Internationales Verkehrswesen (68) 4 | 2016 65 Entwicklungsprozesse TECHNOLOGIE Update der Schiene: Innovationen im Bahnverkehr Partizipative Technikentwicklung im Projekt Galileo Online: GO! Autonomes Rangieren, User Centred Design, sozio-technischer Transfer, satellitenbasierte Navigation, partizipative Technikentwicklung. Automation im Bahnverkehr ist eine große Aufgabe für den Güterverkehr. Für eingeschränkte Einsatzfelder ist autonomes Fahren auf der Schiene schon heute technisch möglich, bedarf aber einer stetigen Weiterentwicklung. Ein gemeinsames Verständnis zwischen Entwicklern und den späteren Anwendern ist hier grundlegend, um brauchbare Innovationen zu erhalten. Im Projekt Galileo Online: GO! wurden daher Kreativ-Methoden und agiles Vorgehen neuartig kombiniert, um die späteren Anwender in die Entwicklung eines Satellitennavigationssystems für das autonome Rangieren mit einzubeziehen. Autoren: Helga Jonuschat, René Zweigel, Valentin Jahn, Ulrike Walter K aum ein anderer Trend weckt derzeit so viele Hoffnungen wie das automatisierte Fahren. Für den privaten Autoverkehr versprechen vollautomatisierte Fahrzeuge, dass sich der Fahrer entspannen und dem Pkw die Kontrolle überlassen kann. Auch Flughafen-Shuttles, U-Bahnen und Züge werden in einem vollautomatisierten Betrieb effizienter und zuverlässiger betrieben, z. B. die vollautomatisierte Pariser Metro-Linie 1 [1] oder die neue Vorzeige- ICE-Strecke von Erfurt nach Leipzig/ Halle. Jochen Eickholt, der Chef der Division Mobility bei Siemens, geht dementsprechend auch davon aus, dass es im Jahr 2050 nur noch teil- oder vollautomatisierte Fahrzeuge auf der Schiene geben wird [2]. Und auch Rüdiger Grube, der Vorstandsvorsitzende der Deutschen Bahn, verkündete, dass die Deutsche Bahn bis spätestens 2023 so weit sei, dass Teile des Streckennetzes vollautomatisiert betrieben werden können [3]. Die Schiene - ein schwerfälliges Innovationsfeld Ein vollautomatisierter Betrieb bedeutet zunächst, dass nur auf bestimmten, entsprechend ausgerüsteten und lokal abgegrenzten Strecken eine Fahrt im „Autopilot“ möglich ist. Der weitere Entwicklungsschritt vom vollautomatisierten zum fahrerlosen Fahren mit einer hundertprozentigen Zuverlässigkeit, die immer, überall und in allen Situationen gilt, ist dabei jedoch riesig. Die Deutsche Bahn hat dementsprechend während der großen Streikwelle im Jahr 2014 verkündet, dass Lokführer bis auf weiteres unerlässlich sind [4]. Vorbehalte seitens der Bahn liegen zum einen an den langwierigen Zulassungsverfahren, zum anderen aber auch an den hohen Kosten, die bei einer Nachrüstung der Infrastrukturen für einen fahrerlosen Schienenbetrieb anfallen [5]. Technisch ist der vollautomatisierte Betrieb auf der Schiene schon heute möglich, aber mit einer hohen nationalen und internationalen Systemkomplexität konfrontiert. Der neue europäische Standard ETCS (Level 2) soll hier dafür sorgen, dass die elektronische Überwachung und Steuerung des Zugnetzes auf europäischer Ebene vereinheitlicht wird. Grundsätzlich gelten die Hürden auf dem Weg zum vollautomatisierten Schienenverkehr sowohl für Personenals auch Güterzüge, da beide dieselbe Infrastruktur benutzen. Insgesamt wirft die Steuerung fahrerloser Züge auf Langstrecken ganz andere technische und organisatorische Fragen auf als die Vollautomatisierung für bestimmte Prozesse in abgeschlossenen Bereichen. Daher stellt sich zunächst einmal die Frage, welche Einsatzbereiche im Schienengüterverkehr besonders geeignet sind, um autonomes Fahren auf der Schiene zu erproben. Oder vielmehr umgekehrt: Welche innovativen Technologien können Bahnunternehmen tatsächlich gebrauchen, um von der Automatisierung der Schiene tatsächlich profitieren zu können? Wie erhält man brauchbare technische Innovationen? Deutsche Technologien haben weltweit den Ruf, besonders robust, zuverlässig und