Modellierung von Prozessen in der Feuerwehrdomäne zur Identifikation von Informationsbedarfen
1Christian Lindemann2, Stephan Prödel3, Rainer Koch4
Lehrstuhl für Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung (C.I.K.) Universität Paderborn, Fakultät Maschinenbau
Warburger Str. 100 33098 Paderborn S.Proedel@cik.uni-Paderborn.de lindemann@cik.uni-paderborn.de
Abstract: In dem Forschungsvorhaben Mobis Pro wird beabsichtigt, die Feuer- wehren durch ein IT-System mit einsatzrelevanten Informationen zu unterstützen.
Dazu müssen die individuellen Informationsbedarfe in den jeweiligen Phasen des Einsatzablaufes bekannt sein. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die Prozessmodel- lierung unter Verwendung von erweiterten Ereignisgesteuerten Prozessketten (eEPK) eine geeignete Lösungsmöglichkeit darstellt.
1 Einleitung
Mit einer zunehmend komplexer werdenden Umwelt steigen auch die Anforderungen an das technische Wissen, das die Feuerwehren neben ihrem Fachwissen benötigen, um Einsätze erfolgreich zu bewältigen. So bieten die stabilen Fahrgastzellen heutiger Autos einerseits eine erhöhte Sicherheit für die Passagiere bei Unfällen, andererseits versagt selbst modernes Rettungsgerät wenn nicht bekannt ist, an welchen Stellen es konstrukti- onsbedingt anzusetzen ist.
Alle erdenklichen Einsatzfälle und die dafür relevanten Informationen in Papierform zu sammeln und auf den Einsatzfahrzeugen der Feuerwehren mitzuführen ist schon auf Grund der resultierenden Menge der Dokumente unmöglich. Schon eine vollständige Liste aller möglichen Einsätze ist wegen der theoretisch unendlichen Anzahl von Kom- binationen und Variationen einzelner Ereignisse unrealistisch. Selbst wenn man sich auf die häufigsten Einsatzfälle beschränken würde und alle relevanten Dokumente in elekt- ronischer Form auf einem modernen Datenspeicher mitführen würde, bliebe das Problem der Datenaktualität.
1Dieses Paper basiert auf der Arbeit der Universität Paderborn im Projekt Mobis Pro im Rahmen des Förder- programms SimoBIT des BMWi (www.simobit.de).
2Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Lindemann ist Mitarbeiter am Lehrstuhl für Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung.
3Dipl.-Ing. Stephan Prödel ist Mitarbeiter am Lehrstuhl für Computeranwendung und Integration in Konstruk- tion und Planung und Projektleiter im Forschungsvorhaben Mobis Pro.
4Prof. Dr.-Ing. Rainer Koch ist Leiter des Lehrstuhls für Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung der Universität Paderborn
Um die Einsatzkräfte dennoch in jeder erdenklichen Schadenslage mit einsatzrelevanten Informationen zu unterstützen entwickelt die Universität Paderborn im Rahmen des Forschungsvorhabens Mobis Pro eine Mobilfunk gestützte Lösung zum „On Demand“
Zugriff auf an unterschiedlichen Standorten vorliegende Informationsquellen. Dabei wird auf Originaldaten im Besitz der jeweils für die Datenbestände verantwortlichen Organisationen, Ämter, Behörden oder Unternehmen zugegriffen um Redundanzen zu vermeiden und über die aktuellsten Informationen zu verfügen
Um den konkreten Informationsbedarf zu ermitteln und relevante Informationen durch ein zu entwickelndes IT-System in einem Einsatz verfügbar zu machen, wurden im Rahmen der Anforderungsanalyse die Abläufe in einer Feuerwehr modelliert und analy- siert. Zielsetzung des vorliegenden Artikels ist, die Gründe darzulegen, die zur Auswahl von eEPKs als Modellierungsmethode führten und die Erfahrungen der Prozessmodellie- rung in der Domäne Feuerwehr zu schildern.
