Software Defined Products beschreiben eine neue Art von Produkten, bei der die Software und nicht die Hardware im Mittelpunkt steht und die zur Bereitstellung vielfältigster Lösungen verwendet wird.

Die Charakteristika von Software Defined Products

Software Defined Products lassen sich anhand der folgenden Charakteristika beschreiben:

  • Produktnutzen wird programmierbar: Weite Teile des Funktions- und Nutzenspektrums eines Produktes erschließen sich nur noch digital und werden über Apps oder digitale Displays gesteuert. 
  • Produkt-Release = Software-Update: Neue Features werden als Software-Update eingespielt und bereitgestellt. Der Kunde muss dafür nicht mehr auf die neue Geräte- bzw. Hardwaregeneration warten.
  • Differenzierung über Software-Funktionen und Usability: Die Hardware- und Material-Eigenschaften von Produkten treten sukzessive in den Hintergrund. Ein wesentlicher Teil des Produktnutzens ergibt sich zukünftig aus den software-basierten Funktionalitäten, der Sensorik und der Vernetzung der Geräte zu einer ganzheitlichen IoT-Lösung.

Demzufolge wird die Software-Entwicklung ein zentraler Aspekt des Product-Lifecycles. Denn vom Prototyping bis in die Produktivphase hinein ist die Software die wesentliche Stellgröße, welche die Produktentwicklung maßgeblich beeinflusst.

Potential, Komplexität und Kosten

Im Eifer des Gefechts um Digitalisierung, Analytik und Cloud kann man leicht die Fortschritte übersehen, die derzeit in den Bereichen Infrastruktur und Betrieb von statten gehen. Die gesamte Betriebsumgebung – Server, Speicher und Netzwerk – kann heute virtualisiert und automatisiert werden. Das Rechenzentrum der Zukunft bietet das Potenzial, nicht nur Kosten zu senken, sondern auch die Geschwindigkeit drastisch zu erhöhen sowie die Komplexität der Bereitstellung, Implementierung und Wartung von Technologien zu reduzieren. “Software Defined Everything” kann Infrastrukturinvestitionen wesentlich kostengünstiger möglich machen und so zu einem Wettbewerbsvorteil werden.

Herausforderung an die Mobility Industrie – Aufbau einer ganzheitlichen Software-Systemkompetenz

Der softwaregesteuerte Wandel vollzieht sich in allen Branchen. Auch die Automobilindustrie ist seit Jahren mitten drin im Strukturwandel: Vernetzte Dienste gibt es schon seit Jahrzehnten, Autos enthalten bereits bis zu 100 elektronische Steuergeräte, die von Millionen von Codezeilen unterstützt werden, und es werden fortschrittliche KI-Algorithmen für das autonome Fahren entwickelt. Das Hard- und Software-Engineering für Automobilsysteme verändert sich grundlegend und umfasst moderne eingebettete und Cloud-Technologien, verteiltes Computing, Echtzeitsysteme und verteilte Sicherheitssysteme.

Automobilhersteller und Software-Systemkompetenz

Dennoch sind die meisten Automobilhersteller derzeit nicht in der Lage, softwaredefinierte Traumautos zu bauen. Einige Unternehmen haben gar den Strukturwandel nicht überlebt, und es ist sicherlich ein Fehler, Schlüsselindikatoren für potenzielle groß angelegte Umwälzungen außer Acht zu lassen. Besonders ist auf Akteure anderer Industrien, wie z.B. der Telekommunikationsindustrie, zu achten. Diese drängen oftmals mit überlegener Technologie in den Markt der Automobilindustrie. Die hard- und softwareintensiven Systeme in modernen Autos bieten viele neue Möglichkeiten, aber sie erfordern auch eine sorgfältige Konzeption, Implementierung, Überprüfung und Validierung, bevor sie für die Nutzer freigegeben werden können. Um die schnell wachsende Komplexität zu beherrschen, braucht die Software für die Automobilindustrie eine klare Architektur. Natürlich muss die Architektur auch die Anforderungen an SW/HW-Qualität, funktionale Sicherheit und Cybersicherheit erfüllen. 