präzise zu sein. In den meisten Fällen arbeiten hochspezialisierte Teams zunächst intensiv an technologischen Innovationen und präsentieren erst nach Abschluss der Entwicklungsarbeiten ihre Innovationen der Öffentlichkeit. Das Entwickeln im „stillen Kämmerlein“ kann allerdings dazu führen, dass die Technologie nicht den Ansprüchen und Wünschen der zukünftigen Anwender entspricht. Dieses Problem ist nicht unerheblich, denn tatsächlich landet ein wesentlicher Anteil der Prototypen aus Forschungs- und Entwicklungsprojekten schlussendlich in der Schublade. So schwankt beispielsweise die Misserfolgsquote innovativer Produkte im Konsumgütersektor zwischen 35 % und 60 % [7]. Doch wie lassen sich solche technologischen Fehlentwicklungen vermeiden? Eine naheliegende Lösung ist es, die späteren Kunden oder Anwender in die technischen Entwicklungsprozesse einzubeziehen - und das möglichst frühzeitig. In den letzten Jahren haben sich in diesem Zusammenhang vor allem zwei Ansätze zunehmend verbreitet: das Design Thinking sowie das User Centred Design [8]. Während beim Design Thinking die interdisziplinäre Visions- und Ideenentwicklung im Vordergrund steht, bezieht sich User Centred Design vielmehr auf den konkreten Gestaltungsprozess, bei dem am Ende ein nutzergerechtes Produkt Internationales Verkehrswesen (68) 4 | 2016 66 TECHNOLOGIE Entwicklungsprozesse herauskommen soll. Für das User Centred Design gibt es sogar eine eigene DIN-Norm (ISO 9241-210: 2010). Beide Ansätze verfolgen das gemeinsame Ziel, Nutzungs- und Akzeptanzprobleme bei künftigen Anwendern bereits in einer frühen Designphase zu erkennen, so spätere Anpassungsschleifen zu vermeiden und die Markterfolgschancen zu erhöhen. Auch in der Softwareentwicklung gab es in den letzten Jahren ein Umdenken, denn zumindest für einige Aufgaben haben offene Prozesse mit wenig Regeln schneller zu besseren Produkten geführt als das bisher eher lineare Vorgehen. Die Grundsätze einer solchen agilen Prozessgestaltung haben im Jahr 2001 insgesamt 17 IT-Entwickler im „Manifest für agile Softwareentwicklung“ (http: / / agilemanifesto.org) festgehalten. Bei agilen Softwareentwicklungsprozessen kann es reichen, wenn das „Wunschprodukt“ des Kunden zu Beginn grob bestimmt und erst im Laufe der Arbeit weiter spezifiziert wird. Anders als bei Konsumprodukten kommt es bei Innovationen für den Schienenverkehr darauf an, dass die Technik sehr zuverlässig funktioniert und in bestehende soziotechnische Systeme eingebettet ist. Das heißt vor allem, dass noch vor der eigentlichen Entwicklungsarbeit geklärt werden muss, ob die systemische Integration grundsätzlich machbar ist. Da die Entwickler in der Regel nicht mit den einzelnen Abläufen im Bahnbereich vertraut sind, bedarf es eines laufenden „sozio-technischen Transfers“ zwischen Entwicklern und späteren Anwendern, um ein gemeinsames Verständnis über das System zu erhalten, in das die Innovation am Ende integriert werden soll. Zum Beispiel: Autonomes Rangieren mit einem integrierten Satellitennavigations-Empfänger Im Projekt Galileo Online: GO! (go-galileoonline.de) besteht die technische Innovation in einem hochgenauen Satellitenempfänger, der im Bereich des autonomen Rangierens zum Einsatz kommen wird. Im Projekt GO! wird dazu eine integrierte Lokalisierungslösung entwickelt, bei der ein spezieller Empfänger Galileo-Signale mit GPS-Signalen kombiniert und für die weitere Nutzung in Zugsicherungs-, Zugsteuerungs-, und Zugüberwachungssystemen aufbereitet. Außerdem enthält der GO! - Empfänger ein Kommunikationsmodul, mit dem Kartendaten abgerufen, Korrekturdaten für die Lokalisierung ermittelt und Daten mit einer zentralen Serviceeinheit ausgetauscht werden können. Galileo Online: GO! wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert und läuft von April 2015 bis März 2018. Das Innovationszentrum für Mobilität