Smart Office

Smart Office: Einsatz von Home Automation im Enterprise-Umfeld

Paul Lajer
©iStockphoto.com/Roob

Home Automation und Smart Home – zwei Begriffe, die mehr und mehr an Aufmerksamkeit gewinnen und das Versprechen geben, über die einfache Integration von neuen und bestehenden Elementen (Lichtschalter, Steckdosen, Heizkörper etc.) den Komfort in den eigenen vier Wänden zu erhöhen und nebenbei durch eine sukzessive Kontrolle die Kosten zu optimieren. Um dieses Versprechen zu halten, haben einzelne Unternehmen und speziell dafür gegründete Konsortien Lösungen entworfen, die am Markt platziert werden. Doch wie sieht es mit der Akzeptanz dieser Out-of-the-box-Lösungen aus? Und gibt es nicht offene Alternativen, die einen Einsatz rechtfertigen? Vielleicht nicht nur im privaten Umfeld, sondern auch im Unternehmen?

Möchte man der Werbung Glauben schenken, ist der Mensch aufgrund der digitalen Transformation in einer neuen, smarten Welt angekommen. Jegliche angebotenen Prozesse und Services können online, zu jeder Zeit und natürlich ortsunabhängig durch mobile Geräte ausgeführt, gesteuert und überwacht werden. So ist es nun auch seit einiger Zeit für jede Person möglich, Owner und somit aktiver Teil einer selbst erschaffenen digitalen Transformation zu werden – durch den Einsatz einer Home-Automation-Lösung in einem von ihm genutzten Immobilienobjekt. Energiedienstleister, Produkthersteller und dafür gegründete Konsortien bieten seither unterschiedliche Pakete an, um die Möglichkeit einer vollständigen Kontrolle über das genutzte Objekt und der darin befindlichen Elemente zu erteilen. Doch welche Einfluss- und Akzeptanzfaktoren können auf angebotene Lösungen einwirken? Die nachfolgenden Punkte beschreiben aus meiner Sicht einen Ausschnitt der möglichen Kriterien:

Lösungsanbieter (Integrationsplattform): Wird der Markt aus Sicht eines Lösungsanbieters/Konsortiums betrachtet, existieren nur wenige Hersteller, die eine ganzheitliche Basisarchitektur und Infrastruktur (Plattform) für Home Automation anbieten können. Die verfügbaren Lösungen bedienen sich proprietärer Protokolle und lassen sich somit nicht durch Geräte andere Hersteller oder Lösungsanbieter erweitern oder kombinieren. Als Konsequenz müssen daher Endgeräte derselben Hersteller geordert und integriert werden. Somit steigt die Abhängigkeit zum Produktportfolio des Lösungsanbieters, da nur dieser passende Erweiterungen für die Plattform zur Verfügung stellen kann.
Endgerätehersteller: Eine Lösungsplattform ist nur dann erfolgreich, wenn auch eine breite Unterstützung und Akzeptanz für diese stattfindet. Unterstützt werden kann dies somit nur durch ein zahlreiches Angebot an sinnvollen Endgeräten, die sich in die Plattform integrieren und über diese steuern lassen. Wird das aktuelle Angebot an Endgeräten betrachtet, kann festgestellt werden, dass nur rudimentäre Geräte (Funksteckdosen, Lichtschalter, Sensoren etc.) verfügbar sind. Andere Arten von Geräten (Kaffeemaschinen, Waschmaschinen etc.) sind entweder nur teilweise oder auch gar nicht verfügbar. Des Weiteren kann man nur dann von „Smart“ sprechen, wenn die Kernfunktionen eines Endgeräts durch die Plattform adressiert werden. Somit sollte auf dem Tablet nicht nur die Möglichkeit existieren, eine Kaffeemaschine an- und auszuschalten, sondern auch alle angebotenen Heißgetränke zuzubereiten. Dies ist jedoch mangels fehlender Standards sowie Schnittstellen oft nicht möglich.

