Erschließung neuer Dienstleistungspotenziale durch web- basierte Zusammenarbeit und Grid-Computing
Erik Hebisch1, Oliver Strauß2
1Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart
2Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart
[erik.hebisch, oliver.strauss]@iao.fraunhofer.de
Abstract: Im industriellen Umfeld treten häufig stark arbeitsteilige Prozesse auf, bei denen mehrere Beteiligte zur Erreichung eines gemeinsamen Ziels kooperieren müssen. Die Zusammenarbeit kann dabei mit Hilfe einer Kollaborationsplattform effizienter gestaltet werden. In einem konkreten Szenario wurde in Zusammenar- beit mit einem mittelständischen Numerikdienstleister aus dem Bereich der Me- tallumformtechnik der Projektabwicklungsprozess zwischen mehreren Parteien durch eine portalbasierte Kollaborationsplattform unterstützt und zusätzlich Me- thoden des Grid-Computing in den typischen Ablauf eines Berechnungsprojekts integriert. Auf diese Weise konnte das Leistungsangebot des Dienstleisters um neue Dienste erweitert werden.
1 Einleitung
Das Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten1 Projekts PartnerGrid [PG10] ist die Erprobung von Grid- und Cloud-Computing in kon- kreten Anwendungsfällen aus der industriellen Praxis. Als Testfeld dienten verschiedene rechenintensive Szenarien, die gemeinsam mit Industriepartnern aus den Bereichen Gie- ßereiprozesssimulation und Umformtechnik realisiert wurden. Im Szenario „Umformsi- mulation“ lag der Schwerpunkt darin, Grid-Computing in die Abläufe des Berechnungs- dienstleisters zu integrieren und den Projektabwicklungsprozess zwischen mehreren beteiligten Partnern einer Wertschöpfungskette durch eine portalbasierte Kollaborations- plattform zu unterstützen [We07]. Das betrachtete Szenario stellt sich wie folgt dar: Ein Großunternehmen (Auftraggeber) gibt bei einem mittelständischen Betrieb (Zulieferer) ein Bauteil in Auftrag, für das er als Qualitätsdokumentation Simulationen des Produkti- onsprozesses und der Bauteileigenschaften verlangt. Der Zulieferer kann diese Simulati- onen nicht selbst durchführen und beauftragt einen Dienstleister mit der Berechnung.
1Förderkennzeichen 01G07009A-D
Der Dienstleister erarbeitet mit dem Zulieferer in einem iterativen Prozess aus Anforde- rungsaufnahme, Simulation und Ergebnisdiskussion die Ergebnisse, die dann an den Auftraggeber übergeben werden. Der Dienstleister verfügt über das nötige fachliche Know-How, entwickelt die Simulations-Software und bietet sie zusammen mit Bera- tungsleistungen wie z.B. Modellaufbereitung und Simulationsauswertung an. Er verfügt über eigene Rechenkapazitäten, mit denen er seine Software testet, auf denen er aber auch für vorwiegend mittelständische Kunden Berechnungen durchführt, wenn diese nicht selbst über die nötigen Kapazitäten verfügen.
2 Optimierung des Projektablaufs
Abbildung 1: Screenshot des Portals
Projekte mit mittelständischen Unternehmen stellen eine besondere Herausforderung für den Dienstleister dar. Da die Simulationen bei ihm berechnet werden, sind ihm durch seine eigenen Rechenkapazitäten Grenzen gesetzt. Der Projektablauf gestaltet sich im Vergleich mit Großkundenprojekten ebenfalls aufwändiger, da die Berechnungsingeni- eure beim Dienstleister arbeiten, die iterative Abstimmung der Simulationsergebnisse jedoch beim Kunden erfolgt. Dies führt zu einem erhöhten Koordinations- und Kommu- nikationsaufwand und erfordert zeitintensive Dienstreisen. Außerdem haben die Projekte einen kleineren Umfang, so dass der Dienstleister stets das Kosten-/Nutzen-Verhältnis beachten muss. Er versucht daher, seine Rechenkapazitäten angemessen zu erweitern und den Projektablauf zu optimieren.