Zwei zusammenlaufende Trends

Trotz pandemiebedingter Verzögerungen müssen die Akteure der Automobilindustrie auf den Übergang zu Produkten setzen, deren Eigenschaften ganz wesentlich von der implementierten Software bestimmt werden, ja, sie müssen diesen Übergang jetzt beschleunigen. Es gibt Anzeichen dafür, dass sich der Automobilabsatz erholen wird. Und es liegt nahe, dass die Pandemie eine Kundschaft fördert, die aus Sicherheitsgründen zum Autobesitz tendiert und zudem an softwarebasierte Funktionen gewöhnt ist – zwei Trends, die zusammenlaufen werden, wobei die Autokäufer Fahrzeuge bevorzugen, welche dieselben softwarebasierten Optionen enthalten, auf die sie sich zu Hause, bei der Arbeit und in der Freizeit schon verlassen. Um sich auf diese Nachfrage vorzubereiten, müssen die Autohersteller Software in den Mittelpunkt ihrer Aktivitäten und Produkte stellen – mithilfe einer ganzheitlichen Software-Systemkompetenz. Agile Servicebereitstellungsmodelle, die DevOps, Microservices und Cloud-Lösungen kombinieren, werden funktionale Veränderungen ermöglichen, die weit über den traditionellen V-Entwicklungsansatz hinausgehen. Das softwaredefinierte Auto kombiniert verschiedene Arten von Hard- und Software-Architekturen und die HW/SW-Designer und -Architekten müssen mit einer Reihe von Paradigmen und bewährten Praktiken aus verschiedenen Hard- und Software-Disziplinen vertraut sein.

Big Data Services, Autonomes Fahren, Smart City und Smart Grids

Eine Smart City definiert sich wesentlich über Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Es geht dabei darum den wachsenden Herausforderungen der Urbanisierung zu begegnen. Ein großer Teil dieses IKT-Rahmens ist ein intelligentes Netz von miteinander verbundenen Objekten und Maschinen, das Daten mithilfe von Drahtlostechnologie und Cloudanwendungen überträgt. 

Cloud-basierte IoT-Anwendungen 

Cloud-basierte IoT-Anwendungen empfangen, analysieren und verwalten Daten in Echtzeit, um Kommunen, Unternehmen und Bürgern zu helfen, bessere Entscheidungen zu treffen, die die Lebensqualität verbessern können.

Smart City Ökosysteme

Die Bürgerinnen und Bürger interagieren auf verschiedene Weise mit Smart-City-Ökosystemen, indem sie Smartphones und mobile Geräte sowie vernetzte Autos und Häuser nutzen. Die Verknüpfung von Geräten und Daten mit der physischen Infrastruktur und den Diensten einer Stadt kann Kosten senken und die Nachhaltigkeit verbessern. So können beispielsweise Gemeinden mit Hilfe des IoT die Energieverteilung verbessern, die Müllabfuhr rationalisieren, Verkehrsstaus verringern und die Luftqualität verbessern.

Beispiele des Automotive-Bereichs in einer Smart City:

  • Autonomes Fahren: Fortbewegung mithilfe von Fahrzeugen, mobilen Robotern und fahrerlosen Transportsystemen, die sich weitgehend autonom verhalten.
  • Intelligente Stromnetze (Smart Grids) kombinieren Erzeugung, Speicherung und Verbrauch. Eine zentrale Steuerung stimmt sie optimal aufeinander ab und gleicht somit Leistungsschwankungen – insbesondere durch fluktuierende erneuerbare Energien – im Netz aus.
  • Smarte Verkehrssteuerung: Vernetzte Ampeln empfangen Daten von Sensoren und Autos und passen die Ampelschaltung und den Zeitplan an das Verkehrsaufkommen in Echtzeit an, um Staus auf den Straßen zu verringern. 
  • Vernetzte Autos können mit Parkuhren und Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV) kommunizieren und die Fahrer zum nächsten freien Parkplatz leiten. 
  • Intelligente Mülltonnen senden automatisch Daten an die Entsorgungsunternehmen und planen die Abholung nach Bedarf und nicht nach einem im Voraus festgelegten Zeitplan. 
  • Smarte Administration: Und das Smartphone der Bürgerinnen und Bürger wird zum mobilen Führerschein und Personalausweis mit digitalem Ausweis, was den Zugang zur Stadt und zu den Dienstleistungen der Kommunalverwaltung beschleunigt und vereinfacht. 