2 Informationsgenerierung aus Prozessmodellen
In der Einleitung wurde herausgestellt, dass die Einsatzkräfte kurzfristig auf einsatzrele- vante Informationen angewiesen sind. Information wird hierbei nach Seifert definiert als:
„[...] gegenwarts- und praxisbezogene Mitteilung über Dinge, die uns im Augenblick zu wissen wichtig sind“ [Se71]. Um eine spätere Informationsunterstützung der Einsatz- kräfte zu ermöglichen, müssen die relevanten Informationen für verschiedene Arbeits- schritte im Vorfeld identifiziert werden. Im klassischen Wissensmanagement ist einer der ersten Schritte benötigtes Wissen zu identifizieren, relevante Prozesse zu verstehen und zu analysieren. Hierbei ist eine gewisse Fachkompetenz notwendig, um das Wissen bezüglich der Relevanz für die Geschäftsprozesse bewerten zu können [VDI09]. Um die relevanten Arbeitsabläufe zu verstehen und daraus die benötigten Informationen zu ext- rahieren und zu erfassen, bietet sich eine Modellierung der Prozesse der zu betrachten- den Unternehmung an.
Die Modellierung hat das Ziel die komplexen Abläufe in vereinfachter Form auf die wesentlichen Inhalte des Anwendungsbereiches zu reduzieren [GPW09]. Dies ermög- licht eine vereinfachte Sicht auf die verschiedenen Ebenen der Prozesse. Durch das ge- sammelte Verständnis bietet sich die Möglichkeit, Informationsbedarfe konkret in ver- schiedenen Arbeitsschritten zu betrachten. Ein weiterer Vorteil der Modellierung ist die Möglichkeit die Prozesse in standardisierter Form abzubilden. Hierbei wird der Spiel- raum für abweichende Interpretationen eingeschränkt. Somit wird ein gemeinsames Verständnis über die zu betrachtende Domäne ermöglicht [GPW09].
Ein Modell soll so einfach wie möglich, jedoch komplex genug sein, um die abzubilden- den Sachverhalte korrekt darzustellen. Um dies zu gewährleisten muss festgelegt werden auf welche Bereiche sich die Modellierung konzentriert, sowie der Zweck der mit dem Modell verfolgt wird. Im Rahmen von Mobis Pro soll eine Erhebung der Informations- bedarfe an spezifischen Prozessstellen erarbeitet werden. Ein besonderes Augenmerk fällt hierbei auf die Prozesse des abwehrenden Brandschutzes, der wiederum in vier Teilbereiche gegliedert wurde (vgl. Abb.1). In diesen Teilbereichen wurden wiederum
mehrere Systemebenen betrachtet. Zur Gliederung wurde hierfür ein Top down Ansatz verwendet. Um die Informationsbedarfe an verschiedenen Stellen zu identifizieren, bie- ten sich nun verschiedene Möglichkeiten an. Unterschieden wird hierbei zwischen sub- jektiven, objektiven und gemischten Verfahren [Kr05].
Abbildung 1: Prozessstruktur im abwehrenden Brandschutz
Um dem Modellgedanken weiterhin Rechnung zu tragen, bietet sich insbesondere die Methode der Prozessmodellierung als objektives Verfahren an [LS06].