Neben proprietären Plattformen existieren auch Lösungen aus dem Open-Source-Bereich, die bereits über einen sehr hohen Reifegrad verfügen. Diese unterstützen in der Regel offene Kommunikationsstandards und bieten durch verfügbare Konnektoren die Möglichkeit, Gerätetypen zu integrieren, die diese Protokolle unterstützen – herstellerunabhängig. Aufgrund einer hohen Erweiterbarkeit können auch diese Plattformen durch neue, bisher unbekannte Gerätetypen erweitert werden. Der Nachteil liegt jedoch in der Bedienbarkeit des Systems: Benutzer ohne abgeschlossenes Informatikstudium werden es schwer haben, eine Zielplattform aufzubauen und zu integrieren. Eine hohe Abhängigkeit zu proprietären Plattformen von unterschiedlichen Lösungsanbietern, erkauft mit einem einfachen Integrations- und Bedienkonzept, steht einer offenen Plattform mit zahlreichen Konnektoren zur Anbindung von unterschiedlichen Endgeräten für IT-Affine und Bastler gegenüber.

Einsatz im Enterprise-Umfeld

Wenn man für den beschriebenen Home-Automation-Ansatz den Kontext ändert und „Home“ durch „Office“ ersetzt, stellt man fest, dass die Ziele und Ansätze weitgehend identisch sind. Unternehmen möchten einerseits den Komfort für die eigenen Mitarbeiter steigern, dadurch andererseits die Effizienz erhöhen und parallel die Kosten senken. Gleichzeitig ändern sich jedoch die Rahmenbedingungen für den Einsatz einer solchen Lösung:

Performance: Da in einem Unternehmen mehrere Objekte (Standorte, Areale, Gebäude etc.) zu verwalten sind, bedingt es einer performanten Plattform, die ohne Verzögerung eine Ansteuerung der Elemente innerhalb eines Objekts vornimmt und auf (parallele) Aktionen der Benutzer reagiert.
Skalierbarkeit: In Abhängigkeit der Menge an zu verwaltenden Objekten muss das System skalieren können. Eine intelligente Lastverteilung muss garantiert werden, sodass einzelne Objekte von unterschiedlichen Subplattformen verwaltet werden, ohne jedoch die Konsistenz im Setup und Gesamtsetup zu verlieren. Zusätzlich müssen Konzepte existieren, die eine Ausfallsicherheit garantieren, wobei Subsysteme die Objekte von anderen, ausgefallenen Subsystemen übernehmen.
Erweiterbarkeit: Home-Automation-Plattformen unterstützen in der Regel bereits out of the box Gerätetypen, die durch entsprechende Konnektoren angeboten werden. In Unternehmen können aber auch Geräte zum Einsatz kommen, die nicht unterstützt werden, sodass eine Plattform eine Schnittstelle zum Anbinden von neuen Geräten und Gerätetypen anbieten muss. Des Weiteren muss sichergestellt werden, dass neue Gerätetypen und deren Funktionen auch innerhalb der darauf aufbauenden Smart-Office-App auf dem Tablet oder Smartphone abgebildet werden können.
Anpassungsfähigkeit: Die Plattform muss an die Anforderungen und Gegebenheiten eines Unternehmens angepasst werden können. Somit muss möglich sein, in den Code einzugreifen und das System dadurch zu ändern oder durch neue Eigenschaften zu ergänzen.

Aufgrund der oben genannten Kriterien und der dafür zur Verfügung stehenden IT-Ressourcen können die im Home-Bereich gültigen Rahmenbedingungen der einfachen Integration und benötigten Standards vernachlässigt werden, sodass im Enterprise-Umfeld eine Open-Source-Plattform als Basis zum Einsatz kommen kann. Ebenso kann der Kostenaspekt in dieser Betrachtung vorerst außer Acht gelassen werden. Als geeignete Beispiele sind die openHab- oder Eclipse-Smart-Home-Plattformen zu nennen, die diese Rahmenbedingungen sehr gut erfüllen und als fortan Basis für die aufgeführten Beispiele dienen.

