu berücksichtigen gilt. Virtuelles Training hat viele Vorteile Mit VitAWiN üben verschiedene Berufsgruppen wiederholt die Zusammenarbeit in solch komplexen Szenarien ohne Risiko für reale Patient*innen. Dadurch kann die Handlungssicherheit Fraunhofer-Zentrum für Digitale Diagnostik: Telemedizinische Lösungen sollen ländliche Räume stärken Für die Entwicklung digitaler Diagnostiklösungen ist die wirksame Verknüpfung von Kompetenzen für diagnostische Instrumentierung, Data Sciences und Medizin erfolgskritisch. Das 2021 gegründete Fraunhofer-Zentrum für Digitale Diagnostik im Potsdam Science Park beschäftigt sich mit der zielgerichteten Entwicklung digitaler Diagnostik- lösungen. In der Modellregion Brandenburg werden neue Lösungen und Anwendungsfelder für die Digitale Diagnostik erforscht und entwickelt, um so die Patien- tenversorgung wirksam zu unterstützen und Wertschöp- fungspotenziale in der Region zu realisieren. Entsprechend bündelt das Zentrum institutionell zunächst die Kompetenzen dreier Kerninstitute: des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse IZI-BB (Instru- mentierung), des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie IZI (medizinischer Bedarf) und des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engi- neering IESE (Digitalisierung). 19

Titelstory Nachweis von Infektionserregern vor Ort einfach durchzufüh- ren. Mit solchen sensitiven POC-PCR Schnelltestsystemen (PoC = Point of Care) haben sich die Projektpartner zum Ziel gesetzt, die Ausbreitung von Infektionserregern schnellstmöglich einzu- dämmen, Leben zu schützen und Normalität zu garantieren. Datennutzungskontrolle »MY DATA Control Technologies« des Fraunhofer IESE integriert. So können Einzelpersonen bestimmen, welche Daten sie als getestete Personen an welche Empfänger weitergeben möchten und welche nicht. Transparenz über das Infektionsgeschehen Ergänzt wird die Plattform durch die Integration einer automa- tisierten Übermittlung positiver Testergebnisse, deren Melde- pflicht hohen bürokratischen Aufwand für die limitierten ärztli- chen Ressourcen bedeutet. Um eine ganzheitliche und schnelle Eindämmung einer Pandemie zu erreichen, ist es daher von größtem Interesse, neben technologischen Hürden auch diese bürokratischen Hindernisse abzubauen. Einen vielversprechenden Lösungsansatz stellt deshalb die Integration einer intelligenten Datentransferstrategie in die OPEN-POCT-Schnelltestplattform dar. Dazu ist es notwendig, automatisierten Datentransfer über sichere Datensysteme mit dem Datenschutz von Einzelpersonen, allgemeiner IT-Sicher- heit und Datensicherheit zu verknüpfen. Um eine mög- lichst hohe Akzeptanz der Plattform zu erreichen, wird die Eine Ausweitung digitaler Datentransferlösungen, z.B. die Verknüpfung mit der Corona-Warn-App, zeigt zusätzliche Optionen der Verbindung des Testsystems einerseits und Infor- mations- bzw. Kommunikationsplattformen andererseits auf. Dies wird die Gesundheitsämter entlasten, da sie bereits bei einer geringen Anzahl an Neuinfizierten pro Tag bei der Nach- verfolgung schon an ihre Grenzen stoßen können. Zusätzlich wollen die Projektpartner durch Kommunikation mit Behörden, Unternehmen, Ärzt*innen und anderen Ein- richtungen im Laufe von OPEN-POCT weitere Konzepte zur Eindämmung erarbeiten, um den Aufbau eines administrativen und regulatorischen Ökosystems für eine Massentestung zu unterstützen. Mehr Infos zum Projekt: www.sofort-open-poct.de Disposition in der Notfallmedizin Ohne Daten und Software läuft heutzutage auch in der Not- fallmedizin und beim Rettungsdienst nichts mehr. Darum bietet das am Fraunhofer IESE angesiedelte Deutsche Zentrum für Notfallmedizin und Informationstechnologie (DENIT) für die rheinland-pfälzische Landesregierung und die entsprechenden Behörden seit dem Jahr 2008 eine kompetente Beratung und Unterstützung bei der Analyse und Bereitstellung von Daten zu notfallmedizinischen und rettungsdienstlichen Fragestellungen. Ziel des DENIT ist es, Lösungen zur präklinischen Prozess- optimierung zu entwickeln. Unter anderem geht es darum, Rettungsdiensten jederzeit die Ansteuerung einer nahegele- genen aufnahmebereiten Klinik zu ermöglichen, um für die Patient*innen eine möglichst schnelle Versorgung zu gewähr- leisten. Hierfür können autorisierte Personen das webbasierte Informationssystem ZLB 2.0 (Zentraler Landesweiter Behand- lungskapazitätennachweis Rheinland-Pfalz) nutzen. Insgesamt sind in Rheinland-Pfalz ca. 100 Kliniken, 2 Ministe- rien, 8 Leitstellen und 8 ÄLRD (Ärztliche Leiter Rettungsdienst) sowie die ADD (Aufsichts- und Dienstleistungsdirektion) an das System angebunden. Wie funktioniert der ZLB 2.0? Der ZLB 2.0 lässt sich über einen webbasierten Browser bedie- nen. In Abhängigkeit von der bestehenden Primärdiagnostik der Patient*innen können die Benutzer aktuell vorhandene Akutkapazitäten (z.B. bei Polytrauma), diagnosebezogene Intensivbetten (Behandlung, Überwachung, ECMO), Abtei- lungsbetten (z.B. Fachrichtung Innere Medizin) und sonstige Infrastrukturen einsehen bzw. danach suchen. Der ZLB 2.0 zeigt die jeweiligen Dienst- und Betriebszeiten an und weist die einzelnen Kapazitäten als verfügbar, nicht verfügbar oder defekt aus. Auf Basis der eingegebenen Daten erhält man umfangreiche Statusboards, landesweite Lagebilder und Ana- lysen in Abhängigkeit eines Rechte- und Rollensystems. Zu Beginn der Corona-Pandemie wurde der ZLB 2.0 um weite- re Meldungen zu Behandlungskapazitäten für COVID-19-Fälle ergänzt. Dabei werden auch die bei COVID-19 so wichtigen Herz-Lungen-Maschinen registriert. Mit dem ZLB 2.0 kann somit einerseits eine reibungslosere Disposition von COVID-19- Patient*innen erfolgen und andererseits erhalten die Landes- regierung, die Rettungsdienstbehörden, Rettungsleitstellen und Kliniken gleichzeitig eine größtmögliche Transparenz. 21

Welche Vorteile erwarten Sie von der Digitalisierung im Krankenhaus, bzw. speziell in der medizinischen Onkologie? Die sehr komplexen diagnostischen, therapeutischen, organisatorischen und kommunikativen Aufgaben der Medizin im Krankenhaus und insbesondere der medizinischen Onkologie bieten der Digitalisierung hervorragende Anwendungen. Die Digitalisierung in der medizinischen Onkologie eröffnet neue Perspektiven und eine hohe Qualitätssteigerung beispielsweise in den Bereichen Wissensmanagement, Kommunikation, Prozessoptimierung, Qualitätsmanagement, Entscheidungsunterstützung, Arzneimitteltherapiesicherheit und Personal- und Ressourcen- allokation. Eine zentrale Aufgabe der medizinischen Onkologie ist die medikamentöse Therapie von Krebs und bösartigen Blutkrankheiten. Der enorme kontinuierliche Erkenntnisgewinn über molekulare Störungen und Defekte maligner Zellen ermöglicht die kontinuierliche und rasche Entwicklung neuer Medikamente. Diese riesige Informationsfülle verbunden mit komplexen therapeutischen Vorgaben kann mit digitalen Verfahren hervorragend verarbeitet und in der Therapie von Patient*innen umgesetzt werden. Welche Rolle spielt die Datenbank Onkopti mit standardisierten Therapie- protokollen dabei? Und in welchen Kliniken wird Onkopti bereits genutzt? Im Prinzip besteht jede kurative Chemotherapie aus Kombinationen von zwei oder in der Regel drei oder mehr Wirkstoffen. Hinzu kommen essenzielle Medikamente zur Prophylaxe von Nebenwirkungen. Ein solches Therapieprotokoll wird dann in mehreren Zyklen und bestimmten Zeitabständen verabreicht. Nur in internationalen Fachzeitschriften publizierte Studienprotokolle mit validen Ergebnissen und Benefits für die Patient*innen können in die Routinetherapie über- nommen werden. Die Translation dieses Wissens und die konkrete Anwendung der medikamentösen Therapie sind zentrale Aufgaben und Herausforderungen für die internistischen Onkolog*innen. Mit der seit 2008 am Fraunhofer IESE generierten und kontinuierlich weiterentwickelten Datenbank Onkopti steht an zentraler Stelle ein essenzielles Werkzeug mit digitalisierten Therapieprotokollen zur Verfügung. Onkopti standardisiert Therapieprotokolle mit der Grundidee, dass jedes Protokoll aus in sich abgeschlossenen Bausteinen zusammengesetzt ist, die normiert definiert werden können. Die aktuell über 2.000 Protokolle können in einem standardisierten Format in Anwen- dungsprogramme in Klinik und Praxis exportiert und auch als Online-Publikation verwendet werden. Onkopti wird z.B. im Westpfalz-Klinikum Kaiserslautern, in der Universitätsmedizin Mainz, in den Kliniken in Amberg, Bayreuth, Hof, in einem großen Klinikkonzern und in vielen weiteren Kliniken und Praxen eingesetzt. Die spezielle und als progressive Web-App frei verfüg- bare Variante onchemo.com wurde besonders für mobile Geräte entwickelt und ist auf Deutsch und Englisch verfügbar. Welchen Effekt hat Onkopti in Bezug auf die qualitative Steigerung der Therapie für Patient*innen? Bei der Verwendung eines elektronischen Verordnungssystems in der Onkologie ist die Zeit von der Verordnung bis zur Anwendung sehr kurz. Die Therapie und die sehr wichtige Supportiv- und Begleittherapie sind immer aktuell sowie leitlinienkonform und entsprechen dem aktuellen Standard. Es ist wissenschaftlich nachgewiesen, dass die Fehlerrate mit einem elektronischen Verordnungssystem signifikant reduziert wird. Es kann damit eine hohe Arzneimitteltherapiesi- cherheit erreicht werden. Bei einem erforderlichen Wechsel des Therapieplans stehen sehr viele weitere aktuelle Therapieprotokolle zur Verfügung. Durch die monatlichen Aktualisierungen sind neue Medikamente, Zulassungen und Therapieprotokolle bereits nach kurzer Zeit für die Therapie der Patient*innen verfügbar. Titelstory 23