Zusammen optimieren diese Smart-City-Technologien die Infrastruktur, die Mobilität, die öffentlichen Dienstleistungen und die Versorgungseinrichtungen. Der Automotive Bereich wird durch umfassende Flotten- und Fahrzeugfunktionen profitieren.

Software-Qualität (ASPICE), funktionale Sicherheit, TISAX und Cyber Security

In der Telekommunikation wurden in den 90er und frühen 2000er Jahren schon Cybersecurity-Vorschriften eingeführt, im medizinischen Bereich sogar noch früher. Und obwohl schon seit vielen Jahren auch die Internetfähigkeit von Fahrzeugen technisch realisiert ist und Software-Updates vieler auf dem Markt befindlicher Fahrzeuge schon Over the Air (OTA), also drahtlos laufen, hat die Automobilindustrie in den letzten 40 Jahren die Cybersicherheit nicht besonders priorisiert, so dass die Branche im Vergleich zu vielen anderen Sektoren heute einen Rückstand aufweist. Dies ist umso bedrohlicher als die Funktionsfähigkeit von Fahrzeugen heute auf Millionen von Codezeilen basiert, und Kommunikationsbusse wie z.B. CAN, LIN oder auch Ethernet beliebte Einfallstore für Hacker-Angriffe geworden sind. 

Cyber Security als erfolgskritischer Faktor

Cyber Security ist also zum erfolgskritischen Faktor geworden und muss Teil der Unternehmens-Gesamtsystemfunktion werden. Alle Cyber-Sicherheits-Aspekte müssen über die gesamte Wertschöpfungskette mitgedacht werden. Andernfalls bestünde die ständige Gefahr, dass ein Dritter die Kontrolle über das Auto übernimmt, während es gefahren wird. 

Die wichtigsten Regularien im Überblick

Seit 2020 gibt es nun auch verpflichtende Regularien zu Cyber Security und Software-Updates für die Automobilindustrie und ihre Akteure. So ist zum Beispiel ein ganzheitliches Cyber Security Management System (CSMS) sowie ein Software Update Management System (SUMS) für Fahrzeughersteller und deren Typgenehmigung verpflichtend geworden. Wir haben schon mehrfach darüber berichtet. Auch die ISO/DIS 24089 und ISO/SAE 21434sind hinzugekommen sowie die NormISO/TR 4804:2020 Straßenfahrzeuge – Sicherheit und Cybersicherheit für automatisierte Fahrsysteme – Entwurf, Überprüfung und Validierung und die TISAX® (Trusted Information Security Assessment Exchange)-Norm des VDA. TISAX® fokussiert auf die Bedürfnisse der Automobilindustrie: Mit einer Zertifizierung für die Automobilzulieferer soll die Informationssicherheit in der Automobilindustrie sichergestellt werden. Der Verband der Automobilindustrie (VDA) hat im vergangenen Februar den Leitfaden Automotive SPICE for Cybersecurity herausgegeben. Automotive Spice oder ASPICE steht für Automotive Software Process Improvement and Capability Determination und soll unter anderem die Leistung und Qualität der Software Entwicklungsprozesse der OEMs und deren Zulieferern in der Automobilindustrie bewerten. 

All diese neuen Regularien dienen nun als Grundlage für jedes Unternehmen, das mit OEMs zusammenarbeitet, sowie für die Automobilhersteller selbst. 