Basis für eine smarte Plattform

Die beiden nachfolgenden Abschnitte definieren den möglichen Ansatz einer technischen Lösung für eine Smart-Office-Plattform, basierend auf der Open-Source-Lösung openHab. Die Herausforderung bei dieser Lösung ist es, die Basisobjekte, d. h. die Gebäude, Stockwerke und Räume im System abzubilden. Je nach Plattform müssen dazu Konfigurationsdateien erstellt und nach vorgegebenen Regeln des Systems angepasst werden. Zusätzlich zu den Objekten müssen auch die darin zu steuernden Elemente verankert werden, damit diese in einer darauf aufbauenden Smart-Office-App korrekt abgebildet und durch den Benutzer bedient werden können. Neben den Angaben über den Gerätetyp muss auch der Standort des Geräts definiert werden. Beides setzt ein technisches Verständnis der Plattform durch IT-Ressourcen voraus und erfordert bisher eine Implementierung im System durch den Einsatz von Code. Ein Lösungsansatz für eine benutzerfreundliche Implementierung des Systems (Aufbau der Objekte) und der fortlaufenden Integration von neuen Elementen und Geräten in das System würde eine Verschiebung der Verantwortlichkeiten bedeuten. Nicht das System ist für die Integration verantwortlich, sondern das Objekt, das integriert werden soll. Somit müssen alle erforderlichen Informationen mit dem Endgerät an das System übermittelt werden, das in Abhängigkeit dieser Informationen die Registrierung vornimmt, eine selbstständige Aktualisierung durchführt und den Zugriff auf die neu erstellten Elemente erlaubt. Möglichkeiten werden durch den Einsatz von QR-Codes oder RFID-Chips gegeben, die diese Informationen beinhalten und übermitteln. Bezogen auf ein Gebäude wären dies etwa die Anzahl der Stockwerke, die Bereiche je Stockwerk (Flur, sonstiger Abschnitt) und die zu überwachenden Räume je Bereich. Durch das Übermitteln der Daten konfiguriert sich das System selbstständig und stellt die Basis für die konkrete Smart-Office-Plattform her. Für die Integration von neuen Endgeräten gelten dieselben Regeln. Abbildung 1 verdeutlicht dies anhand eines Funksteckers. Die relevanten Informationen sind im Stecker (z. B. über einen aufgeklebten QR-Code oder RFID-Chip) abgelegt und werden von einer Administrations-App ausgelesen. Nachdem das Gerät und seine Funktionen erkannt wurden, muss der Administrator lediglich den Standort des Geräts definieren, um die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Anschließend schreibt die Administrations-App auf Basis der übermittelten Informationen diese in die Konfiguration der Smart-Office-Plattform und aktualisiert diese, sodass die Änderungen zeitnah verfügbar sind.

Abb. 1: Integration von neuen Elementen in eine bestehende Smart-Office-Plattform

[ header = Seite 2: Dynamische App ]

Dynamische App

Da im oberen Abschnitt festgelegt wurde, dass jedes Endgerät für die Integration in die Plattform selbst verantwortlich ist, muss dies auch eine Auswirkung auf die Smart-Office-App haben, die zum Steuern der Geräte verwendet wird. Im bisherigen Ansatz von Home-Automation-Apps sind die Objekte in der App starr abgebildet, also fest im Code verankert. Bei jeder Änderung der Plattform oder Integration von neuen Geräten muss die App ebenfalls angepasst und neu ausgerollt werden. Dies ist jedoch aufgrund der oben beschriebenen Plattform keine Option, da sonst der Vorteil der hohen Flexibilität wieder zunichte gemacht würde. Als Konsequenz muss sich die App ebenfalls dynamisch auf Basis der übermittelten Informationen der Plattform selbst orchestrieren und die Elemente und ihre Funktionen entsprechend zur Laufzeit darstellen (Abb. 2). Dies kann als Herausforderung gesehen werden, wenn Elemente mit komplexen Funktionen (z. B. Dimmerfunktion, Mehrfachauswahl) eingebunden werden müssen.