Das Geschäftsprozessmanagement beschäftigt sich mit dem Herausfinden, Gestalten, Dokumentieren und Verbessern von Geschäftsprozessen. Ziel ist es, die in einem Unter- nehmen existierenden Informationen zu den eigenen Geschäftsprozessen zu nutzen, um sich auf den Kunden auszurichten und als Ergebnis die Unternehmensziele besser zu erreichen [Be08]. Auch im Requirements Engineering ist die Prozessmodellierung eine Methode zur Anforderungserhebung für Prozesse die mit IT-Systemen unterstützt wer- den sollen [GD06]. In der Literatur gibt es bis heute keine einheitliche Definition, was ein Geschäftsprozess ist. Daher wird folgende Definition verwendet:
„Ein Geschäftsprozess ist eine zielgerichtete, zeitlich-logische Abfolge von Aufgaben, die arbeitsteilig von mehreren Organisationen oder Organisationseinheiten unter Nut- zung von Informations- und Kommunikationstechnologien ausgeführt werden können. Er dient der Erstellung von Leistungen entsprechend den vorgegebenen, aus der Unterneh- mensstrategie abgeleiteten Prozesszielen. Ein Geschäftsprozess kann formal auf unter- schiedlichen Detaillierungsebenen und aus mehreren Sichten beschrieben werden. [...]“
[Ga08]
Solche Prozesse finden auch im Einsatzfall der Feuerwehr statt. Hier grenzt sich die Domäne der Feuerwehr von der allgemeinen betriebswirtschaftlichen Organisation ab. In dem Bereich der BWL sind die Zielgrößen sehr vielfältig, allerdings hauptsächlich kos- tenorientiert, während diese im Rettungseinsatz eine eher untergeordnete Rolle spielen [Ha07]. Die Hauptziele der Feuerwehr-Domäne sind die Throughputtime (Zeit die zwi- schen der eingehenden Schadensmeldung bis zur Beseitigung der Gefahr benötigt wird), sowie die Response time (Zeit die zwischen einem eingehenden Notruf bis zum Eintref- fen der Feuerwehren am Einsatzort vergeht). Die schnelle Bearbeitungszeit ist wichtig, um die Abwehr von Schäden an Personen, Tieren und der Umwelt zu gewährleisten.
Diese Werte stehen vor dem Erhalt von Anlagewerten. Die zeitliche Variante ist mit Sicherheit der entscheidende Unterschied zwischen diesen beiden Domänen. Allgemein- gültige Aussagen oder Empfehlungen zur Verwendbarkeit bestimmter Prozessmodellie-
rungstools können in der Regel nicht getroffen werden. Vielmehr hängt die Wahl der Methode vom Modellierungszweck und den gestellten Anforderungen hieran zusammen.
Der Markt bietet eine Vielzahl verschiedener Prozessmodellierungstools, was die Aus- wahl für die verschiedenen Anforderungen deutlich erschwert. Die Modellierungsme- thoden gliedern sich auf in rein grafische Modelle zur Visualisierung (Visio, DIN 1966) und semi formale Modelle, wie die erweiterten ereignisgesteuerten Prozessketten.
(eEPK). Des Weiteren gibt es Unterstützungswerkzeuge die stärker auf die informations- technische Umsetzung abzielen, wie die unified modelling Language (UML) oder Mo- delle, die sich stärker darauf konzentrieren mathematische Ereignisse und Zustände zu modellieren, wie die Petri Netze [OL08].
3 Anforderungen an eine Modellierungsmethode für Feuerwehrpro- zesse
Bevor mit einer Prozessmodellierung begonnen wird, muss der Betrachtungsgegenstand eingegrenzt werden. Dazu muss Klarheit darüber bestehen, was mit der Modellierung erreicht werden soll (Modellierungszweck). Das übergeordnete Ziel im Forschungsvor- haben Mobis Pro lautet: „Die erforderlichen Informationen zum relevanten Zeitpunkt an der richtigen Stelle“. Dazu müssen die handelnden Personen, ihre Tätigkeiten und die zur Erledigung ihrer Aufgaben notwendigen Informationen bekannt sein. Daher ergaben sich folgende Einzelziele:
• Darstellung von Aufbau- und Ablauforganisation einer Feuerwehr in standardi- sierter, bildlicher Form als Diskussionsgrundlage mit Domänenexperten und Aufbereitung für Domänenfremde
• Vereinheitlichung einer Mehrheit unterschiedlicher Einsatzfälle in einem Stan- dardeinsatzablaufmodell
• Identifikation von Informationsbedarfen in den spezifischen Prozessschritten
• Verwendung des Standardmodells als Leitkomponente in einem IT-System Im nächsten Schritt muss definiert werden, was modelliert werden soll (Modellierungs- gegenstand). Die Feuerwehr hat Gefahren für die öffentliche Sicherheit und Ordnung abzuwehren, die durch Brände, Explosionen, Überschwemmungen, Unfälle und ähnliche Ereignisse entstehen (§ 1 Abs.1 Feuerwehrgesetz). Dazu gehören im Wesentlichen vor- beugende Maßnahmen (vorbeugender Brandschutz) und schadenabwehrende Feuer- wehreinsätze (abwehrender Brandschutz und allgemeine Hilfeleistung) [Do03].