automatisiertes Fahren in einer sehr kom- plexen Umgebung. Perspektivisch wird also noch wesentlich mehr Zeit vergehen, bis wir von einem flächendeckenden autonomen ÖPNV sprechen können. Seit Juli 2021 ist das Gesetz zum autonomen Fahren in Kraft, das die Rahmenbedingungen für die Fahr- funktionen im ÖPNV auf Level 4 schafft. Momentan ist die Technik selbst davon noch ein gutes Stück entfernt. Wie sieht Ihre Prognose aus: Wann wird Level 5 im ÖPNV realisier- bar sein? Auch im ÖPNV wird es das autonome Fahren auf Level 5 – also völlig unabhängig vom Verkehrsbereich – nicht geben. Was wir aber sehr wohl erleben werden, ist das fahrerlose Fahren auf festgelegten Strecken wie etwa einer Busspur. Doch selbst da muss vorab die Frage gestellt werden: Wie bekommt man Sicherheit, Störungsfreiheit und den Business Case unter einen Hut? Hilfreich ist in diesem Kontext aus meiner Sicht das sogenannte Tele- operating, bei dem eine Person mithilfe ver- schiedener Monitore eine ganze Fahrzeugflot- te überwachsen kann und die Technik somit in schwierigen Situationen unterstützt. Auf diese Weise könnte beispielsweise aktiv dem Fachkräftemangel begegnet und zugleich die Verlässlichkeit erhöht werden. IESE im Trend Mobilitätswende 2030: DB Regio beauftragt Studie zur öffentlichen Mobilität der Zukunft Um die aktuell geltenden Klimaschutzziele zu errei- chen, ist die Mobilitätswende dringend nötig. Wie die öffentliche Mobilität der Zukunft aussehen kann, hat das Fraunhofer IESE gemeinsam mit dem Fraun- hofer IML in einer Studie im Auftrag der DB Regio AG untersucht. Im Mittelpunkt der Studie stand die Fragestellung, wie ein attraktiver, straßengebundener öffentlicher Personennahverkehr (ÖPNV) zukünftig aussehen könnte. Die Ergebnisse der Studie basieren überwie- gend auf Expertenmeinungen, die in einem Work- shop und in Einzelinterviews erfasst wurden, sowie auf Umfrageergebnissen unter Bürger*innen im ländlichen Raum. Eins wurde besonders deutlich: Es müssen vor allem zwei Dinge umgesetzt werden, damit insbesondere der straßengebundene ÖPNV, also der klassische Bus, zur Mobilitätswende und zum Klimaschutz beitragen kann: Der Bus muss seinen Platz in der Mobilitätsland- schaft finden und die Nutzer*innen müssen bedin- gungslos in den Mittelpunkt aller Überlegungen und Handlungen gestellt werden. Neugierig geworden? Hier geht‘s zur ausführlichen Studie: https://s.fhg.de/mobilitaetswende 27

IESE im Trend Kooperationsprojekt soll Paradigmenwechsel im Safety Engineering bewirken Im Forschungsprojekt ICON »LOPAAS« (Layers of Protection Architecture for Auto- nomous Systems) entwickelt das Fraunhofer IESE gemeinsam mit dem Fraunhofer IKS und der Universität York in England mit dem Assuring Autonomy International Programme (AAIP) eine Vorgehensweise, um autonome Systeme und insbesondere autonome Fahrzeuge abzusichern. Das interne Fraunhofer-Förderprogramm »ICON – International Cooperation and Networking« unterstützt bilaterale Kooperations- projekte mit international herausragenden Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. In den drei Projektjahren stehen 3 Millionen Euro für die Kollaboration zur Verfügung, um den notwendigen Paradigmenwechsel im Safety Engineering autonomer Systeme herbeizuführen. Die Markteinführung von autonomen Systemen und insbesondere die des automatisierten Fahrens birgt viele Herausforderungen. Eine wesentliche Herausforderung besteht darin, die Sicherheit zu gewährleisten, ohne dabei mit so starken Einschränkungen hinsichtlich Geschwin- digkeit und anderer Faktoren zu arbeiten, dass der Mehrwert verschwindet. Genau diese Herausforderung wurde bisher in vielen Prognosen unterschätzt, und auch die Pilotstudien der Automobilhersteller bestätigen die Wahrnehmung der Passagiere, dass autonome Fahrzeuge meist langsam und zögerlich sind. Das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE, das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS und die Universität York forschen seit Jahren an dieser Thematik und treiben den Stand der Wissenschaft und Technik voran. Mithilfe des ICON-Projekts bün- deln die Partner nun ihre Forschungskompetenzen, um eine Referenzsicherheitsarchitektur und -argumentation für automatisiertes Fahren und autonome Systeme zu entwickeln. Dazu gehört insbesondere das »dynamische Risikomanagement«, welches dem Fahrzeug ein besseres »Verständnis« der aktuellen Risiken der Fahrsituation gibt. Das dynamische Risikomanagement berücksichtigt nicht nur externe Einflussfaktoren wie das Fahrverhalten anderer Verkehrs- teilnehmer, sondern auch interne Faktoren wie die Unsicherheiten bei der Wahrnehmung der aktuellen Situation. Die Berücksichtigung von Unsicherheiten in der Sicherheitsarchitektur bietet neue Möglichkeiten, Künstliche Intelligenz (KI) für sicherheitskritische Aufgaben zu nutzen. Sie beschreibt, wie externe und interne Einflussfaktoren verwendet werden können, um Risiken im laufenden Betrieb automatisiert zu bestimmen und zu kontrollieren. Das langfristige Ziel des Projekts ist es, autonomen Fahrzeugen zu ermöglichen, schneller und unbeirrter zu fahren, da sie Risiken sicherer und genauer abschätzen können. Die Ergebnisse des Projekts sollen anschließend für den Technologietransfer in die Standardisierung und Normie- rung einfließen. Vom Lab auf die Straße Automatisiertes Fahren ist ein Paradebeispiel dafür, wie schwierig es sein kann, autonome Systeme in die Praxis zu bringen. Programm-Manager Dr. Rasmus Adler erklärt im Video, welche innovativen Sicher- heitskonzepte das IESE hierfür entwickelt. 29

