Die Open-Source-Mentalität auf Produkte übertragen

Wie offene Hardware unser Leben verbessert und was progressive Ingenieure gerade dafür tun

Von Energieerzeugung über industrielle Landwirtschaft bis hin zur Produktion von Hochtechnologien sind wir auf Maschinen und technische Geräte angewiesen. Doch bei einem kritischen Blick hinter die schillernde Fassade unserer Industriegesellschaft des 21. Jahrhunderts fällt auf, dass die Entwicklungsprozesse von Technologie weitaus weniger modern sind, als es scheint. Durch Standardisierung werden nun Grundlagen für die zeitgemäße und nachhaltige Entwicklung und Verbreitung von Hardware – offener Hardware – geschaffen. Inspiriert von den kollaborativen Entwicklungsprozessen von Open-Source-Software steht der Maschinenbau nun vor einem Umbruch, der Auswirkungen auf alle Lebensbereiche haben wird.

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Diagnose: Geschlossene Hardware

Wie sollen tausende Farmer ihre Traktoren reparieren? Wenn es nach dem US-amerikanischen Landmaschinen-Hersteller John Deere ginge, dann ausschließlich durch seine Vertragshändler. Allerdings sind Farmer gerade zu Stoßzeiten im Problemfall auf eine schnelle Reparatur angewiesen. Doch freie, möglicherweise schneller erreichbare Werkstätten werden systematisch ausgeschlossen, Ersatzteile anderer Hersteller mittels Software blockiert. Einige Farmer leben gar in der Sorge, ihre Traktoren könnten aus der Ferne stillgelegt werden. In völliger Abhängigkeit vom Hersteller zu leben – für viele Farmer ein untragbarer Zustand und gleichzeitig Risiko für unsere Lebensmittelversorgung.

6,1 Milliarden US-Dollar. Das ist der Schaden, der dem Flugzeugbauer Airbus SAS bei der Entwicklung des Modells A380 entstanden ist. Der Grund: ein Softwareupdate des Konstruktionsprogramms CATIA, eingespielt von nur einem Teil des internationalen Entwicklungsteams. Die neue Version wurde von Grund auf neu programmiert und war nicht kompatibel zur Vorgängerversion. Darauf konnte Airbus keinen Einfluss nehmen, denn der Programmcode war closed source – also nicht öffentlich einsehbar. Die an mehreren Standorten entwickelten Module ließen sich infolge dieser Inkompatibilität nicht zusammensetzen.

Gebrauchsgegenstände mit geringer Lebensdauer. Es gibt zahlreiche Beispiele geplanter Obsoleszenz – Hersteller greifen bewusst in die Konstruktion von Fernsehern, Smartphones, Druckern und Kopfhörern ein, um die Lebensdauer künstlich zu verkürzen. Das erhöht die Verkaufszahlen, bringt aber gleichzeitig tonnenweise Elektroschrott hervor – eine Verschwendung wertvoller Ressourcen. Konsumenten sind dagegen machtlos, denn wie ein Produkt entwickelt wird, entscheidet der Hersteller.

Diese Beispiele sind Symptome „geschlossener Technologieentwicklung“ – die Baupläne der Produkte bzw. des Programmcodes werden unter Verschluss gehalten, ebenso wie der Herstellungsprozess an sich. Zwar behelfen sich die Kunden und Lieferanten teilweise selbst, indem sie bspw. die Software ihrer Traktoren hacken. Grundlegend fördert geschlossene Hardware jedoch folgende Effekte:

• Unreparierbarkeit – defekte Geräte kann ich nicht selbst reparieren. In vielen Privathaushalten landen Smartphones mit zersprungenem Display deswegen auf dem Müll. Das ist nicht nur teuer, sondern hat auch katastrophale ökologische Folgen und macht eine Kreislaufwirtschaft schwer möglich.
• Inkompatibilität – sei es eine Software zur Konstruktion von Flugzeugen, Ersatzteile für PKW oder Notebook-Netzteile. Im Privaten ärgerlich, in der Industrie ein Milliardenverlust.
• Konkurrierender Konstruktionen – technische Lösungen dürfen nicht sinnvoll miteinander zu besseren Lösungen kombiniert werden. Stattdessen wird versucht, andere Marktteilnehmer auszuschließen.
• Abhängigkeit – betriebsinternes Know-How, Patente und Copyright erzeugen eine praktische und rechtliche Abhängigkeit vom Hersteller.
• Lock-in-Effekt – Ich muss all meine Ersatzteile, Software, usw. beim Hersteller kaufen. Ein Wechsel zu einem anderen Anbieter wird aufwändig.
• Kaum Feedback möglich – ich habe kein Mitspracherecht an der Produktgestaltung und Fehler bleiben schlimmstenfalls jahrelang im Produkt enthalten

