Smart Services for Knowledge Integration - ontologiebasierte Dienste zur Unterstützung der kollaborativen Wissensarbeit in Innovationsnetzwerken

Abstract

In kollaborativen Innovationsprojekten gilt der zielgerichtete Einsatz der Ressource Wissen zunehmend als essenzieller Erfolgsfaktor. Die hier vorgestellte Arbeit am Zentrum für Management Research der DITF Denkendorf reflektiert daher die praktische Relevanz eines ontologiebasierten Integrationsansatzes zur aktiven Unterstützung der kollaborativen Wissensarbeit in Innovationsnetzwerken, insbesondere in sogenannten Smart Networks als intellektuelle, organisatorische und technologische Strukturform. Ontologien sind spezielle semantische Modelle, mit deren Hilfe das Wissen in Smart Networks expliziert, strukturiert, formalisiert, kommuniziert und regelbasiert ausgewertet werden kann. Aus Sicht der Managementforschung lassen sich für Smart Networks drei Schwerpunkte formulieren: (1) die angemessene Teilung und Weiterentwicklung von Wissen, (2) die zielführende Organisation von Netzwerkstrukturen und Abstimmungsprozessen sowie (3) die flexible Unterstützung der kollaborativen Wissensarbeit durch moderne Informations- und Kommunikationstechnologien. Im Kontext sich ständig verändernder Wissensstrukturen, regional verteilter Partner und heterogener IT-Systeme sehen sich Smart Networks Akteure daher meist mit vielschichtigen Wissensintegrations-, Abstimmungs- und Kommunikationsproblemen konfrontiert. Als Beitrag zur Lösung dieser Smart Networks Problemfelder, werden in der vorliegenden Arbeit Ontologien sowohl passiv – als formale Wissensmodelle zur Erschließung der Domäne „Kollaborative Innovation“ – als auch aktiv – als direkt interpretierbare Servicemodelle zur Unterstützung der Wissensarbeit in Netzwerken – eingesetzt. In Anlehnung an die Ontology Driven Architecture Idee des W3C wird hierzu die Ontology-driven Service Development (OSD) Methode zur bedarfsgerechten Entwicklung ontologiebasierter Dienste, sogenannter Smart Services, konzipiert und im Rahmen des Innovationsprojektes AVALON erprobt. Smart Services sind wissensbasierte IT-Dienste, deren Funktionalitäten durch formal-semantische Modelle spezifiziert werden. Da semantische Modelle in speziellen Laufzeitumgebungen direkt interpretiert und ausgewertet werden können, ist zur Bereitstellung von Smart Services keine Implementierung in Form von Softwarecode nötig. Die Entwicklung dieser Dienste erfolgt vielmehr grafisch, ausgehend von konkreten Fragestellungen (Performance Questions) der Wissensarbeiter einer Domäne. Die Gesamtheit der in AVALON formulierten Servicemodelle wird dazu genutzt, die Domäne „Kollaborative Innovation“ generisch als Collaborative Innovation Ontology zu beschreiben und zur Wiederverwendung in anderen Kollaborationsinitiativen bereitzustellen. Mithilfe einer speziellen Smart Service Modellierungsumgebung sowie angepasster Evaluierungs- und Optimierungsstrategien, können Smart Services direkt von Domänenexperten ohne fundierte Software- oder Ontologiekenntnisse erstellt werden. Dank ihrer Konformität mit dem Web Service Standard, sind Smart Services zudem leicht in die bestehende IT-Architektur etwa von Innovationsnetzwerken integrierbar. Ein neu entwickeltes grafisches Web-Interface erlaubt zudem, Smart Services automatisch zu orchestrieren und für die Nutzung in verteilten Projektkonsortien bereitzustellen. Damit genügt der hier vertretene Serviceentwicklungsansatz nicht nur aktuellen wissenschaftlichen Prinzipien, sondern auch den praktischen Anforderungen kleiner und mittlerer Unternehmen in Innovationsprojekten. Im Vergleich zum derzeitigen Stand der Forschung ist hervorzuheben, dass Ontologien in dieser Arbeit nicht nur zur semantischen Beschreibung einer Wissensdomäne (vgl. Ontology Engineering) oder als schlichtes Bindeglied zwischen konventionellen IT-Services (vgl. Semantic Web Services) eingesetzt werden. Durch Kombination von Semantic Modelling und Service Engineering Prinzipien werden Ontologien hier vielmehr sowohl zur Analyse, Spezifikation, Konzeptualisierung und Formalisierung von Servicefunktionen, als auch zur informationstechnischen Bereitstellung entsprechender Smart Services verwendet. Dank einer ganzheitlichen Entwicklungsperspektive können dabei die wechselnden Bedarfe von Unternehmensnetzwerken im Entwicklungs- bzw. Produktionskontext explizit berücksichtigt werden. Damit liefert die vorliegende Promotionsschrift nicht nur einen signifikanten Beitrag zur aktuellen Forschungsdiskussion über die praktische Anwendung formaler Ontologien, sondern auch konkrete Handlungsimplikationen für ein wissensorientiertes Netzwerkmanagement von morgen.

In course of the European project AVALON, highly innovative ontology-based services (Smart Services) for supporting collaboration in knowledge-intensive industrial innovation networks (Smart Networks) were defined and prototypically implemented. Due to the immanent complexity of the general innovation problem in networks, Smart Networks are facing multi-level (1) knowledge integration, (2) network coordination and (3) communication problems. To partially solve these problems, semantic means for structuring and harmonizing network knowledge bases, supporting network management as well as enabling appropriate communication strategies are elaborated in this doctoral thesis. Smart Services are knowledge-based IT services that provide analysis and inferencing functionalities in order to answer domain specific performance questions. The services are modeled and implemented according to web services standards by using formal semantics, graphical ontology editors, and conventional inference engines. Based on the Ontology Driven Architecture (ODA) idea of W3C the Ontology-driven Service Development Method was set up as a holistic approach for developing Smart Services. In addition a formal method for evaluating Smart Services prototypes as well as a dedicated Smart Services User Interface was acquired. In comparison to state-of-the-art ontology approaches, Smart Services combine Semantic Modeling as well as Service Development principles by applying formal ontologies as (A) knowledge models for communication and specification of (B) service functionalities that are realized and implemented as Smart Services. As a result, 37 Smart Services for knowledge integration in Smart Networks as well as the Collaborative Innovation Ontology (CIO) for Smart Networking are ready to be re-used and adapted in context of future collaborative innovation initiatives. Thus, this work does not only contribute to the field of research Applied Ontologies but provides practical implications for tomorrow’s effective and efficient knowledge-driven network management principles.