Entwicklung intelligenter Stromnetze und autonomer Netzsteuerungssysteme Angesichts der Vielzahl künftiger Erzeugungsanlagen und der Abhängigkeit von nicht lenk- baren Einflussfaktoren wie Sonnenschein und Wind wird deutlich: Die Steuerung regenerativer Energiesysteme kann nicht von Menschen übernommen werden. Ihnen fehlt dafür schlichtweg die Übersicht und die Reaktionsgeschwindigkeit. Diese Aufgabe müssen autonome Netzsteue- rungssysteme bzw. Smart Grids (»intelligente Netze«) übernehmen. Der Begriff »intelligentes Stromnetz« beschreibt laut BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz) die kom- munikative Anbindung der Akteure des Energiesystems an das Energieversorgungsnetz – von der Erzeugung über den Transport, die Speicherung und die Verteilung bis hin zum Verbrauch. Im Gegensatz zu lediglich automatisierten Lösungen mit fest eingeprägten Verhaltensregeln sind autonome bzw. intelligente Systeme in der Lage, eigenständig zu handeln – und dabei auch auf unvorhergesehene Situationen reagieren zu können. Das Problem dabei: So nützlich es zum einen ist, autonome Systeme eigenverantwortlich handeln zu lassen, so problematisch ist dieser Faktor zum anderen im Hinblick auf ihre Verlässlichkeit. Es ist schwierig zu garantieren, dass die maschinellen Lernverfahren, die in solchen autonomen Systemen zum Einsatz kommen, immer richtig reagieren. Dieser Herausforderung stellt sich das Fraunhofer IESE und entwickelt verlässliche autonome Systeme, die in Energienetzen eingesetzt werden können und somit die Energiewende vorantreiben. Beiträge des Fraunhofer IESE – eine Projektauswahl In einigen seiner Forschungsprojekte trägt das Fraunhofer IESE aktiv zum Erfolg der Energiewen- de bei: Im Projekt »Open District Hub at Jülich« (ODH@Jülich) arbeitet das IESE gemeinsam mit weiteren Projektpartnern an einem Digitalen Ökosystem zur Energieversorgung in Stadtquar- tieren. Die Energiewende verknüpft die Infrastrukturen der Sektoren Strom und Wärme immer engmaschiger. Damit diese Sektorkopplung in Gebäuden und Quartieren gelingt, braucht es moderne Werkzeuge für die Planung sowie den Betrieb entsprechender technischer Anlagen. In dem Projekt »ODH@Jülich« werden diese Softwarewerkzeuge erstellt, und damit wird die Basis für eine sektorübergreifende Energieversorgung in Quartieren gelegt. Zur Erreichung der Klimaschutzziele muss auch der Energiebedarf für private und öffentliche Mobilität zunehmend aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden. Es ist daher zu erwar- ten, dass die Stromverteilnetze nicht nur durch dezentrale Erzeugungsanlagen, sondern auch durch das Ladeverhalten von Elektrofahrzeugen erheblich belastet werden. Die Erforschung der Auswirkungen von steigender Elektromobilität auf die Verteilnetze und wie man ihnen mithilfe von Digitalen Zwillingen begegnen kann, liegt im Fokus des Forschungsprojekts »MobiGrid«, an dem das Fraunhofer IESE ebenfalls beteiligt ist. Das Ziel des bereits abgeschlossenen Forschungsprojekts »DESIGNETZ« war es, den Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch zu erhöhen und langfristig eine intelligente Energie- versorgung der Zukunft zu schaffen. Konkret unterstützte das Fraunhofer IESE beim Entwurf der verteilten Systemarchitektur der integrierten Daten- und Dienstplattform für Energienetz- management sowie bei der Erhebung von Datenschutzanforderungen und der Entwicklung von Datennutzungskontrollkomponenten für die integrierte Plattform. Am Ende fand eine ganz- heitliche Betrachtung des Energiesystems über alle Akteure und Energieträger hinweg statt: Es entstand eine feinere Steuerung bis hinunter in die Verteilnetze und existierende Insellösungen wurden vereint, um eine ressourceneffiziente Energieversorgung zu ermöglichen. IESE im Trend 31

IESE im Trend »Die Digitalisierung bietet viele Möglichkeiten, um Produktivität und Nachhal- tigkeit landwirtschaftlicher Prozesse zu vereinen.« Agricultural Data Space (ADS). Die drei Themengebiete über- schneiden sich naturgemäß, und das ist auch die Idee hinter COGNAC: Das heißt, wir nehmen uns hier nicht nur einen einzelnen Aspekt vor und erforschen diesen bis in die Tiefe, sondern wir schauen, wie man verschiedene Aspekte der digitalen Landwirtschaft bzw. dieses Digitalen Ökosystems in einem Projekt zusammenbringen kann. Das Zusammenspiel klingt ziemlich komplex. Was sind hier die besonderen Problematiken? Rauch: Die Landwirtschaft ist eine sehr anspruchsvolle Domäne: Es gibt enorm viele unterschiedliche Produktions- prozesse mit Teilprozessen, technischen Systemen, Software- lösungen, Apps und eigenständigen Akteuren. All das muss im Digitalen Ökosystem betrachtet, verbunden und ausbalanciert werden. Daneben gibt es eine dynamische Biosphäre; das heißt, man hat als Produktionsparameter – wenn man das so nennen möchte – eine lebendige Umwelt, mit der man umge- hen muss. Es regnet manchmal, manchmal ist es aber auch trocken, oder es gibt Frost; da muss man immer wieder darauf reagieren. Welche Sorgen haben denn die Landwirt*innen beim Thema Digitalisierung und Smart Farming? Rauch: Natürlich beschäftigen sich die Betriebe mit dem Thema Datenschutz und Datensouveränität. Denn in einem Digitalen Ökosystem ist die gemeinsame Nutzung von Daten notwendig, um Prozesse durchzuführen. Deshalb berücksichtigen wir in unseren Smart-Farming-Projekten auch unsere Lösung »MY DATA Control Technologies« zur Datennutzungskontrolle. Daneben ist eine der größten Herausforderungen von Land- wirt*innen nach wie vor der reibungslose Produktionsablauf, der durch fehlende Interoperabilität entsteht. Bernd Rauch (links) und Dr. Rasmus Adler Und wie kann das IESE dabei helfen, dass im Produktionsprozess nichts schiefgeht? Rauch: Also wie schon gesagt, die Landwirtschaft ist keine Fabrik mit kontrollierbaren Parametern, sondern findet in der Biosphäre statt. Wenn man ein enges Zeitfenster zum Beispiel für eine Ernte hat und die Maschine fährt einfach nicht los, ist das ein großes Problem und die Ernte ist vielleicht verloren. Dabei sind nun alle gefordert, die Lösungen anbieten – sei es Hardware, Software oder auch eine Dienstleistung. Und das ist das, was wir in COGNAC erforschen und wofür wir Lösungen für unsere Industriepartner erarbeiten. Unser Ziel ist es, die Interoperabilität zwischen den beteiligten Systemen zu verbes- sern und dafür zu sorgen, dass die Arbeitsprozesse reibungslos laufen und die Maschine letztlich dann auch zur Ernte losfah- ren kann. Hier geht‘s zum ausführlichen Interview! MORGEN DENKER Podcast Buchtipp Handbook Digital Farming – Digital Transformation for Sustainable Agriculture Hrsg. Prof. Dr. Jörg Dörr, Dr. Matthias Nachtmann (Springer Verlag) 33

IESE im Trend Industrie 4.0: Digitale Zwillinge in der Fertigung Dazu im Interview: Dr. Thomas Kuhn, Division Mana- ger Embedded Systems am Fraunhofer IESE Über zehn Jahre ist es her, dass der Begriff Industrie 4.0 erstmals auf der Hannover Messe 2011 in eine breite, internationale Öffentlichkeit getragen wurde. Seither haben Forschung und Wirtschaft intensiv an der Beantwortung der Frage gearbeitet, wie die dienstbasierte Fertigung flächendeckend Wirklichkeit werden kann. Inzwischen wurden nicht nur die not- wendigen Standards entwickelt; mit der Verwaltungs- schale als Digitalem Zwilling hält die Wissenschaft nun das zentrale Element der Industrie 4.0 bereit. Wie viel Industrie 4.0 hat die industrielle Fertigung bereits erreicht und wie können Unternehmen ihre Produk- tion auf dieses neue Level hieven? Wie weit ist die vierte industrielle Revolution in Deutschland bereits fortgeschritten? Während der vergangenen Jahre hat sich hinsichtlich der Digitalisierung und Vernetzung von Produktionen hierzulande ungemein viel getan. Die notwendige Standardisierung von Industrie-4.0-Lösungen hat insbesondere durch die Arbeiten der Plattform Industrie 4.0 und der Industrial Digital Twin Association e.V. (IDTA) – mit welchen auch das IESE koope- riert – massiv an Fahrt aufgenommen. Damit ist der Weg hin zu einer flächendeckenden digitalen Transformation der Industrie zumindest in der Theorie geebnet. Welches ist derzeit die größte Herausforderung bei der Transformation? Natürlich gibt es nach wie vor noch eine ganze Reihe an Hürden, die die Industrie 4.0 erschweren. So stellt beispielswei- se die Integration von älteren Systemen in den Gesamtkomplex eine gängige Herausforderung dar. Diese müssen zunächst eine gemeinsame »Sprache« sprechen und es bedarf einer ein- heitlichen digitalen Schnittstelle für alle Arten von Assets: von Geräten über Prozesse und Produkte bis hin zur IT-Software und Zertifikaten. All das sieht beispielsweise Eclipse BaSyx vor. Wie funktioniert die Middleware genau? Die Middleware ist im Grunde genommen wie eine Art Baukasten aufgebaut, der jeweils eine Sammlung von wohl- definierten Building Blocks enthält. Diese können zu einer zentralen oder dezentralen Systemarchitektur verknüpft und Dr. Thomas Kuhn, Division Manager Embedded Systems, unter- stützt Unternehmen auf dem Weg zu Industrie 4.0. miteinander integriert werden. Um beispielsweise zunächst den Shopfloor mit dem Officefloor zu verbinden, kann eine netzwerk- und protokollübergreifende Peer-to-Peer-Kommuni- kation zwischen den Produktionsmaschinen und der IT genutzt werden. Letztendlich kann jedes Unternehmen dann selbst auswählen, welche Komponenten es für einen bestimmten Anwendungsfall braucht und diese schließlich einsetzen. Welche Rolle hat dabei die Verwaltungsschale? Um sämtliche Datenmodelle und Protokolle so aufzubereiten, dass sie interoperabel sind, braucht es, wie gesagt, eine ein- heitliche »Sprache«. Genau dafür sieht BaSyx das Prinzip der Verwaltungsschalen vor. Dabei handelt es sich um standardi- sierte Digitale Zwillinge, die in einer einheitlichen Struktur auf- gebaut sind. Jede Verwaltungsschale enthält Teilmodelle, die sowohl den Zustand eines realen Assets virtuell abbilden als auch bei Bedarf Live-Daten über diese zur Verfügung stellen. Der Clou dabei: Die Verwaltungsschalen können nicht nur an andere Unternehmen weitergegeben werden; der Standard ist vor allem offen und jederzeit einsehbar. Wie unterstützt das IESE die Unternehmen? Zunächst untersuchen wir die jeweiligen Fertigungsprozesse sehr umfassend und entwickeln auf dieser Basis gemeinsam mit den Unternehmen eine Strategie, wie sie am besten von Industrie 4.0 profitieren können. Aktuell arbeiten wir mit verschiedensten Firmen im Rahmen sogenannter Satelliten- projekte zusammen. Dazu gehören Unternehmen aus der Automotive-Industrie und der Pharmabranche bis hin zu solchen aus dem Software-Umfeld. Gemeinsam identifizieren wir den individuellen Anwendungsfall von Industrie 4.0 und bringen die dienstbasierte Fertigung schließlich in die prakti- sche Umsetzung. Hier geht‘s zum Production Podcast! MORGEN DENKER 35