Für die Erweiterung der Rechenkapazitäten in diesem Szenario wurde die Verwendung von Grid-Rechenressourcen erprobt. Der Dienstleister kann Berechnungsaufwände, die seine eigenen Rechenkapazitäten übersteigen, auf die im Grid vorhandenen Ressourcen verteilen. Die Möglichkeit, Spitzenlasten abzufangen, ist ein offensichtlicher Vorteil.
Zudem erlaubt die Benutzung der Grid-Ressourcen dem Dienstleister eine flexiblere Planung bei der Projektakquise, da er die nötige Hardware für die Berechnung nicht mehr selber anschaffen muss, sondern auf vorhandene Ressourcen zurückgreifen kann.
Für die Optimierung der Projektabwicklung wurde der Ansatz einer webbasierten Kolla- borations-Plattform verfolgt (siehe Abbildung 1). Eine Analyse der Projektabwicklung (siehe Abbildung 2) unter Einbeziehung der Plattform mit Hilfe der Service- Blueprinting-Methode [Sh81] ergab drei wesentliche Verbesserungen gegenüber dem oben beschriebenen Ablauf: Neue Arten der Kontaktaufnahme, ein integriertes Projekt- management und eine verbesserte Nachvollziehbarkeit des Projektablaufs. Im Bereich der Projektanbahnung entstehen über die Plattform neue Arten der Kontaktaufnahme.
Ein Demonstrationszugang, über den ein fiktiver Projektablauf vollständig eingesehen werden kann, dient der Information des Kunden und der Demonstration des neuen Servi- ce-Angebotes.
Start Ende
Kontaktaufnahme
Besuch des Portals im Internet
Demo-Account ausprobieren
Projektanfrage
Anlegen eines Projekts im Portal
Termin vereinbaren
Klärung Problem- stellung / Ziele
Daten ins Portal laden
Pre-Processing Ergebnis- diskussion
Präzisierung der Simulationsziele
Simulationslauf im Grid
Post-Processing Ergebnis- diskussion
Ziel erreicht?
Nein Projekt- abnahme Projekt exportieren
Ja
Projekt archivieren Rechnung- stellung Zahlung
KundeBeraterPortalDienstleisterGrid-Services
Sichtbarkeitslinie
Legende: Prozess Entscheidung
Abbildung 2: Service-Blueprint des Portal-Projektablaufs
Die Sichtbarkeitslinie in Abbildung 2 trennt die Prozessschritte, an denen der Kunde aktiv beteiligt ist und die er wahrnehmen kann, von denen, die für ihn unsichtbar ablau- fen. An dem Blueprint lässt sich ablesen, dass nur die technischen Prozesse, wie die Berechnung der Ergebnisse oder Administrationsarbeiten im Portal, vor dem Kunden verborgen sind, während er alle weiteren Aktivitäten, insbesondere die Simulationser- gebnisse, verfolgen, kommentieren und beeinflussen kann. Auf diese Weise wird die Transparenz für den Kunden erhöht und seine Teilhabe am Projektablauf verbessert.
Das Portal dient als zentrales Repository für die während des Projektablaufs anfallenden Artefakte. Dazu zählen die Protokolle der geführten Telefonate, die gesendeten E-Mails, die getroffenen Vereinbarungen und alle Ergebnisse und Zwischenergebnisse der Simu- lationsläufe. Weitere für die Projektabwicklung wichtige Kollaborationswerkzeuge wie z.B. ein Desktop-Sharing-Portlet zur interaktiven Bewertung von Simulationsergebnis- sen stehen ebenfalls zur Verfügung.
Die Aktivitäten im mittleren und im hinteren Bereich des Blueprints tragen zur Nach- vollziehbarkeit des Projektes bei. Die Daten stehen im zentralen Repository den Projekt- partnern zur Verfügung. Nach dem Abschluss des Projektes hat der Kunde die Möglich- keit, den gesamten Ablauf des Projektes mit allen angefallenen Artefakten zu exportie- ren.