Die Liste der Nachteile auf Seite der Konsumenten ist lang. Auch für die Hersteller hat ein geschlossener Ansatz Nachteile. Etwa müssen sie einen hohen Aufwand betreiben, um Feedback für ihre Produkte einzuholen – das Produkt wird erst fertig entwickelt, produziert und danach am Markt getestet. Auch Konstruktionsaufwände sind höher, weil nicht problemlos auf bestehende Module anderer Hersteller zurückgegriffen werden kann. Man könnte sich fragen, warum wir im 21. Jahrhundert überhaupt noch auf so eine Art produzieren. Eine einfache Antwort auf diese Frage gibt es nicht, aber drei mögliche Ursachen:

• Kurzfristige Gewinnorientierung – leider ist es so, dass sich durch Lock-In-Effekte und geplante Obsoleszenz auch zukünftige Umsätze sichern lassen. Da in unserem Wirtschaftssystem finanzieller Gewinn höher als Gemeinwohl gewichtet wird, bieten diese Mechanismen einen kurzfristigen Wettbewerbsvorteil. Auf lange Sicht betrachtet ist dieses Modell nicht nachhaltig, da die erforderliche Ressourcenmenge für unendliches Wachstum nicht zur Verfügung steht und das Ökosystem nach jetzigem Wirtschaftskurs wegen CO2-Emissionen und Schadstoffen kollabieren wird.
• Neue Idee – die Open-Source-Bewegung ist eine verhältnismäßig junge Bewegung, die Mitte bis Ende des 20. Jahrhunderts aufkam. Erst in den 90er-Jahren wurde das Open-Source-Betriebssystem Linux aus der Taufe gehoben. Mittlerweile ist es so verbreitet, dass es auf fast allen Supercomputern und dem überwiegenden Teil aller Web-Server eingesetzt wird. Die ähnlich junge Open-Source-Hardware Bewegung ist um die Jahrtausendwende entstanden.
• Standardisierung – bislang gibt es keine etablierten Prozesse für Open-Source-Hardware. Was im Open-Source-Bereich hinsichtlich Lizenzen, Haftung und Tools schon geklärt ist, muss für den Hardware-Bereich noch entwickelt werden.

Welchen Mehrwert bietet offene Hardware?

Die Open Source Hardware Association gibt folgende Definition:

„Open-Source-Hardware ist Hardware, deren Baupläne öffentlich zugänglich gemacht wurden, so dass alle sie studieren, verändern, weiterverbreiten und sie sowie darauf basierende Hardware herstellen und verkaufen können.“

Stand heute gibt es bereits zahlreiche Beispiele offener Hardware – allen voran der 3D-Drucker RepRap, der sich selbst drucken kann oder der Mikrocomputer Arduino, der in zahlreichen Do-It-Yourself (DIY)-Kits verbaut wird. Offene Hardware umfasst aber weitaus mehr als nur Elektronik: rund um die Welt stellen Menschen ihre Baupläne für Büromöbel, Plastik-Recyclinganlagen, sogar Häuser oder MRT-Geräte frei zur Verfügung. Ähnlich wie bei freier Software dürfen und sollen einzelne Komponenten aus offener Hardware auch in anderen Projekten wiederverwendet werden. Jeder kann mitmachen – sei es als Entwickler, Übersetzer oder Anwender.

Die Mentalität, dass jeder Mensch ein Gerät verstehen, nachbauen, modifizieren und verbreiten kann, scheint insbesondere bei DIY-Enthusiasten angekommen zu sein und findet seine Wege in die Städte, wo sogenannte FabLabs entstehen – Orte mit 3D-Druckern und Lasercuttern, um selbst Produkte herstellen zu können. Dass offene Hardware aber gerade dabei ist, eine Revolution auszulösen und welche immensen Folgen das für unsere Gesellschaft haben wird, wird erst langsam sichtbar.

Das Projekt „Careables“ sammelt und verteilt bspw. frei verfügbare Baupläne für das Gesundheitswesen: vom 1-Dollar-Stethoskop über eine 3D-druckbare Rollstuhlrampe bis hin zu vollwertigen Arm- oder Beinprothesen. Der Impact dieses Projekts ist nicht zu unterschätzen, denn es bietet nun eine direkte Alternative zu überteuerten und sich nur langsam weiterentwickelnden Medizinprodukten. Das kann in Deutschland eine Rolle spielen, aber auch in Ländern des globalen Südens. Statt Gesundheitsprodukte für hohe Kosten zu importieren, können viele Geräte nun vor Ort für einen Bruchteil des Geldes produziert und erprobt werden. Durch den direkten Austausch mit den Nutzern können grundlegende Produktänderungen und zielgruppenspezifische Anpassungen somit schnell umgesetzt werden. Offene Hardware kann damit auch eine Antwort auf soziale Fragen sein.

Ein anderes Beispiel ist Sono Motors, deutscher Hersteller des Elektroautos Sion. Der Anspruch des Herstellers ist es, möglichst klimafreundlich und ressourcenschonend zu agieren. Entsprechend soll das Fahrzeug bis zu seinem Lebensende so weit wie möglich fahren können. Um das Service-Netzwerk zu verbessern, will Sono Motors das Werkstatt-Handbuch quelloffen stellen und damit jeder freien Werkstatt eine Wartung der Autos ermöglichen.