den Zeitpunkt so zu wählen, dass die Stillstandzeit so gering wie möglich ist, aber so viele Werkzeuge wie möglich gewech- selt werden. Nun laufen viele verschiedene Daten und Parameter der Maschinen und Werkzeuge in eine digitale Datenbank, die ein errechnetes »Wechselfenster« vorgibt. Das heißt zum Beispiel, von 11 bis 11:30 Uhr sind von den 50 Werkzeugen 22 Werk- zeuge wechselbereit. Das ist vergleichbar mit einem Pitstop bei der Formel 1. Auf der Basis der Daten, die wir aus diesem Werkzeugwechselsystem erhalten, kann unser Werkzeug- wechsler genau erkennen, wann welches Werkzeug bereit- gestellt werden muss, um es zum richtigen Zeitpunkt an der richtigen Maschine wechseln zu können. Zusammengefasst – welcher Mehrwert entsteht für Sie? Die neue Lösung verschafft uns einen Riesenvorteil, denn wir haben keine Such- oder Stillstandzeiten mehr, was eine enorme Zeitersparnis und Produktivitätsoptimierung darstellt. Durch das neue System haben wir ein einfaches Rezept für den optimalen Werkzeugwechsel erhalten. Was sind zukünftige Industrie-4.0-Pläne bei Ellenberger? Der nächste Schritt ist die Digitalisierung unserer Werkzeug- maschinen selbst. Damit meine ich Digitale Zwillinge und Verwaltungsschalen – also Möglichkeiten, über BaSyx Dinge in der digitalen Welt zu kreieren, um die reale Welt besser zu verstehen. Dadurch können wir unsere Abläufe noch weiter verbessern. Oder es wäre auch denkbar, dass wir mit digitalen Assistenz- systemen die Mitarbeitenden bei Instandhaltungsaufgaben unterstützen: Mit aktuellen Wartungsvideos oder Dokumen- tationen könnte man über eine digitale Brille oder das Handy angeleitet werden. Meine Vision ist, dass wir mit dem IESE einen standardisierten Anschluss entwickeln, der für jedes mittelständische Unterneh- men – ob Zerspaner oder Bäckerei – einsetzbar ist. Den man sozusagen in eine alte Maschine einstecken kann und dann direkt Zugriff auf die neue, digitale Technik hat. So wie ich das verstanden habe, könnte BaSyx hierfür die Lösung bringen. IESE im Trend »Die Mitarbeitenden sind das Wertvollste eines jeden Unternehmens. Daher sollten wir sie mithilfe von digitalen Tools optimal unterstützen.« Kai Ellenberger, Geschäftsführer der Ellenberger GmbH & Co. KG aus Kaiserslautern Als Tipp zum Abschluss – was raten Sie Ihren Kolleg*innen aus dem Mittelstand in Richtung Digitalisierung? Da gibt es gar keine Diskussion von meiner Seite. Der Zug ist eigentlich schon vorbeigefahren. Jeder, der sich jetzt noch überlegt, soll ich es überhaupt machen oder nicht, ist meiner Meinung nach genauso wie dieser Mann, der irgendwann mal gesagt hatte: »Das Internet? Das setzt sich sowieso nicht durch.« Die Digitalisierung in der Fertigung hat nur Vorteile, wenn man es richtig macht. Es darf nicht digitalisiert werden des Digitali- sierens wegen. Man sollte schon ein Ziel vor Augen haben, was man mit der Digitalisierung erreichen möchte. Jeder, der in der gleichen Branche wie wir unterwegs ist, sollte wirklich an die Digitalisierung denken – und das in jedem Bereich. Wir haben jetzt nur über die Fertigung und die Produktion gesprochen. Aber auch Themen wie Mitarbeiterverwaltung, Personalmatrix, Schulungen bieten viel Potenzial für digitale Lösungen. Hier geht‘s zum ausführlichen Interview! MORGEN DENKER 37

» Wir halten mit unserer Metaplattform im Hintergrund die Fäden zusammen und ermöglichen den Austausch.« können mit eingebunden werden. So wird eine digitale Projekthierarchie abgebildet, die der realen Situation auf der Baustelle ent- spricht. Jede Person hat dabei einen eigenen Account, über den sie mit anderen Akteuren in Interaktion treten kann. Der Informations- austausch ist so klar strukturiert und bleibt nachvollziehbar. »Wichtig war und ist uns, dass das Benutzen unserer Plattform für die Beteiligten keinen zusätzlichen Aufwand bedeutet und es keine Hürden in der Anwendung gibt«, betont Feth. »Wir wollen auch gar nicht mit bereits bestehenden Lösungen in Konkurrenz treten. Ganz im Gegenteil: Alle Beteiligten interagie- ren weiterhin mit ihren gewohnten Tools. Wir halten mit unserer Metaplattform im Hinter- grund die Fäden zusammen und ermöglichen den Austausch.« Bereits angebunden wurden beispielsweise bekannte Baustellen-Tools wie die BIM-Software »Revit« oder die Projektma- nagementlösung »Powerproject«. Mit »LCM Digital«, »Cranebee«, »Digitale Baustelle« und »Smart Site One« sind auch einige Anwendun- gen von Konsortialpartnern in die Plattform integriert. Durch die Plattform können Daten nicht nur ausgetauscht, sondern darüber hinaus mithilfe von Methoden der Künstlichen Intelligenz auch geschickt weiterverwendet werden, erklärt Feth: »Wenn es derzeit auf dem Bau zu ungeplanten Änderungen im Ablauf kommt, müssen Planer*innen weitestgehend manuell mit diesem Problem umgehen. Unsere Platt- form dagegen kann auf Basis der gesammel- ten Daten fundierte Entscheidungsvorschläge liefern, die hinsichtlich Parametern wie Kosten und Zeit optimiert sind, und so den Planer*in- nen eine wertvolle Hilfestellung geben.« Kommunikationsplattform mit Potenzial Das Projekt Infra-Bau 4.0 startete im Sommer 2020 und konzentrierte sich auf die Phase der Bauausführung. In einem ersten Schritt wurden mithilfe von realistischen Fallbeispielen die Anforderungen an die Plattform erhoben. Es folgte die technische Konzeption und das Ausdetaillieren der Plattform, bevor dann anschließend mit der tatsächlichen Umsetzung begonnen wurde. Zuletzt fand eine erste grobe Evaluierung der Funktionalitäten durch die Projektpartner sowie eine Abschlussveran- staltung statt. Mit dem Jahreswechsel endete das Projekt offiziell. Denis Feth ist mit dem bisher Erreichten sehr zufrieden: »Wir haben innerhalb von einein- halb Jahren enorm viel auf die Beine gestellt und konnten zeigen, dass unsere Kommuni- kationsplattform technisch umsetzbar und vielfältig einsetzbar ist.« Beim Fraunhofer IESE ist Denis Feth technisch- wissenschaftlicher Leiter des Projekts Infra-Bau 4.0. 39

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IESE im Trend BaSys-Vernetzungstreffen: Erfolgsreihe in Berlin fortgesetzt Im Fraunhofer-Forum Berlin tauschten sich Mitte Mai 2022 Ver- treter*innen aus Wissenschaft & Wirtschaft über ihre Erfah- rungen rund um die BaSys-Satellitenprojekte und den Umgang mit der Middleware Eclipse BaSyx aus. Bereits im Herbst 2021 wurde das hybride Format vom Fraunhofer IESE eingeführt und kam bei den projektbeteiligten Unternehmen sehr gut an. Daher wurde die Workshopreihe in diesem Jahr fortgesetzt – ca. 120 Teilnehmende waren virtuell oder in Präsenz bei dem Erfahrungsaustausch dabei. Bei dem dreitägigen Workshop stellten die BaSys-Projektpart- ner die aktuellen Entwicklungen aus den Kernprojekten BaSys 4.2, BaSys überProd sowie aus den Satellitenprojekten vor und diskutierten über die bisherigen Ergebnisse. Besonders span- nend waren dabei die Erfahrungen, die bei der Umsetzung von Demonstratoren, der Verwaltungsschale und den Kundenlösun- gen mit Eclipse BaSyx gemacht wurden. Die Teilnehmenden ver- ließen die Veranstaltungen mit zahlreichen Ideen, Anregungen und Visionen im Gepäck, die sie in ihre praktischen Anwendun- gen einfließen lassen können. Zum Hintergrund: Im Kontext des Forschungsprojekts BaSys 4.2 gibt es über 20 Anwendungsprojekte, sogenannte Satelli- ten, die spezifische Anwendungen aus dem Industrie-4.0-Um- feld umsetzen. Ziel der BaSys-Forschungsreihe ist es, Lösungen zu entwickeln, die den Wandel hin zur digitalisierten, flexiblen Industrie-4.0-Produktion ermöglichen. Dabei wurden von den Projektteams – auch unter Mitwirkung des Fraunhofer IESE – zahlreiche Verwaltungsschalen realisiert, um ganz unterschied- liche Nutzungskontexte zu digitalisieren. Die Verwaltungsschale als standardisierter Digitaler Zwilling erstellt digitale Abbilder von Produkten, Geräten, Services und anderen Assets in der Produktion. Unsere Expert*innen sind mit ihren Themen und Projekten jetzt wieder unterwegs. hub.berlin 2022 Auch beim »Business-Festival für digitale Gestal- ter und Macher«, der hub in Berlin, war das Fraun- hofer IESE vom 22. bis 23. Juni 2022 mit von der Partie. In ihrem Vortrag nahmen Abteilungskeiter Dr. Marcus Trapp und Senior Requirements Engi- neer Matthias Koch ihr Publikum mit auf eine Reise in die Welt der Digitalen Ökosysteme und der Plattformen. Sie ermunterten die Zuhörer- schaft dazu, sich mit dem Thema und den Chan- cen zu befassen und sich gleichzeitig bewusst zu machen, dass hier viel Geduld und Mut gefragt ist. Im Rahmen der Cube Class am Fraunhofer-Stand zeigten die beiden IESE-Wissenschaftler in ihrem Vortrag, wie Digitale Ökosysteme anhand von Playmobil® greifbar gemacht werden – und zwar mit der Methode »Tangible Ecosystem Design«. E-World energy & water Auf der E-World 2022 in Essen präsentierte das Fraunhofer IESE vom 21. bis 23. Juni 2022 »Smart Energy Ecosystems with Digital Twins«. Die Expert*innen zeigten ein Digitales Ökosystem auf- bauend auf Digitalen Zwillingen eines Quartiers und wie dadurch sektorengekoppeltes Energie- management von Quartieren möglich wird. 43