In diesen Bereichen tragen eventuelle Entscheidungen auch die weitreichendsten Konse- quenzen, womit eine umfassende Informationslage von großem Nutzen ist. Daher wur- den diese Bereiche für die Modellierung vorgesehen. Der letzte Schritt besteht in der Auswahl einer geeigneten Modellierungsmethode. Neben dem Modellierungszweck und den Anforderungen der Nutzer des späteren Modells müssen die spezifischen Eigen- schaften des Modellierungsgegenstands berücksichtigt werden. Im Fall der Feuerwehr müssen dabei die Prozesse des vorbeugenden Brandschutzes von denen der Feuerwehr- einsätze unterschieden werden. Die Prozesse des vorbeugenden Brandschutzes sind von
den gleichen Eigenschaften gekennzeichnet wie Verwaltungsprozesse. Die Eigenschaf- ten dieser Prozesse und ihre Anforderungen an eine Modellierungsmethode haben BE- CKER, ALGERMISSEN und NIEHAVES in [BAN03] beschrieben. Die grundlegende Eignung von eEPK zur Modellierung von Verwaltungsprozessen wurde dort bestätigt.
Ein Feuerwehreinsatz unterliegt demgegenüber anderen Rahmenbedingungen. Die meis- ten Einsätze sind Notfalleinsätze, die direkt nach Eingehen des Notrufes beginnen und unverzüglich bearbeitet und koordiniert werden müssen. Der Entscheidungsträger ist einem hohen Zeitdruck ausgesetzt, was einen erheblichen Stressfaktor darstellt. Die Einsatzsituation wird im Wesentlichen von vier Merkmalen charakterisiert [Pu92];
[FK94]; [HW08], [BPK09]:
• Komplexität
• Vernetztheit
• Intransparenz
• Dynamik
Hieraus ergeben sich die folgenden Anforderungen an die Methode: (vgl. auch [SDL05]
zum Einsatz von eEPK in der Krankenhausdomäne):
• Modellierbarkeit dynamischer Prozessabläufe, d. h. sequenzieller, paralleler und iterativer Abläufe.