3 Architektur
Apache Webserver
Remote Computing Environment (RCE)
Globus
WebDAV Kollaborationsplattform (Liferay Portal)
Gastzugang Zweistufige Registrierung
Kollaboration Anbindung
RCE Workflow Anbindung RCE Datenmanagement nx Remote
Desktop Vereinfachte Bedienung und Navigation
Sicherheit
Zertifikats- zuordnung /
Whitelist Credential- Verwaltung Zertifikatsbasiertes
Autologin Sicherer Zertifikats-Upload
Liferay Portlets: Wiki, Blog, Diskussionsforen, …
Grid-Ressourcen
Workflow GAT Datenmanagement
Abbildung 3: PartnerGrid-Architektur
Auf der untersten Ebene der PartnerGrid-Architektur stehen die Grid-Ressourcen, auf denen die Berechnungen letztendlich laufen. Auf die Ressourcenebene wird über die Grid-Middleware Globus2zugegriffen.
Der Ablauf der eigentlichen Berechnung im Grid ist für den Kunden nicht sichtbar (vgl.
Abbildung 2) und setzt sich in der Praxis aus interaktiven und automatisierten Prozess- schritten zusammen. Zu den interaktiven Prozessschritten gehört die Transformation der Daten des Kunden in das Format der Simulationssoftware (Pre-Processing). Diese Trans- formation erfordert in der Regel manuelle Nachbesserungen. Die eigentliche Umform- simulation wird automatisiert durchgeführt, indem die Simulationsparameter festgelegt
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und die Ergebnisse berechnet werden. Die abschließende Auswertung und die Erstellung der Reports (Post-Processing) wird beim ersten Mal interaktiv durchgeführt, kann bei Wiederholung der Simulation aber auch automatisiert ablaufen.
Die Automatisierung der genannten Schritte wurde über einen Workflow realisiert, der einzelne Schritte ins Grid delegieren kann. Hierbei kam die Integrationsplattform Remo- te Component Environment (RCE, [KK09]) zum Einsatz, die im Projekt weiter entwi- ckelt wurde. RCE bietet verschiedene Dienste für das kollaborative Arbeiten in verteilten Umgebungen an und reduziert damit die Komplexität bei der Entwicklung verteilter Anwendungen. Die einzelnen Dienste sind als OSGi-Bundles implementiert und werden über die OSGi-Implementierung Eclipse Equinox3als Sevices zur Verfügung gestellt.
Die Datenmanagement-Komponente von RCE vereinheitlicht die Sicht auf lokale und im Grid verteilte Daten, und ermöglicht in diesem Szenario der Grid-Middleware, dem Portal und den Pre- und Post-Processing-Anwendungen konsistenten Zugriff auf die Modelldaten. Über die Workflow-Komponente von RCE können Workflows mit ein- stellbaren Parametern gestartet werden. Die Workflows verteilen die Berechnungsaufga- ben unter Verwendung des Grid Application Toolkit (GAT) im Grid, sammeln die Er- gebnisse ein und stellen sie wieder im RCE-Datenmanagement ein. Dieses Verfahren ermöglicht dem Dienstleister eine automatisierte Einbindung der Grid-Services in die Kollaborations-Plattform.
Technische Grundlage des Portals ist der Open Source Portalserver Liferay4. Dieser liefert eine große Anzahl an vorgefertigten Komponenten für die Projektverwaltung und -abwicklung mit und wurde im Verlauf des Projektes gemäß den Anforderungen des Szenarios erweitert. Die vorhandenen Komponenten wurden durch einen E-Mail-Import ergänzt, über den E-Mails automatisch in das Projektlogbuch im Portal importiert wer- den können. Unter Verwendung von NX der Firma NoMachine5 wurde eine Desktop- Sharing-Schnittstelle realisiert, mit deren Hilfe Kunde und Dienstleister gemeinsam interaktiv 3D-Modelle und Simulationsergebnisse über das Portal begutachten können.
Eine weitere Neuentwicklung ist der Projektexport, der es ermöglicht, alle mit einem Berechnungsprojekt verbundenen Daten und Dokumente (Ergebnisdokumente, Foren- und Wiki-Einträge und Projekt-Logbuch) aus dem Portal zu Archivierungszwecken zu exportieren.