C O M I N G S O O N ! Summercamp des Fraunhofer- Netzwerks »Wissenschaft, Kunst und Design« Zwischen dem 28. August und dem 2. September 2022 richten die beiden Fraunhofer-Institute IESE und ITWM in Kaiserslau- tern ein kreatives Bootcamp der besonderen Art aus: Bundes- weit können sich Studierende der Fachbereiche Design, Bauin- genieurwesen, Architektur und ähnlicher Studiengänge für das 3. Summercamp des Fraunhofer-Netzwerks WKD (Wissen- schaft, Kunst und Design) bewerben. In drei kleinen Teams werden sie dann zusammen mit Fraunhofer-Forschenden inten- siv ein Thema bearbeiten – in diesem Jahr steht alles unter dem Motto »Innovative Nutzung regionaler Ressourcen«. Der Summercamp-Standort Kaiserslautern bietet den Teilneh- menden zwei spannende Inspirationsquellen: einerseits die Wiederbelebung alter Industrieflächen auf dem ehemaligen Pfaff-Gelände im Stadtzentrum und andererseits die natürliche Gewinnung und traditionelle Verarbeitung von Sandstein im wildromantischen Schweinstal. Für das zukünftige Wohnquar- tier auf dem ehemaligen Pfaff-Gelände wird das Team »LEBEN« mit Unterstützung der IESE-Expert*innen an der Konzeption und Umsetzung einer zentralen Begegnungsstätte für den Außenraum arbeiten. Dieser Ort wird als Ankerpunkt dienen, um analoge und virtuelle Community-Building-Formate zu vereinen. Nach dem einwöchigen Workshop werden die Arbeiten der Teams vor einer Fachjury des Netzwerks präsentiert und von dieser prämiert. Studierende aus den Bereichen Stadtentwicklung, Architektur oder Landschaftsarchitektur, aber auch UX- oder Kommunikati- onsdesign sind für das IESE-Team erste Adressaten, um gemein- sam mit den IESE-Forschenden ein interaktives Konzept zu ent- wickeln. Dabei können sie spannende Einblicke in die Projekte und die Arbeit am Fraunhofer IESE gewinnen und ihre beruf- lichen Perspektiven in der Forschung kennenlernen. IESE im Trend Upcoming IESE-Events 13.09.-15.09.2022 7. Internationales Commercial Vehicle Technology Symposium – Kaiserslautern 29.09.2022 Abschlussveranstaltung COGNAC – Dresden 18.10.-20.10.2022 Smart Country Convention – Berlin WEITERE INFOS ZU ALLEN IESE-EVENTS iese.fhg.de/de/veranstaltungen_messen.html 45

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Projekte »MY DATA Control Technologies des Fraunhofer IESE ist eine effiziente und flexible Lösung – perfekt, um Daten- souveränität in einer digitalen Platt- form wie dem Data Intelligence Hub praktisch umzusetzen. Wir freuen uns auf die weitere Zusammenarbeit.« Sebastian Wiemann, Product Manager, Portfolio Unit IoT, Deutsche Telekom AG gewahrt. Der IDS Connector ermöglicht die Einbindung sogenannter »Data Apps«, die inhaltlich in den Datenfluss eingreifen können. Hierbei kann MY DATA Control Technologies sein volles Potenzial entfalten. Bei MY DATA Control Technologies handelt es sich um ein mächtiges Framework für die Kontrolle von Datennutzungen mittels des Eingriffs in Datenflüsse. Es beruht auf offenen Standards wie der ODRL-Sprache. Das Fraunhofer IESE hat eine »MY DATA«- Data-App für den IDS Connector entwickelt, welche Datenmodifikationen zur Erhaltung der Datenhoheit umsetzen kann, z.B. die Anony- misierung oder Löschung sensibler Informa- tionen. Zudem können nun Daten temporär freigegeben werden, ohne die Kontrolle dar- über zu verlieren. Mittels der durch MY DATA Control Technologies realisierten Datensou- veränität wird der nächste Schritt in Richtung einer selbstbestimmten Zukunft im Rahmen der digitalen Transformation möglich. Mit dem Data Intelligence Hub in Kombination mit MY DATA Control Technologies hat das Fraunhofer IESE einen wesentlichen Aspekt zur informationellen Selbstbestimmung und Transparenz in der Datenökonomie beige- tragen. Zusammen ermöglichen die beiden Technologien eine digitale Souveränität in datengetriebenen Geschäftsmodellen. STEHEN SIE VOR EINER ÄHNLICHEN HERAUSFORDERUNG? Sprechen Sie uns an! Unsere IESE-Expert*innen unterstützen Sie gerne. Mit MY DATA Control Techno- logies des Fraunhofer IESE bietet die Deutsche Telekom den Akteuren des digitalen Datenmarktplatzes Souveräni- tät ihrer Daten. 49

Projekte Im ersten Schritt ging es darum, ein gemein- sames Verständnis für die BaSys-Welt auf- zubauen und auch den Ist-Stand der vor- handenen Softwaresysteme und -prozesse beim Unternehmen besser kennen zu lernen. Darauf aufbauend konnten konkrete Anfor- derungen erhoben werden, die im Laufe des Projekts umgesetzt wurden. Die Projekt- partner arbeiteten in jedem Schritt – von der Datenbestandsaufnahme und -modellierung über die Architekturdokumentation bis hin zur Implementierung und Integration des entstan- denen Systems – eng zusammen. Für den Austausch der Kalibrierdaten der HÄFNER Präzisionsgewichte entwickelte das Projektteam eine Plattform, die bereits als Prototyp vorliegt. Die Systemmodernisierung bei HÄFNER Präzisionsteile Oberrot wird auch in den nächsten Jahren noch weiter aktiv vorangetrieben. Schaffung einer Plattform zum unternehmensübergreifenden Datenaustausch Neben der Qualität von gefertigten Bauteilen können mit dem entstandenen Kundenportal ebenfalls ergänzende Informationen aus der Produktion bereitgestellt werden. Das stellt ein Differenzierungsmerkmal zu anderen Unternehmen am Markt dar. Außerdem kann auf den Ergebnissen des Projekts weiter auf- gebaut werden, um eine erweiterte Service- Plattform für den Kunden zu erstellen. Die Arbeiten daran werden im Rahmen des Folge- projekts »BaSys4ServiceNet« fortgeführt. In dem neuen Projekt wird der Fokus ins- besondere auf der Wandlungsfähigkeit des Systems liegen und es wird auch die Frage beantworten, inwiefern BaSys neue digitale Geschäftsmodelle für HÄFNER Präzisionsteile Oberrot ermöglicht. »Durch die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IESE haben wir für unser Unter- nehmen einen sehr wichtigen Meilenstein im Rahmen unserer Digitalisierungsstrategie erfolgreich abgeschlossen. Die hervorragende Expertise und das exzellente Projektmanage- ment des Fraunhofer IESE haben das Projekt auf ein sehr professionelles Niveau gehoben.« Martin Häfner, Geschäftsführer HÄFNER Präzisionsteile Oberrot GmbH STEHEN SIE VOR EINER ÄHNLICHEN HERAUSFORDERUNG? Sprechen Sie uns an! Unsere IESE-Expert*innen unterstützen Sie gerne. Sartorius Lab Instruments GmbH & Co. KG Das Fraunhofer IESE unterstützt die Sartorius Lab Instruments GmbH & Co. KG bei der Gestaltung und beim Aufbau einer modularen und flexiblen Produktion. Der Sartorius-Konzern ist ein international führender Partner der biopharmazeutischen Industrie und Forschung, der dazu beiträgt, dass biopharma- zeutische Medikamente und Impfstoffe sicher und effizient entwickelt und hergestellt werden. Als innovatives Unterneh- men mit einer breiten Produktpalette erkannte Sartorius früh die Chancen, die eine modulare und flexible Produktion bietet. In enger Kooperation mit dem Fraunhofer IESE wird eine moderne Systemarchitektur mit Digitalen Zwillingen ent- wickelt und die Modellbildung des Digitalen Zwillings als Verwaltungsschalen durchgeführt. Zusätzlich unterstützt das Fraunhofer IESE in Fragen rund um das Software Engineering des entstehenden Industrie-4.0-Systems. Durch den Einsatz der am Fraunhofer IESE entwickelten Industrie-4.0-Lösung Eclipse BaSyx war es möglich, schnelle Erfolge zu erzielen und eine modulare, versionierte und flexible Fertigung in einer effizien- ten und standardisierten Herangehensweise zu entwickeln. Als Resultat wird zusammen mit dem Fraunhofer IESE eine neuartige Lösung für die Adressierung von flexiblen Produk- tionsanforderungen und einer ständig wachsenden Anzahl von Varianten geschaffen. 51