• Darstellung von Entscheidungssituationen und des notwendigen Informations- bedarfs
• Berücksichtigung dynamischer Organisationsstrukturen im Falle von Änderun- gen der Alarmstufe
Weitere Anforderungen ergeben sich aus dem oben spezifizierten Modellierungszweck:
• Einfachheit (zur Diskussion mit Domänenexperten)
• Standardisiert (zur einheitlichen Modellierung, terminologische Konsistenz)
• Exportierbar, transformierbar (zur späteren Weiterverarbeitung in IT-Systemen)
4 Modellierung AB spezifischer Prozesse
Für die Prozessmodellierung in Mobis Pro wurden die semi-formalen eEPK’s eingesetzt, die ein wesentlicher Teil des ARIS Konzepts sind. Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPK) bestehen aus Ereignissen und dadurch ausgelöste Funktionen, die durch logische Operatoren miteinander in Beziehung gesetzt werden. Die Möglichkeit der Verwendung von Organisations-, Daten- und Informationsobjekten ist durch die erweiterten Ereignis- gesteuerten Prozessketten (eEPK) gegeben. Im deutschsprachigen Raum haben die eEPK’s sich inzwischen als Standard zur Modellierung von Geschäftsprozessen heraus- kristallisiert [Ol08]. Die Möglichkeit Prozesse in E-Goverment Projekten abzubilden, wurde schon mehrfach erfolgreich belegt [BAN03]. Auch zur Prozessmodellierung im Emergency Management wurden die eEPK’s z. B. im ERMA Projekt [RPA09] oder bei
der Modellierung eines ÜMANV5[PR09] erfolgreich eingesetzt. Somit zeigen die Vor- untersuchungen, dass die eEPK’s ein gutes Potenzial besitzen, die Prozesse des abweh- renden Brandschutzes (AB) abbilden zu können.
Die Literatur empfiehlt eine eher rudimentäre Modellierung der Ist-Prozesse, um sich stärker auf die Soll-Prozesse zu konzentrieren [Be08]. Im Projekt Mobis Pro wurde di- rekt mit der Modellierung der Soll-Prozesse begonnen, da die Ist-Prozesse teilweise stark variieren. Für die Soll-Prozesse der Feuerwehr wird z. B. durch die FWDV100 bereits ein grober Handlungsrahmen gegeben. Input für die Modellierung lieferten die Konsorti- alpartner IFR6und Kreis Paderborn sowie die Literaturrecherche7.
Die oben genannten Anforderungen Einfachheit, Standardisierbarkeit und Transformierbarkeit werden durch die semi-formale Modellierugsmethodik der eEPK abgedeckt. Die Einfachheit der Darstellung wurde hierbei schon unter Beweis gestellt [BAN03].
Die geforderte Standardisierbarkeit ist durch eine einheitliche Symbolik innerhalb der eEPK’s gewährleistet. Der Export der Prozesse in die ausführbare Business Process Excecution Language (BPEL) ist gewährleistet. Zwar gibt es Modellierungssprachen die den eEPK’s gegenüber hier Vorteile besitzen, allerdings fällt dies nicht so stark ins Ge- wicht, da hier das eingesetzte Transformationstool erheblich zur Qualität der Umwand- lung beiträgt[Kr08].
Auch die Methodenanforderungen konnten zufriedenstellend von den eEPK’s abgedeckt werden. Als problematisch hat sich allerdings die Modellierbarkeit dynamischer sowie iterativer Prozessabläufe dargestellt (vgl. auch Sarshar). Diesem Problem wurde im Projekt Mobis Pro konstruktiv begegnet. Im Zentrum stand hierbei der Führungskreis- lauf der Feuerwehr nach FwDV100 (vgl. Abb.2), welcher einen in sich abgeschlossenen iterativen Prozess darstellt. Die Bedingung Lage feststellen ist Ausgangspunkt für alle
5Überörtliche Unterstützung beim Massenanfall von Verletzten
6Institut für Feuerwehr- und Rettungstechnologie der Stadt Dortmund
7Gesetzestexte, Dienstvorschriften, Standardliteratur u. a. aus dem Kohlhammer Verlag Abbildung 2: Führungskreislauf der Feuerwehr Quelle: (FWDV100)
weiteren Prozesse im AB.
misch veränderten Umweltbedingungen angepass weise Adaption der Prozesse.
Informationen, die für die Ausführung von Prozessschritten notwendig sind, wurden anhand des fertigen Prozessmodells mit Domänenexperten für jede Rolle und jeden einzelnen Prozessschritt auf
konnten diese dann im Nachgang als Informationsobjekte in die eEPK integriert werden.
