Eine gemeinsame Sprache finden

Maximilian Both, Prof. Dr. Jochen Müller (v.l.) (Bild: Costa Belibasakis/TH Köln)

Jede Pumpe ist eine Pumpe. Auch wenn sich die Heizungspumpe im Einfamilienhaus von der Industriepumpe gewaltig unterscheidet: Pumpen sind sie beide. Also, gemäß Duden, gehören sie zu den Vorrichtungen zum An- und Absaugen von Flüssigkeiten oder Gasen. „Und wenn das so ist, dann kann man jede Pumpe auf dieselbe Weise beschreiben“, sagt Dr. Jochen Müller, Professor für Gebäudeautomation an der Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme. Wenn man verstehen will, warum das überhaupt eine Herausforderung ist – und zugleich eine Riesenchance –, dann muss man erstmal den Zusammenhang der Geschichte kennen.

Der ganz große Rahmen heißt Digitalisierung. Dieser oft beschriebene Megatrend führt im produzierenden Gewerbe zu immer mehr Automatisierung, zur selbstständigen Kommunikation von Geräten und Maschinen, auch zu selbstlernenden Programmen, die die Prozesse steuern und koordinieren. Das hinlänglich bekannte Schlagwort dafür ist Industrie 4.0.

Jedes Gewerk spricht seine eigene Sprache

„Im Bereich der Gebäudetechnik gibt es einen Stream, der parallel zur Industrie 4.0 läuft, und der genauso zu immer mehr Automatisierung und Vernetzung führt“, erklärt Müller. Ob Klimaanlage, Heizung, Beleuchtung, Wasserkreislauf oder Alarmanlage: Ohne digitale Technik ist ein moderner Gewerbebau eben gar nicht mehr denkbar. Aber es gibt einen Haken: Von der Architektur bis zur Ausrüstung von Gebäuden sind zahllose Gewerke an einem solchen Bau beteiligt. „Und die sprechen alle eine eigene Sprache, haben ihre eigenen Pläne“, sagt der Physiker und Ingenieur. Die Folge zeigt sich schon in der Bauphase: Mangelhafte Koordination führt zu Zeitverlust und damit auch zu Kostensteigerung. Hier setzt das Building Information Modeling (BIM) an. Konkret bedeutet es, dass ein geplantes Gebäude in ein virtuelles Modell umgesetzt wird, das dann die Arbeitsgrundlage für alle Gewerke vom Trockenbau bis zur Elektrik ist.

Effizienzgewinne durch BIM

Erste Ansätze von BIM werden im Baubereich schon länger genutzt und zeigen deutliche Effizienzgewinne. Und genau das ist auch das Ziel von Jochen Müller in seinem laufenden Projekt, das von der KSB-Stiftung gefördert wird und noch bis Ende nächsten Jahres läuft. Wie kann man die Möglichkeiten von BIM für den Bereich der Automation im bestehenden Gebäude nutzen? Das ist die Kernfrage. Und wie kann dies möglichst konform zu Industrie-4.0-Konzepten gestaltet werden? Dies führt wieder zurück zum Beispiel der Pumpe, die auch im Mittelpunkt eines aktuellen Forschungsprojekts im Auftrag des Verbandes der Deutschen Maschinen- und Anlagenbauer steht.

Zunächst einmal geht es darum, die Information zu identifizieren, die in allen Varianten des Gerätetypus‘ „Pumpe“ identisch ist, unabhängig von Einsatzgebiet, Modell oder Hersteller. Wichtig ist dabei, auch nur die wirklich bedeutsamen Gemeinsamkeiten einzubeziehen. Das Ergebnis ist eine so genannte Verwaltungsschale, die nichts anderes als ein Pool von Informationen und Funktionen ist. Die Verwaltungsschale kommuniziert mit dem physikalischen „Asset“, also zum Beispiel der Klimaanlage, und ist deren virtueller Repräsentant innerhalb des Netzwerkes der Gebäudetechnik.

Wie sind Information strukturiert?

Die einzelnen Akteure innerhalb des Systems Gebäudeautomation brauchen natürlich die Fähigkeit, jeden anderen Beteiligten zu erkennen. Erst dann können die einzelnen Komponenten miteinander kommunizieren und selbstständig agieren.

Im Laufe des Gesamtprojektes soll aus diesen Bestandteilen ein Informationsmodell entstehen, das herstellerübergreifend anzuwenden, flexibel und einfach erweiterbar ist.

„Das ist so wie die Suche nach den grundlegenden Bausteinen der Materie – nur diesmal für Informationen. Es lohnt sich, die grundlegenden Elemente von Informationsmodellen zu finden“, sagt Müller, denn dies sei „die Basis für innovative Geschäftsmodelle“.

Deren Potenziale sind beachtlich, das steht für Müller schon jetzt außer Frage: „Heute müssen alle Komponenten der Gebäudetechnik von Ingenieurinnen und Ingenieuren manuell miteinander verknüpft werden. Das ist ein sehr großer Aufwand, vergleichbar mit einem Menschen am Fließband, der ein Auto zusammenschraubt. Ein Roboter kann das heute natürlich viel schneller. Dieser Effizienzgewinn ist es, der die Sache wirtschaftlich interessant macht.“

An der Verwaltungsschale für Pumpen arbeitet gerade Maximilian Both innerhalb seiner Masterarbeit im Studiengang Green Building Engineering. Die anschließende Promotion soll darauf aufbauen. Alles dreht sich im Grunde um die Frage, wie man Information strukturiert. Und zwar so, dass am Ende für jeden physischen Akteur ein virtueller Repräsentant verfügbar ist, jederzeit abrufbar von einem Server.

Hinter dem Projekt steckt eben auch der Gedanke, eine Online-Plattform aufzubauen, die unabhängig von Google und anderen Daten-Großhändlern funktioniert. Genau darum fördert die Bundesregierung solche Ansätze für die Industrie 4.0. Schließlich geht es um das Innovationspotenzial und die Wettbewerbsfähigkeit ganzer Volkswirtschaften. „Eine Zusammenarbeit bei Forschung und Entwicklung zwischen Industrie 4.0 und Gebäudeautomation gibt es bis dato nicht”, sagt Jochen Müller. „Wir arbeiten in der Nische zwischen diesen Bereichen. Vielleicht gelingt es uns ja, eine Verbindung herzustellen.“
Text: Werner Grosch