Für eine einfache Verwendung des Grids aus dem Portal heraus wurde RCE über zwei Komponenten an das Portal angebunden. Die erste Komponente ermöglicht den Zugriff auf die Daten im RCE-Datenmanagement direkt aus dem Portal heraus. So können Da- teien über den Webbrowser hoch- und runtergeladen werden. Die zweite Komponente ermöglicht das Starten von RCE-Workflows, mit denen Berechnungsaufgaben konfigu- riert und im Grid gestartet werden können. Beide Komponenten werden vom Portal über SOAP-Webserviceschnittstellen angesprochen.
4Liferay Webseite: http://www.liferay.com
5NoMachine Webseite: http://www.nomachine.com
3Eclipse Equinox Webseite: http://www.eclipse.org/equinox/
4 Zusammenfassung und Ausblick
Im Projekt PartnerGrid wurde anhand eines konkreten Szenarios bei einem Anbieter von Umformtechniksimulationen eine Lösung erarbeitet, um Grid-Computing in einem mit- telständischen Unternehmen gewinnbringend einzusetzen. Die Grid-Dienste wurden dabei mit einer portalbasierten Kollaborationsplattform zur Abwicklung von Berech- nungsprojekten kombiniert und in diese integriert. Diese Verknüpfung von flexibler Ressourcennutzung durch das Grid mit einer einfach zu bedienenden Projektunterstüt- zungsplattform bietet mehrere Vorteile für den Dienstleister und für den Kunden.
Für den Kunden stellt das erweiterte Service-Angebot einen Mehrwert dar, da für ihn keine eigenen Kosten für die Projektverwaltung und -dokumentation anfallen. Des Wei- teren sind alle Absprachen und Ergebnisse jederzeit abrufbar, was die Transparenz des Projektverlaufes erhöht. Der Kunde hat immer eine aktuelle Übersicht auf den Projekt- status, die Ergebnisse und die Kosten.
Durch die Anbindung der Grid-Infrastruktur ist außerdem ein internes Service-Angebot entstanden. Der Ingenieur kann über die Plattform mit dem Kunden abgestimmte Para- meter direkt verwenden und aus dem Portal einen Job im Grid berechnen lassen, der seinerseits seine Ergebnisdaten wieder im Portal veröffentlicht. Dort sind sie dann sofort vom Ingenieur und Kunden einsehbar und können diskutiert werden. Nicht zuletzt kön- nen in einzelnen Fällen Ergebnisdiskussionen über die Plattform abgewickelt werden und Reisekosten eingespart werden.
Mit Hilfe von Grid-Computing und Portaltechnologie konnte eine bestehende Dienstleis- tung verbessert und erweitert und so neue Marktpotenziale für den Dienstleister er- schlossen werden [Ni10].
Literaturverzeichnis
[KK09] Krämer-Fuhrmann, O.; Klein, J.: RCE – Remote Component Environment. In: NAFEMS Magazin, Online Journal; 14 (2009), No.3, S. 33-43
[We07] Weisbecker, A.: PartnerGrid – Cooperative Grid Solutions for Industrial Applications;
In: German Grid Initiative, Universitätsverlag Göttingen, 2007, S. 54-56
[PG10] PartnerGrid Webseite. Adresse: http://www.partnergrid.de. Letzter Abruf 23.04.2010 [Ni10] Niemann, J.: PartnerGrid – Kooperative Grid-Lösungen für industrielle Anwendungen.
In: GeNiuS – Newsletter von GNS und GNS Systems; Nr. 1 (2010), Braunschweig, 2010, S. 6-7. http://www.gns-mbh.com/fileadmin/user_upload/oeffentliche_downloads /Genius/Genius_2010_01.pdf. Letzter Abruf 23.04.2010
[Sh81] Shostak, L.: How to Design a Service. In: Donelly, J.H.; George, R.W. (Hrsg.): Market- ing of Services. Chicago 1981, S. 221-229