Abb. 2: Administrations-App und Smart-Office-App

Doch warum ist eine dynamische Orchestrierung der Smart-Home-App und ihrer Elemente so wichtig? Neben der richtigen Darstellung der Elemente spielt hierbei die Möglichkeit der Verwaltung von aggregierten Einheiten und somit die Abbildung eines Berechtigungskonzepts eine wichtige Rolle. Die kleinste Einheit wäre in diesem Falle ein Raum, der über die Smart-Office-App verwaltet werden kann. Je nach Benutzer und seiner Rolle im Unternehmen kann dies aber darüber hinausgehen. So kann z. B. ein Abteilungsleiter die Kontrolle über einen ganzen Bereich (Flur etc.) bekommen und der Überwachungsdienst über ein ganzes Gebäude mit den darin enthaltenen Elementen. Theoretisch könnte eine Aggregation auf der höchsten Unternehmensebene erfolgen. Berechtigte Mitarbeiter könnten somit über die Auswahlkriterien „Land“, „Standort“, „Areal“, „Gebäude“ sowie „Raum“ Elemente über die Smart-Office-App ansteuern und verwalten. Die Darstellung dieser Aggregation müsste ebenfalls dynamisch innerhalb der App nach einer erfolgreichen Autorisierung orchestriert und dargestellt werden.

Intelligenter Besprechungsraum – ein Szenario

In den bisherigen Abschnitten lag der Fokus auf der technischen Beschreibung einer möglichen Umsetzung einer Smart-Office-Plattform und der dazu installierten App basierend auf einer Open-Source-Lösung. Nun soll anhand eines Beispiels dargelegt werden, wie Smart Office in der Praxis auf Basis einer Open-Source-Lösung aussehen kann – es wurde bereits als Prototyp in einem Unternehmen umgesetzt. Hierzu wurde primär zum Ziel gesetzt, einen bestehenden Besprechungsraum durch die Smart-Office-Plattform intelligent zu machen. Aufgrund dieser Vorgabe wurde ein Szenario entwickelt, das folgende Kriterien erfüllen musste:

Buchung: Der Raum muss über das zentrale Buchungssystem (Kalendersystem) des Unternehmens gebucht werden.
Belegung: Der Raum muss erkennen, ob er tatsächlich belegt ist und auf bestimmte Eigenschaften eigenständig reagieren.
Information: Alle gesammelten Informationen über die reservierte und tatsächliche Raumbelegung müssen außerhalb des Raums zentral auf einem Panel dargestellt werden. Dabei sollten die nächsten drei Termine angezeigt werden.

Um die Anforderungen erfüllen zu können, wurde die Smart-Office-Plattform über eine Schnittstelle an das Kalendersystem des Unternehmens angebunden. Da jeder Besprechungsraum im System des Unternehmens über einen Non-Personal User-Account abgebildet wird, wurden alle Informationen zu den Terminen (Terminorganisator, Besprechungsthema, Datum, Beginn und Ende des Termins) über die Smart-Home-Plattform mit der entwickelten Schnittstelle ausgelesen und auf dem Panel dargestellt. Um die aktive Belegung des Besprechungsraums zu überwachen, wurde dieser mit Bewegungssensoren und Lichtschranken ausgestattet, die an der Tür sowie im Raum installiert und ebenfalls über die Smart-Office-Plattform gesteuert wurden. Damit eine Reaktion über die tatsächliche Belegung am Panel erfolgen kann, mussten neben der Lichtschranke auch die Bewegungssensoren (mit einer angemessenen Verzögerung) eine Aktivität melden. Dies wurde über Regeln abgebildet, damit das System keine falschen Informationen darstellt, wenn ein Mitarbeiter lediglich in der Tür steht. Im Falle einer tatsächlichen Raumbelegung wurde diese Information ebenfalls am Panel dargestellt. Neben der reinen Informationsdarstellung hat das Unternehmen noch ein weiteres Ziel verfolgt: Da Besprechungsräume in ihrer Verfügbarkeit limitiert sind, sollte eine Reaktion auf gebuchte, aber nicht belegte und dadurch leerstehende Besprechungsräume erfolgen. In diesem Fall (Raum im Kalender gebucht, aber keine Aktivitäten durch die Sensoren erfasst und somit leerstehend) wurde nach einer definierten Zeit von der Smart-Office-Plattform eine Erinnerungsmail an den Terminorganisator versendet. Nach einer weiteren Phase der Inaktivität wurde die Buchung des Raums aus dem Kalender entfernt und die Information am Panel aktualisiert.
Der intelligente Besprechungsraum kann durch weitere Features sinnvoll ergänzt werden. So kann die Smart-Office-Plattform die Raumtemperatur überwachen und gezielt vor Beginn eines gebuchten Termins auf eine definierte Temperatur erhöhen oder herunterkühlen. Davor werden alle Fenster im Raum automatisch geschlossen. Die Messung kann somit direkt über den Raum erfolgen oder alternativ durch das Anbinden von externen Services von entsprechenden Wetterportalen.