Wir betrachten alle Ebenen: Flotte (Lifecycle), System (Fahrzeug), Subsystem und Komponenten 

Die (Weiter-)Entwicklung von Fahrzeugsoftware bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten für Ihr Unternehmen:

  • Erfüllung dynamischer Erwartungen der Kunden
  • Bereitstellung neuer Funktionalitäten 
  • Sicherstellung der Verkehrssicherheit durch qualitativ hochwertige Software 
  • Erfüllung von Qualitätsanforderungen durch entsprechende Tests
  • Vorausschauende Diagnose und Flottenmanagement sowie Telematik
  • Sicherer Zugriff auf Fahrzeugdaten von jedem Ort aus
  • Ermöglichung von Firmware-Updates over the Air
  • Software für die Fahrzeugverfolgung
  • Entwicklung von Software für die Fahrzeugnavigation, die den Bedürfnissen der Fahrer von Elektrofahrzeugen gerecht wird

Automotive Software Engineering ist Bindeglied zwischen Backend Softwareanwendungen und den Hardwarekomponenten eines Fahrzeugs. 

Die Notwendigkeit von Over-the-Air (OTA)-Software-Updates 

Der Markt für Over-the-Air (OTA)-Software-Updates in der Automobilindustrie hat sich im letzten Jahr stark verändert. Die großen Automobilhersteller drängen darauf, den Einsatz von OTA-Updates in der Breite auszurollen und für vernetzte Fahrzeuge einzusetzen. Neue Vorschriften sowohl für OTA-Updates als auch für die Cybersicherheit sind erst kürzlich verabschiedet worden (wir haben darüber berichtet) und weitere werden mit dem Fortschritt der Technik erforderlich sein.

  • Es gibt Vorschriften, die die Verpflichtungen von OEMs und Zulieferern bei der Aktualisierung von Software zur Erfüllung gesetzlicher Anforderungen festlegen.
  • Die technischen Vorraussetzungen für OTA-Updates und das Know-how sind bereits verfügbar. 
  • Automobilhersteller werden in Zukunft nicht nur Software-Updates sondern auch weitere Features Over the Air in die Fahrzeuge „einspielen“. Die OTA-Übertragung muss also für die Automobilhersteller funktionieren und wird zu einem erforderlichen Unterscheidungsmerkmal im Wettbewerb. Hier liegt großes Potenzial für neue Einnahmequellen. 
  • Autokäufer erwarten verlässliche und bequeme OTA-Update-Funktionalität.
  • Die Nutzung der OTA-Übertragung für zusätzliche Funktionen in vernetzten Fahrzeugen nimmt stark zu. Nahezu jede Cloud-Plattform kann um weitere Anwendungen ergänzt werden, die dann OTA zum und ggf. wieder vom Auto „fließen“.

OTA-Übertragungen sind auf einem schnellen Wachstumspfad. Dieser Trend schafft einen starken Markt für „OTA-Clients“ und einen noch größeren Markt für „Cloud-OTA-Dienste“.

magility und Software Defined Products

Software Defined Products stehen mehr und mehr im Mittelpunkt aller Industrien und insbesondere auch der Automobilindustrie und ihrer Zulieferer. Ganz unabhängig von ihrer Größe wird diese Entwicklung tiefgreifende Auswirkungen auf die Unternehmen haben. Neue Strategien sind gefragt, um die Überlebensfähigkeit in den immer komplexeren Märkten zu sichern. Wir bei magility begleiten Unternehmen dabei, die Unternehmensstrategie unter Beachtung aller, durch das IoT neu einwirkenden, Faktoren zu überprüfen, anzupassen und Maßnahmen für die Strategieumsetzung zu identifizieren und zu implementieren. Dazu gehört auch die Integration neuer Leistungssegmente und ggf. ganzer neuer Geschäftsbereiche. Dabei kooperieren wir mit dem International Institute of Information Technology in Bangalore, Indien. Dr. Roland Haas ist Professor am IIITB und unser Spezialist für Software Defined Products, OTA-Funktionen und Software-Systemkompetenz für die Automobilindustrie. Kontaktieren Sie uns jetzt – Wir beantworten gerne ihre Fragen. 

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