Projekte »Die Kooperation mit dem Fraunhofer IESE hilft uns immer wieder, neue Trends und Themen für die Verbesserung unserer Engi- neering-Prozesse zu identifizieren und einen Blick auf aktuelle Entwicklungen im Bereich der angewandten Forschung zu werfen. Der experimentelle Ansatz des IESE unterstützt uns dabei, neue Ansätze schnell in Bezug auf ihren Nutzen für Bosch CC zu bewerten und für uns anzupassen.« Peter Fröhlich, Leiter Engineering Methods Tools and Licenses, Chassis Systems Control (CC), Robert Bosch GmbH Aktuell beschäftigen sich das Fraunhofer IESE und Bosch CC mit dem Einfluss der digitalen Transformation auf den Entwicklungspro- zess und wie im Prozess gewonnene Daten nutzbar gemacht werden können (z.B. durch Verfahren der Künstlichen Intelligenz), um die Effizienz des Prozesses zu erhöhen und den Prozess im Unternehmen besser zu vermitteln. STEHEN SIE VOR EINER ÄHNLICHEN HERAUSFORDERUNG? Sprechen Sie uns an! Unsere IESE-Expert*innen unterstützen Sie gerne. 53 Konkrete Ergebnisse aus der vergangenen Zusammenarbeit beinhalten beispielsweise: Sammlung agiler Wissensbausteine und deren Einfluss auf Unternehmensziele Pocket Guide agiler Praktiken und Metho- den zur Wissensvermittlung Übersicht agiler Skalierungsansätze sowie deren Vor- und Nachteile Agile Reifegradmodelle zur Selbsteinschät- zung von Entwicklungsprojekten Ausgestaltung der Rolle »agiler Testmanager« Übersicht von Wissenstransferkon- zepten und deren Einordnung in ein Lernkontinuum Wissenstransferkonzepte für die Vermitt- lung von »Continuous Integration« Konzepte für das Management und den Lifecycle großer Datenmengen im Entwick- lungsprozess (Data Management)

Hitachi Die Kooperation zwischen Hitachi Ltd. und dem Fraunhofer IESE adressierte die Forschungsfrage, wie die am IESE entwickelten Laufzeitabsiche- rungsmethoden zur dynamischen Risikobewer- tung und für bedingte Sicherheitszertifikate ein- gesetzt werden können, um die Effizienz und Flexibilität von autonomen mobilen Robotern in Smart-Logistik-Anwendungen zu steigern. Dabei wurde zunächst systematisch die Dynamik und Variabilität des Logistik-Use-Cases hinsichtlich Risiken und Systemfähigkeiten analysiert und in Modelle überführt. Diese Modelle können von Laufzeitmonitoren dazu genutzt werden, die Variabilitäten vollautomatisiert aufzulösen und somit einen Effizienzgewinn gegenüber klassi- schen Safety-Mechanismen zu erreichen, die typi- scherweise auf Worst-Case-Annahmen zu Risiken und Fähigkeiten ausgelegt sind. Das Gesamtkon- zept bestehend aus modellbasierter Safety-Engi- neering-Methode und passenden Laufzeitkom- ponenten wurde in einer Simulationsumgebung exemplarisch evaluiert. Im Ergebnis hat sich gezeigt, dass die Geschwindigkeit der Roboter und damit die Effizienz mit dynamischen Sicher- heitsmechanismen im Mittel erhöht werden kann. Projekte integrierte Lösungen anbieten zu können. Der Geschäfts- bereich Building Products von Siemens arbeitet dazu eng mit dem Fraunhofer IESE zusammen. Zur Exploration verschiedenster Gestaltungs- möglichkeiten eines Digita- len Ökosystems für Smart Buildings kam die Fraunhofer Ecosystem-Shaping-Methode zum Einsatz. Dabei wurden geschäftliche, technische und vertragliche Aspekte betrachtet sowie deren Quer- beziehungen identifiziert. Auf dieser soliden Grundlage arbeiten das Fraunhofer IESE und Siemens gemeinsam an der Ausgestaltung und dem Aufbau dieses Digitalen Öko- systems und an der Einpas- sung in die Plattformland- schaft von Siemens. Siemens Schweiz Die Siemens Schweiz AG, Sparte Smart Infrastruc- ture, ist ein globaler Anbieter von nachhaltiger Infrastruk- tur und deckt die gesamte Wertschöpfungskette in den Bereichen Gebäude und Elek- trifizierung ab. Dazu verbindet Smart Infrastructure die reale mit der digitalen Welt über Energiesysteme, Gebäude und Industrien hinweg. Dabei folgt Smart Infrastructure der Siemens-Philosophie, in ganz- heitlichen Ökosystemen zu denken und etabliert deshalb Digitale Ökosysteme, um Part- ner und Kunden optimal zu vernetzen und bestmöglich Rambus MBCC Group Die MBCC Group aus Mannheim ist einer der weltweit führenden Anbieter von bauchemischen Produkten und Lösungen. Zu den Hauptmarken gehören Master Builders Solutions, PCI, Thermotek, Wolman, Fire Protectors, Color- biotics, Watson Bowman Acme, TPH Bausysteme, Bluey Technologies und Nautec. Die MBCC Group beschäftigt weltweit rund 7.500 Mitarbeitende an Betriebsstätten in mehr als 60 Ländern. Der globale Hauptsitz in Mannheim beherbergt mehrere globale Funktionen, zu denen auch die Global IT Security zählt. Zur Umsetzung einer ganz- heitlichen IT-Sicherheitsstrategie und Überprüfung einzel- ner Einheiten und Einrichtungen beauftragte die Global IT Security der Gruppe das Fraunhofer IESE mit IT-Sicherheits- audits und Penetrationstests. Nach ersten Projekten 2021 wurden im Jahr 2022 weitere Vorhaben gestartet, um die Global IT Security der MBCC Group mit Expert*innen des Fraunhofer IESE tatkräftig zu unterstützen. DRAMSys4.0 ist ein schnelles und flexibles Open-Source Simula- tions-Framework für Dynamic Random Access Memory (DRAM). Das Framework wird zusammen mit der Technischen Universität Kaiserslautern (Lehrstuhl Entwurf Mikroelektronischer Syste- me) und dem Fraunhofer IESE entwickelt. Als Technologiefüh- rer im Bereich von Speichersystemen versteht und schätzt das amerikanische Technologieunternehmen Rambus die kritische Bedeutung der Verwendung von virtuellen Prototypen und Modellen zur Entwicklung von Innovationen und lizensierte das Fraunhofer-Framework für seine internen Forschungsvorhaben im Bereich Speichersysteme. Rambus erhält Zugang zum Forschungszweig des DRAMSys- Tools, das die Simulation modernster Speichertechnologie ermöglicht. Für die akademischen Partner liefert die Zusammen- arbeit mit Rambus wertvolles Feedback zu den Marktbedürfnis- sen und führt damit zu einer weiteren Verbesserung der DRAM- Sys-Infrastruktur im Hinblick auf eine breitere Anwendbarkeit in der Industrie. Das europäische Forschungsnetzwerk HiPEAC zeichnete 2021 das DRAMSys-Team um Dr. Matthias Jung für ihre Arbeit an DRAMSys4.0 sowie den ausgehenden Technolo- gietransfer mit dem prestigeträchtigen Tech Transfer Award aus. 55