Um die Informationsbedarfe bestimmter Rollen in einem Prozess zu identifizieren, wu den die eEPK’s in sogenannte „swimla
werden in swimlanes nur die Prozessschritte und die dazugehörigen Informationsbedarfe einer bestimmten Rolle abgebildet. Somit kann das Prozessmodell darstellen, welche Informationen die jeweiligen Rollen zu best
Abbildung
weiteren Prozesse im AB. Somit kann das Prozessmodell hierdurch iterativ an die dyn misch veränderten Umweltbedingungen angepasst werden. Dies ermöglicht die schrit weise Adaption der Prozesse.
Informationen, die für die Ausführung von Prozessschritten notwendig sind, wurden anhand des fertigen Prozessmodells mit Domänenexperten für jede Rolle und jeden einzelnen Prozessschritt aufgenommen. In einem zweiten Modellierungsdurchgang en diese dann im Nachgang als Informationsobjekte in die eEPK integriert werden.
Um die Informationsbedarfe bestimmter Rollen in einem Prozess zu identifizieren, wu den die eEPK’s in sogenannte „swimlanes“ transformiert. Wie bei UML-Diagrammen, werden in swimlanes nur die Prozessschritte und die dazugehörigen Informationsbedarfe einer bestimmten Rolle abgebildet. Somit kann das Prozessmodell darstellen, welche Informationen die jeweiligen Rollen zu bestimmten Zeitpunkten benötigen.
3: Ausschnitt Prozessmodell VB mit Soll-Informationen
Somit kann das Prozessmodell hierdurch iterativ an die dyna- Dies ermöglicht die schritt-
Informationen, die für die Ausführung von Prozessschritten notwendig sind, wurden anhand des fertigen Prozessmodells mit Domänenexperten für jede Rolle und jeden genommen. In einem zweiten Modellierungsdurchgang en diese dann im Nachgang als Informationsobjekte in die eEPK integriert werden.
Um die Informationsbedarfe bestimmter Rollen in einem Prozess zu identifizieren, wur- Diagrammen, werden in swimlanes nur die Prozessschritte und die dazugehörigen Informationsbedarfe einer bestimmten Rolle abgebildet. Somit kann das Prozessmodell darstellen, welche
5 Zusammenfassung und Ausblick
Die eEPK’s haben sich in der Modellierung von Prozessmodellen für den abwehrenden Brandschutzes als tauglich erwiesen. Auch dynamische Prozesse konnten mit der Me- thode modelliert werden. Dies wurde jedoch durch konstruktive Maßnahmen erreicht.
Hierbei wurde eine Schleife modelliert, die nach Ausführung bestimmter Unterprozesse immer wieder zu einer Lagefeststellung zurückkehrt. Somit kann dies als iterativer Pro- zess aufgefasst werden, der sich den geänderten Umweltsituationen anpasst. Zusätzlich hierzu besteht die Möglichkeit, wahlfrei sequenzielle Prozessabläufe zu modellieren.
Dies wird durch einen Sequenz Konnektor (SEQ) realisierbar. Ähnlich der Funktion eines XOR-Konnektors ist die eEPK durch den SEQ in der Lage, Alternativen zwischen verschiedenen Handlungsalternativen abzubilden [SDL05]. Insgesamt wäre es für die gesamte Domäne der nichtpolizeilichen Gefahrenabwehr allerdings einfacher Prozess- schritte zu modellieren, die im Sinn einer SOA die Darstellung frei konfigurierbarer Prozesse ermöglicht. Erste Ansätze, die sich mit dieser Problematik auseinandersetzen, werden bereits erforscht [LM08]. Nachdem die Modellierung der Prozesse des AB in der Theorie ihre Tauglichkeit bewiesen hat, steht nun noch die praktische Evaluation mit den Konsortialpartnern an, welche zugleich potenzielle Endanwender des Systems sind. Bei erfolgreichem Verlauf der Evaluation besteht die Möglichkeit, die modellierten Prozesse als Referenzmodell zu benutzen.
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