und gesellschaftlichen Wandel (InnoZ) GmbH hat innerhalb des Projekts die Rolle, relevante Stakeholder aus der Bahnbranche in den Entwicklungsprozess zu integrieren, um den soziotechnischen Transfer zwischen den Entwicklern und den späteren Anwendern anzuregen. Damit sollen nicht nur brauchbare Einsatzfelder des GO! - Empfängers im Bereich des autonomen Rangierens bestimmt werden, sondern schon in einem sehr frühen Entwicklungsstadium ein gemeinsames Verständnis zu Anwendungsszenarien, Anforderungen und zentralen Randbedingungen für den Einsatz des Empfängers geschaffen werden. Hierfür wurden verschiedene Ansätze aus dem User Centred Design wie Co-Creation-Workshops und Kreativ-Methoden mit einem agilen Vorgehen kombiniert, was für ein so stark reguliertes und techniklastiges Anwendungsfeld wie dem autonomen Rangieren durchaus noch ein Novum ist. Das Ergebnis der Workshop-Reihe waren insgesamt 42 Use Cases, in denen der Einsatz des GO! -Empfängers tatsächlich die derzeitigen Prozesse beim Rangieren optimieren kann. Daraus wurden zusammen mit allen Stakeholdern zentrale Anwendungsszenarien ausgewählt, die nun für die weiteren technischen Entwicklungsarbeiten als Leitbild dienen. Lessons learnt Damit technologische Hardware- und Software-Innovationen so konzipiert werden, dass sie später auch wirklich gebraucht werden und nicht „in der Schublade“ landen, ist ein laufender Austausch zwischen Entwicklern und späteren Anwendern in einem sehr frühen Entwicklungsstadium sehr hilfreich. Agile Prozesse und Kreativ-Methoden sind für Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Business-to-Business-Bereich allerdings immer noch eher unüblich. Daher wurde die Kommunikation zwischen Entwicklern und Anwendern im Projekt GO! parallel beobachtet und im Hinblick darauf evaluiert, ob sie das inter- und transdisziplinäre Verständnis erhöhen und den Entwicklungsprozess effizienter gestalten. Eine wichtige Erfahrung war hierbei grundsätzlich für alle Projektbeteiligten, dass die gemeinsame Arbeit an Use Cases dazu beitrug, sich nicht nur über sicherheitsrelevante Randbedingungen, sondern auch über Einsparpotenziale und Geschäftsmodelle rund um das autonome Rangieren klar zu werden. In den Feedback- Befragungen hoben die Projektbeteiligten außerdem die folgenden Aspekte als besonders hilfreich für die weiteren Entwicklungsarbeiten hervor: Kleingruppendiskussionen in lockerer Runde: Aus den verschiedenen Kreativ-Formaten, die in den Workshops erprobt wurden, haben die Beteiligten die Diskussionen in gemischten Gruppen aus etwa sechs bis acht Entwicklern und Anwendern als besonders bereichernd empfunden. Situationen, in denen man ruhig auch mal „aus dem Nähkästchen“ plaudern kann, können also das Verständnis zwischen Forschung und Praxis deutlich erhöhen. Bildliche Darstellung der sichtbaren und „unsichtbaren“ Prozesse: Die drei zentralen Anwendungsszenarien wurden in ei- 0 2 4 6 8 10 12 War das Blueprinting effizient, um die Prozesse rund um das automatisierte Rangieren darzustellen? War die Anforderungsanalyse entlang des Blueprints effizient, um den Testing- Prozess darzustellen? Hat das Blueprinting schnell zum Ziel geführt? Ja Nein Weiß nicht Bild 1: Bewertung der Blueprinting-Methode durch die Prozessbeteiligten (n = 15) Internationales Verkehrswesen (68) 4 | 2016 67 Entwicklungsprozesse TECHNOLOGIE nem Workshop über ein „Service-Blueprint“ dargestellt [9]. Hierbei werden die Abläufe skizziert, die vor und hinter der sogenannten „Linie der Sichtbarkeit“ stattfinden. Die eigens an das Projekt angepasste Methode hat einerseits dazu geführt, dass die Anwender verstanden haben, welche technischen Prozesse im Hintergrund zum Laufen gebracht werden müssen. Umgekehrt mussten sich die Entwickler klar machen, welche Teile ihrer technologischen Lösungen letztendlich der Öffentlichkeit oder potenziellen