Kostenmanagement

Wie oben bereits beschrieben, verfolgt der Einsatz einer Smart-Office-Plattform neben der Steigerung des Komforts auch die Optimierung der Kosten. Hierzu kann das Einsparpotenzial in Abhängigkeit der Unternehmensgröße und der dort verwendeten Endgeräte hoch sein. Ein einfaches Beispiel stellen Drucker in Unternehmen dar. In der Regel schalten diese nach Ablauf einer definierten Zeit der Inaktivität in den Stand-by-Betrieb um. Der Stand-by-Modus ist jedoch auch außerhalb der Kernarbeitszeit aktiv, konkret am späten Abend und nachts. Ein effizienter Weg wäre, wenn ein Drucker vom Strom genommen wird, sobald der letzte Mitarbeiter das Unternehmen oder die Abteilung verlassen hat. Doch wie kann dies verwaltet werden?

Beispielsweise könnte man Funksteckdosen zwischen Drucker und Steckdose platzieren, die beim Eintreten einer Aktion entsprechend mit der Unterbrechung des Stromkreises reagieren. Die Funksteckdosen sind hierbei in der Smart-Office-Plattform als Elemente registriert. Des Weiteren müssten Sensoren an den Eingängen von Gebäuden oder Abteilungen installiert werden, die die Aktivitäten der Mitarbeiter an die Plattform melden. Sobald im Gebäude keine Aktivitäten mehr registriert werden, erfolgt automatisch das Ausschalten der Funkstecker und somit die Unterbrechung des Stromkreises der darin angeschlossenen Drucker. Ob sich die Investition lohnt, müsste jedoch im ersten Schritt durch eine Untersuchung der Drucker und deren Stromverbrauch im Stand-by-Modus belegt werden.

Fazit

Mit den beschriebenen Ansätzen wurde beispielhaft dargestellt, welche Möglichkeiten durch den Einsatz von Smart-Home/Home-Automation-Plattformen in Unternehmen bestehen. Durch vorgegebene Konnektoren, die gemeinsam mit der Plattform ausgeliefert werden, können schnell Out-of-the-Box-Szenarien umgesetzt und somit erste Ergebnisse und Fortschritte erzielt werden. Für komplexere Szenarien muss jedoch die bestehende Open-Source-Plattform sowie die Smart-Office-App durch IT-Experten an das Unternehmen und die gestellten Anforderungen angepasst bzw. neu erstellt werden. Wichtige Punkte sind hierbei der zu wählende Architekturansatz sowie die daraus abgeleiteten umzusetzenden Maßnahmen. So ist das Verwalten von Gebäuden innerhalb einer Unternehmensorganisation weitaus komplexer als bei einem privat genutzten Haus oder einer Wohnung. Generell muss natürlich auch der Kostenaspekt betrachtet werden. So muss gezielt untersucht werden, ab wann sich die Anschaffung und Administration einer solchen Lösung rechnet und wie hoch das Einsparpotenzial durch eine Optimierung der Kosten ist. Hinzugefügt werden muss, dass die oben beschriebene Lösung lediglich prototypisch umgesetzt wurde und sich keinesfalls im aktiven Einsatz befindet. Sie zeigt jedoch deutlich auf, wohin sich die Thematik entwickeln kann.

Geschrieben von
Paul Lajer
Paul Lajer
Paul Lajer verantwortet als Leiter eine Abteilung für Softwarearchitekturen und -innovationen bei einem weltweit führenden Anbieter von IT- und Geschäftsprozessdienstleistungen. Er hält seit 2004 als Lehrbeauftragter Vorlesungen an den Hochschulen Furtwangen und Heilbronn und ist Gründungsmitglied des Industriebeirats in der Fakultät Informatik an der Hochschule Furtwangen. Seine aktuellen Arbeitsgebiete sind optimale Führungsmodelle und Mitarbeitermotivation sowie Innovationen im Enterprise-Umfeld. Des Weiteren hält er als Speaker Vorträge auf Konferenzen und Kongressen und schreibt Fachartikel.
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