ReCo Im Rahmen des ReCo-För- derprogramms (Resilienz von Weiterbildungsprogrammen stärken, fördern und die Folgen der Corona-Krise meis- tern) erweitert das Fraunhofer IESE ein Tagesseminar zum Thema SafeAI zu einer vier- tägigen zertifizierten Vertie- fungsschulung »Data Scien- tist specialized in Assuring Safety«, um das bestehende Schulungsangebot der Fraun- hofer Academy im Bereich des erfolgreichen, von uns mitgestalteten, Data-Scien- tist-Programms zu ergänzen. Das Thema Künstliche Intel- ligenz (KI) in sicherheitskriti- schen Anwendungen stößt in der Praxis auf wachsen- des Interesse, welches sich in den kommenden Jahren voraussichtlich noch weiter erhöhen wird. Die Schulung bietet Interessierten einen Überblick über den Stand der Technik an der Schnittstelle zwischen funktionaler Sicher- heit (Safety) und KI, inklusi- ve relevanter Normen und Normungsinitiativen. Zudem schafft sie ein Bewusstsein für die Herausforderungen beim Einsatz von KI in sicherheitskri- tischen Lösungen, indem typi- sche Problemstellungen aus diesem Spannungsfeld aufge- zeigt werden. Teilnehmende lernen mögliche Strategien für den sicheren Einsatz von KI- Lösungen kennen und erpro- ben eine Auswahl von Ansät- zen, die ihnen dabei helfen, konkrete Herausforderungen zu adressieren und maßge- schneiderte Safety-Konzepte abzuleiten. Die sowohl online als auch hybrid durchführbare Schulung enthält einen hohen Anteil an Übungen und Inter- aktion, um die Inhalte praxis- nah zu vermitteln und den Transfer in den beruflichen Alltag zu fördern. Am IESE kreativ in Projekten arbeiten! Fraunhofer SOC Die Umsetzung, Überwachung und Bewer- tung einer ganzheitlichen IT-Sicherheitsstrate- gie der 76 Fraunhofer-Institute erfolgt durch die zentrale Informationssicherheitskoordina- tion. Bereits seit 2002 ist das Fraunhofer IESE für diese zentrale Stelle tätig. Abgesehen von der regelmäßigen Durchführung von IT-Sicher- heitsüberprüfungen und Beratungsleistungen begleitet das Institut auch die Einführung und Bewertung des Informationssicherheitsma- nagementsystems (ISMS). Das Fraunhofer IESE nahm die Aktivitäten im verteilten Security Operation Center (SOC) der Fraunhofer- Gesellschaft im Jahr 2021 auf. Im sogenannten Red Team zählt zu den typischen Aufgaben die proaktive Schwachstellenerkennung und -ver- folgung zu seinen Kerntätigkeiten. 57

Projekte SATURN Mit der Entwicklung und Etablierung eines Smarten Arztportals für Patienten mit unklarer Erkrankung (SATURN) wird die Diagnosestellung bei Patient*in- nen basierend auf Künstlicher Intelligenz (KI) unterstützt sowie eine nachvollzieh- bare und transparente Verdachtsdiagno- se geliefert. Dabei kommen verschiedene KI-Ansätze zum Einsatz, die auf Experten- wissen oder klinischen Falldaten beruhen. Die Diagnoseunterstützung mittels regel- basierter Ansätze fußt auf medizinischer Expertise, welche durch Expert*innen aus verfügbaren Wissensquellen wie Leit- linien und Fachliteratur extrahiert wird. KI-Expert*innen des Fraunhofer IESE entwickeln zu diesem Wissen dann regel- basierte Modelle. Im Unterschied dazu verwendet die Diagnoseunterstützung mittels Maschinellem Lernen und mittels »Case-based Reasoning« reale klinische Falldaten der Universitätskliniken unter Berücksichtigung von Daten- und Patien- tenschutz. Die Herausforderung besteht hier in der teilweise geringen Datenmen- ge. Deshalb werden auch hybride Ansät- ze untersucht, bei denen Modelle sowohl auf Grundlage von Expertise als auch auf Grundlage von Daten entwickelt und weiterentwickelt werden. Ein besonde- res Augenmerk liegt bei allen entwickel- ten Verfahren auf der Transparenz und Nachvollziehbarkeit für die Nutzer. Des- halb werden Ansätze aus dem Bereich der Erklärbaren KI (Explainable AI) und der Unsicherheitsbewertung zum Einsatz kommen. Ziel ist es, das Vertrauen der Nutzer*innen in die KI-basierte Lösung zu stärken. Wenn die Verdachtsdiagno- se auf eine seltene Erkrankung hinweist, ermöglicht SATURN die Weiterleitung an Expert*innen der Universitätsmedi- zin. Mithilfe leitlinienorientierter Ver- sorgungsstandards werden für häufige Erkrankungen spezifische Handlungs- empfehlungen gegeben. TrUSD Die wachsende Digitalisierung in der Arbeitswelt eröffnet Unternehmen die Möglichkeit, umfangreiche Daten zu ver- schiedenen Arbeitsprozessen zu erheben und auszuwerten. Diese Entwicklung bildet einerseits die Grundlage für Prozess- optimierungen, andererseits stellt sie Unternehmen vor neue Herausforderungen im Hinblick auf Beschäftigtendatenschutz und Datensicherheit. Insbesondere wenn personenbezogene Daten im Unternehmen erhoben, transferiert, gespeichert und ausgewertet werden, birgt dies die Gefahr einer unzulässigen Überwachung und tangiert Fragen der informationellen Selbst- bestimmung von Arbeitnehmenden beziehungsweise der damit verbundenen gesetzlichen Regelungen (z. B. Europäische Daten- schutzgrundverordnung). Aktuell haben Arbeitnehmende in der Regel jedoch weder das Wissen noch die Möglichkeit, die erho- benen Daten, deren Verarbeitung und die damit verbundenen Konsequenzen für ihre Privatsphäre zu verstehen (Transparenz), geschweige denn zu kontrollieren (Selbstbestimmung). Im Projekt »TrUSD – Transparente und selbstbestimm- te Ausgestaltung der Datennutzung im Unternehmen« wurde daher ein praxistauglicher und rechtskonformer Ansatz für den technologiegestützten Beschäftigtendatenschutz ent- wickelt: Durch sogenannte Privacy Dashboards werden Unter- nehmen in die Lage versetzt, für ihre Arbeitnehmenden sowohl Transparenz über betriebliche Datenverarbeitungsvorgänge als auch Selbstbestimmungsmöglichkeiten hinsichtlich der Datenverarbeitung zu schaffen. Zudem werden Unternehmen durch ein in TrUSD entwickeltes partizipatives Vorgehensmodell unterstützt. Somit können sie die organisationsweite Vertrau- ens- und Arbeitskultur stärken und gleichzeitig von geschäfts- fördernden Analysen mit von Arbeitnehmenden selbstbestimmt freigegebenen personenbezogenen Daten profitieren. Mit dem Vorhaben wird eine Brücke zwischen den Potenzialen einer umfänglichen Datenanalyse in Organisationen und dem Recht auf Privatheit der Beschäftigten geschlagen. Die Anforderun- gen von Arbeitnehmenden, Arbeitnehmervertreter*innen (z. B. Betriebsrat, Personalrat, Gewerkschaften) und Arbeitgeber*in- nen bezüglich der Privatheit der Arbeitnehmenden werden besser in Einklang gebracht werden, sodass ein fairer Interes- senausgleich entsteht. 59

IESE im Überblick Über das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern ist seit mehr als 25 Jahren eine der führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet des Software- und Systems-Engineerings sowie des Innovation Engineerings. Mit seiner ange- wandten Forschung entwickelt das Institut innovative Lösungen zur Gestaltung verläss- licher Digitaler Ökosysteme und beschleunigt damit den wirtschaftlichen und gesellschaft- lichen Erfolg für seine Kunden. Das Fraunhofer IESE unterstützt bei der Bewältigung von Herausforderungen in viel- fältigen Anwendungsfeldern, mit besonderen Kompetenzen in »Automotive & Mobility«, »Production«, »Digital Business«, »Smart City & Smart Region« sowie »Smart Farming« und »Digital Healthcare«. In über 2.000 Kunden- projekten hat das Institut Spitzenforschung in nachhaltige Unternehmenspraktiken und innovative Produkte transferiert, wobei aktuell der Fokus auf den Themen »Digitale Ökosys- teme«, »Dependable AI«, »Digitaler Zwilling / Virtual Engineering« und »Systemmodernisie- rung« liegt. Das Fraunhofer IESE ist eines von 76 Instituten und Einrichtungen der Fraunhofer-Gesell- schaft. Zusammen gestalten sie die ange- wandte Forschung in Europa und weltweit wesentlich mit und tragen zur internationalen Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands bei. Alles unter einem Dach – mit Software-, Systems- und Innovation-Engineering treibt das IESE die digitale Transformation in sämtlichen Anwendungsbereichen voran! 63