Auftraggebern gezeigt werden können. Das Bild der Abläufe in Form eines Blueprints veranschaulicht im wahrsten Sinne des Wortes den Konsens zwischen Anwendern und Entwicklern zum jeweiligen Use Case und kann damit als „Leitbild“ für die weiteren Entwicklungsprozesse genutzt werden. Dementsprechend wurde in der Feedback- Befragung zum Workshop die Methode von den Teilnehmern auch als effiziente Arbeitsmethode bewertet (s. Bild 1). Agile Prozessgestaltung: Für Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die wie das Projekt GO! in Förderprogramme eingebunden sind, ist eine agile Prozessgestaltung höchst innovativ und bei denen daher der Projektablauf schon im Antrag weitgehend festgelegt ist. Dass wie in GO! der Spielraum so weit wie möglich ausgenutzt wurde, um zunächst erst einmal gemeinsam mit den Stakeholdern aus der Praxis „loszulaufen“ und erst im Projektverlauf zu schauen, welche Grenzen bestehen, war für alle Beteiligten neu. Dieses agile Vorgehen hat sich insofern ausgezahlt, als das Projektteam sich schon zur Projekthalbzeit „auf einem sehr guten Weg“ fühlt - und das ist keineswegs eine Selbstverständlichkeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Das Experiment, partizipative Methoden aus der Softwareentwicklung für ein „Update auf der Schiene“ zu nutzen, war im Projekt GO! aus Sicht aller Beteiligten insgesamt äußerst erfolgreich. Besonders für die Verkehrsbranche bedeutet der Einsatz von Kreativ-Methoden und agiler Projektplanung, dass die bisher noch meist linear geplanten Entwicklungsprozesse in einem frühen Stadium besser „eingenordet“ werden können. So können am Ende Fehlentwicklungen und -investitionen vermieden werden, wenn es darum geht, die Schiene für das digitale Zeitalter fit zu machen. ■ LITERATUR [1] Calais, C. (2012): RATP Automatiser la ligne 1 du métro, un défi logistiqueSupply Chain Magazine, März 2012, S. 30-32. [2] Hegmann, G. (2016): Experte empfiehlt mehr Automatisierung im Bahnverkehr, Welt vom 11.02.2016, https: / / www.welt.de/ wirtschaft/ article152120387/ Experte-empfiehlt-mehr-Automatisierung-im- Bahnverkehr.html. [3] ZEIT ONLINE (2016): Bahn plant autonome Züge, 09.06.2016, http: / / www.zeit.de/ mobilitaet/ 2016-06/ deutsche-bahn-autonomes-fahren-zug-lokfuehrer. [4] Fraune, B. (2014): Zug ohne Lokführer: Wie fahrerlose Bahnen die Metropolen erobern, Impulse, 02.10.14, https: / / www.impulse.de/ ittechnik/ zug-ohne-lokfuehrer-wie-fahrerlose-bahnen-die-metropolen-erobern-ausser-in-deutschland/ 2030924.html. [5] Doll, N. (2014): Bahn könnte fahrerlos fahren - aber sträubt sich, Welt vom 08.11.2014, https: / / www.welt.de/ wirtschaft/ article134120632/ Bahn-koennte-fahrerlos-fahren-aber-straeubt-sich.html. [6] Randelhoff, M. (2014): Automatisierter Bahnbetrieb und führerlose Züge: Eine Einführung (Technik, Vorteile, Hürden, Umsetzungszeitraum), Zukunft Mobilität vom 08.11.2014, http: / / www.zukunft-mobilitaet.net/ 90799/ schienenverkehr/ eisenbahn/ fuehrerlose-zuegetechnik-zulassung-vorteile-nachteile-streik/ . [7] Albers, S., Gassmann, O. (2005): Handbuch Technologie- und Innovationsmanagement: Strategie - Umsetzung - Controlling, Wiesbaden: Gabler Verlag. [8] Plattner, H., Meinel, C., Weinberg, U. (2009): Design-Thinking, Innovation lernen - Ideenwelten öffnen, München: Finanzbuch Verlag, 2009. [9] Allert, R., Fließ, S. (1998): Blueprinting eine Methode zur Analyse und Gestaltung von Prozessen; in: Kleinaltenkamp, M., Ehret, M. (Hrsg.): Prozessorientierung im Technischen Vertrieb, Berlin: Springer, S. 195-211. René Zweigel Institut für Regelungstechnik, RWTH Aachen r.zweigel@irt.rwth-aachen.de Valentin Jahn Valentin Jahn Consult UG, CAR2AD, Berlin valentin.jahn@car2ad.de Helga Jonuschat, Dr. Team Digital Solutions, InnoZ GmbH, Berlin helga.jonuschat@innoz.de Ulrike Walter Team Connected Mobility, InnoZ GmbH Berlin ulrike.walter@innoz.de