Digital Business Der Schlüssel zur Lösung vieler Probleme und zur Optimie- rung bestehender Strukturen liegt in der querschnittlichen Vernetzung von Wertschöpfungsketten in Digitalen Ökosys- temen. Erst hierdurch werden Informationen in einer Menge, Geschwindigkeit und Qualität verfügbar, die neue Geschäfts- modelle, aber auch Problemlösungen ermöglichen. Digitale Ökosysteme und Plattformökonomie werden in vielfältiger Form jede Branche verändern. Platform Business unterscheidet sich signifikant von traditionellem Geschäft und erfordert es gegebenenfalls, die eigene Positionierung und das eigene Geschäftsmodell komplett neu zu denken. Deshalb hat das Fraunhofer IESE Methoden entwickelt, die Unternehmen maßgeschneiderte Lösungen liefern und sie auf dem Weg von der Geschäftsidee bis zur Umsetzung im Kon- text bestehender Systeme unterstützen. Smart City & Smart Region Die Digitalisierung im ländlichen Raum und in den Städten ist wichtig, um auch in diesen Lebensbereichen von den Möglich- keiten vernetzter Daten und Dienste zu profitieren. Digitale Plattformen ermöglichen es, Dienste für Millionen von Bür- ger*innen einfach und schnell zugreifbar zu machen. Die am Fraunhofer IESE entwickelte »Digitale-Dörfer-Platt- form« zeichnet sich dadurch aus, dass sie besonders auf die Bedürfnisse im ländlichen Raum zugeschnitten ist. Für Kom- munikation, Handel und Mobilität gibt es maßgeschneiderte Lösungen, die bereits viele zehntausend Nutzer*innen haben. In Städten und Gemeinden gibt es jedoch noch viele andere Möglichkeiten, mit IoT-Geräten (Internet of Things) verbesser- te Infrastrukturen und Dienste zu bieten – etwa bei smarten Straßenlampen oder Parkdiensten. Forschungsprogramme des Fraunhofer IESE Smart Farming Die Agrartechnik sieht sich aufgrund der wachsenden Anfor- derungen an Umweltschutz und Nachhaltigkeit bei begrenzten Landflächen und fossilen Ressourcen auch in Deutschland immer größeren Herausforderungen gegenüber. Um diese erfolgreich zu meistern, sind optimierte Prozesse mit hoher Effizienz unabdingbar. Wie in vielen anderen Bereichen stellt dabei auch in der Agrardomäne Software eine Schlüssel- technologie dar. Bei modernen Farm-Management-Informa- tion-Systems (FMIS), aber auch bei Traktoren und Maschinen IESE im Überblick bringen softwarebasierte Innovationen entscheidende Wettbe- werbsvorteile. Daten und deren intelligente Interpretation zur Automatisierung, Optimierung und Arbeitserleichterung der landwirtschaftlichen Prozesse sind ein wesentliches Element der digitalen Transformation. Mit seinem Forschungsprogramm »Smart Farming« unter- stützt das Fraunhofer IESE Unternehmen in diesem Prozess und erforscht innovative Technologien und Lösungen für Smart Farming. Digital Healthcare Das Gesundheitswesen befindet sich im Umbruch und steht vor vielschichtigen Herausforderungen. Die Verknappung öffentlicher Mittel bei steigender Nachfrage nach Gesund- heitsleistungen einer immer älteren Bevölkerung und die rasant fortschreitende Digitalisierung in den Unternehmen der Gesundheitsindustrie sind dabei wichtige Treiber. Das Forschungsprogramm »Digital Healthcare« am Fraunhofer IESE unterstützt alle Akteure im Gesundheitswesen auf dem Weg, die Zukunft des Gesundheitswesens durch Digitalisierung zu gestalten. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz und digitaler Innovationen tragen wir dazu bei, die Effizienz des Systems zu steigern, die Patientenversorgung zu verbessern und gleichzei- tig die Kosten im Gesundheitswesen und in der Gesundheits- industrie zu senken oder zu rationalisieren. Autonome Systeme Autonome Systeme bieten enormes Potenzial, um akute öko- logische, gesellschaftliche und wirtschaftliche Herausforderun- gen zu lösen. Mit Feldrobotern kann z.B. der Herbizideinsatz durch mechanisches Unkrautmanagement verringert werden. Cobots und autonome mobile Roboter (AMRs) können viel- seitig in Produktion und Gesundheitswesen eingesetzt werden, um die Effizienz zu steigern und dem Fachkräftemangel ent- gegenzuwirken. Robotaxies und autonom fliegende Drohnen sind weitere Beispiele für das Potenzial und die Vielfältigkeit der Anwendungsfälle. Mit seinen Kompetenzen und seinem Netzwerk hilft das For- schungsprogramm »Autonome Systeme« des Fraunhofer IESE Zulieferern, Herstellern und Betreibern dabei, von Prototypen und Anwendungsideen zu marktreifen autonomen Produk- ten, verlässlichen Anwendungen/Diensten und innovativen Geschäftsmodellen zu kommen. 65

IESE im Überblick Personal 184 STAMMPERSONAL 10 AUSZUBILDENDE & DUAL STUDIERENDE 62 HILFSWISSEN- SCHAFTLER*INNEN 67 PERSONAL IN KÖPFEN

IESE im Überblick 69

IESE im Überblick Allianzen & Netzwerke Fraunhofer-Netzwerke Weitere ausgewählte Netzwerke bitkom e.V. Arbeitskreise: Arbeit 4.0, Projektmanagement, Qualitäts- management, Plattformen, Smart City/Smart Region, Digitale Landwirtschaft, Digital Design, Open Data/Open API www.bitkom.org Commercial Vehicle Cluster Südwest (CVC) www.cvc-suedwest.com Deutsches Institut für Normung e. V. Normierungsausschuss: DIN/DKE NA 043-01-42 GA »Künstliche Intelligenz« | www.din.de DLG e.V. (Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft) www.dlg.org ISERN – International Software Engineering Research Network | isern.iese.de Industrial Digital Twin Association e.V. (IDTA) www.industrialdigitaltwin.org Plattform Industrie 4.0 | www.plattform-i40.de ProSTEP ivip e.V. | www.prostep.org SIAK – Science & Innovation Alliance Kaiserslautern www.science-alliance.de Softwareforen Leipzig | User Group Requirements Engineering | www.softwareforen.de Gesellschaft für Systems Engineering e.V. (GfSE) Arbeitsgruppe System Architecture Framework | www.gfse.de VDI – Verein Deutscher Ingenieure e.V. | www.vdi.de GI e.V. – Gesellschaft für Informatik Verschiedene Gruppen, u.a. Vorstands-Task Force »Data Science / Data Literacy«, Fachgruppe Software-Messung und -Bewertung | www.gi.de ZD.B (Zentrum Digitalisierung Bayern) – Plattform Digitales Landmanagement | www.zentrum-digitalisierung.bayern 71

IESE im Überblick Ergreife die Initiative! #ENGINEERING YOURFUTURE Das Fraunhofer IESE bietet dir attraktive Karrieremöglichkeiten. Egal ob du »klassisch« Informatik studiert oder einen anderen Hochschulabschluss hast – wir bringen gerne unterschiedliche Talente und kluge Köpfe zusammen, um gemeinsam die besten und kreativsten Lösungen zu finden und weiterzuentwickeln. Bewirb dich jetzt! Wir freuen uns darauf, dich kennenzulernen. Personalabteilung Petra Wulff Telefon +49 631 6800-2156 petra.wulff@iese.fraunhofer.de s.fhg.de/jobs 73

IESE im Überblick OPEN-POCT 724-0001#2021/0004-1501 154 84009429 (MWG RLP) SATURN ZMI1-2520DAT02D (BVA) Smarte.Land.Regionen 2818SL001 (BLE) S(mar)t. Wendeler Land LKWND-2021-09 (Landkreis St. Wendel) SPELL 01MK21005B (BMWK) TrUSD 16KIS0898 (BMBF) ViTAWiN 01PV18006B (BMBF) Projektförderkennzeichen BaSys 4.2 01IS19022A (BMBF) Denit/ZLB 29311-3:357 (MdI RLP) DESIGNETZ 03SIN231 (BMWK) Digital Green Economy 3719 16 1020 (UBA) Digital.vital 031.48 / 048.00 / AD/103 (Amt Hüttener Berge) Infra-Bau 4.0 DG 25 - 836.7/12 (BMVI) MobiGrid 03EI4016C (BMWK) ODH@Jülich 03SF0608 (BMBi) Standorte Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Fraunhofer-Platz 1 67663 Kaiserslautern Telefon +49 631 6800-0 info@iese.fraunhofer.de www.iese.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE – Kontaktbüro Berlin Anna-Louisa-Karsch-Straße 2 10178 Berlin Ihr Ansprechpartner: Gerald Swarat Telefon +49 171 3344883 berlin@iese.fraunhofer.de 75

Impressum Redaktion & Interviews Dipl.-Kauffrau Claudia Reis (verantw.) Fabienne Bäcker, M.A. Lektorat und Übersetzung Dipl.-Dolm. Sonnhild Namingha Layout und Satz Julia Kirch, M.A. David Kurz, B.A. Druck Nino Druck GmbH, Neustadt / Weinstraße Dieser Jahresbericht wurde klimaneutral produziert. Das verwendete Papier ist FCS-zertifiziert und stammt zu 100% aus Recycling-Materialien. Ihre Ansprechpartnerin für PR und Marketing Claudia Reis Teamleitung Unternehmens- kommunikation | Technologie- marketing Telefon +49 631 6800-0 presse@iese.fraunhofer.de www.iese.fraunhofer.de Bildquellen Fraunhofer IESE: Julia Kirch, David Kurz Sonstige: S. 1: iStock.com/Andrii Shchuka; Fraunhofer IESE | S. 6: Simon Scherr | S. 10: iStock.com/ipopba; iStock.com/Tippapatt | S. 12: iStock. com/jotily | S. 14: Leitstelle Ludwigshafen | S. 15–16: Fraunhofer IZI | S. 20: Fraunhofer IMM | S. 26: freepik.com/unitonevector | S. 28: Robert Bosch GmbH | S. 30: iStock.com/NanoStockk; Blue Planet Studio | S. 32–33: freepik.com/bsd555 | S. 35: iStock.com/ gorodenkoff | S. 36: freepik.com/barokahselalu777 | S. 37: Ellenberger GmbH & Co. KG; freepik.com/jcomp | S. 39: iStock.com/piran- ka | S. 42: Fraunhofer-Gesellschaft | S. 45: Carl Picard Natursteinwerk GmbH | S. 48: iStock.com/monsitj | S. 49: Deutsche Telekom AG | S. 50–51: HÄFNER Präzisionsteile Oberrot GmbH | S. 52: iStock.com/metamorworks | S. 53: Robert Bosch GmbH; freepik.com/collayart | S. 57: freepik.com/pch.vector | S. 62: iStock.com/piranka | S. 75: Andreas Eitel; Fraunhofer-Gesellschaft | S. 76: Fraunhofer- Gesellschaft | S. 77: Andreas Eitel © 2022 Fraunhofer IESE 77