Wenn man die aktuellen Entwicklungen in die Zukunft weiterdenkt, ist zu erwarten, dass mehr Unternehmen beginnen werden, ihre Hardware und ihre Fertigungsprozesse quelloffen zu stellen, denn offene Hardware hat sehr viele Vorteile: Reparierbarkeit, schnelles Prototyping, höhere Produktqualität, geringere Entwicklungskosten, Wiederverwendbarkeit von Modulen, Ressourcenersparnis, u.v.m. Offene Entwicklungsprozesse bedeuten auch, dass mehr Menschen mit Begeisterung an gemeinsamen Projekten mitwirken können. Das fördert die Kundenbindung und schlägt sektorübergreifend Brücken, etwa zu Hochschulen. Selbst die Mitarbeiterakquise wird dadurch erleichtert, denn die Zusammenarbeit kann von Unternehmen und Bewerbern im Vorfeld erprobt werden. Letztlich ist offene Hardware aber auch eine Grundvoraussetzung für eine Kreislaufwirtschaft.

Gleichzeitig ist offene Hardware eine große Herausforderung für Hersteller, denn an vielen Stellen muss umgedacht werden. Viele Einnahmen aus Abhängigkeitsverhältnissen werden entfallen, etwa die durch Neukauf (dank geplanter Obsoleszenz) oder händlerspezifische Ersatzteile. Es besteht somit der Bedarf nach neuen, vielleicht „ehrlicheren“ Geschäftsmodellen. Tendenziell werden Entwicklungskosten sinken, da einerseits die Menge an frei verfügbaren Modulen steigen wird und der Entwicklungsprozess community-orientierter wird. Die Aufwände im Bereich der Moderation werden steigen, während die selbst zu erbringende Entwicklungsleistung geringer wird.

Warum lässt sich das jetzt schon alles vorausahnen? Weil diese Entwicklung schon einmal passiert ist. Open-Source-Software hat eine vergleichbare Entwicklung durchlebt und ihre eigene Erfolgsgeschichte mit neuen Geschäftsmodellen hervorgebracht. Offene Hardware ist die logische Fortführung eben jener Revolution des Wirtschaftens mit freien Ressourcen.

Offene Hardware in die Fläche bringen

Welcher Beitrag kann geleistet werden, um diese Entwicklung bestmöglich zu unterstützen? Der Verein Open Source Ecology Germany (OSEG) beantwortet diese Frage mit: Standardisierung. Vielleicht eine sehr deutsche Antwort.

Der mehrheitlich von Ingenieuren gegründete Verein führt gerade mit dem Deutschen Institut für Normung (DIN e.V.) ein Projekt durch, das offene Hardware in die Fläche bringen soll. Das Projekt „Erarbeitung der Grundlagen der Standardisierung und Zugänglichkeit von Open-Source-Hardware“ birgt trotz seines sperrigen Titels ein enormes Potenzial in sich.

Projektpartner DIN ist seit über 100 Jahren die Instanz für Produktstandards in Deutschland – jedes Blatt Papier, jeder Schnuller und jede Zahnbürste, die man in der Bundesrepublik kaufen kann, ist nach DIN-Standards produziert. Open Source Ecology Germany wurde 2016 gegründet und sieht sich als Teil der weltweiten „Open Source Ecology“ Bewegung, die sich für einen nachhaltigen technischen Fortschritt mittels Forschung und Wissenschaft einsetzt. Die Bewegung wurde international durch das Projekt „Global Village Construction Set“ bekannt – einem offenen Bausatz von 50 Maschinen, die eine Selbstversorgung kleinerer Gemeinschaften ermöglichen. Der Fokus des deutschen Vereins liegt eher darauf, die gesellschaftliche Verbreitung von offener Hardware zu ermöglichen.

Warum sollte man offene Hardware standardisieren? Projektpartner Dr. Jérémy Bonvoisin, Professor an der University of Bath, beschreibt die Situation der Open-Source-Produktentwicklung (OSPE) wie folgt:

[Obwohl] Transparenz, Zugänglichkeit und Reproduzierbarkeit als wichtige Bestandteile des Open-Source-Ansatzes betrachten [werden], verwirklicht nur rund jedes zehnte OSPE-Produkt alle drei Aspekte in Kombination.

Open-Source-Produktentwicklung will also praktiziert werden, durch fehlende Richtlinien machen aber alle Entwicklungsteams was sie selbst für richtig halten.

Nun passen der Standardisierungs-Dinosaurier DIN und der Begriff „quelloffen“ nicht unbedingt zusammen, denn das Institut finanziert sich größtenteils über den Verkauf von kopiergeschützten Normen. Als Vorhaben wurde nun ausgesprochen, erstmals eine DIN SPEC unter einer Open-Source-Lizenz zu veröffentlichen. Damit kann und soll die Community die Norm selbst weiterentwickeln und Wissen aus dem praktischen Einsatz einfließen lassen.

Im Geiste der Kollaboration wurde ein Projektkonsortium ins Leben gerufen, das 36 internationale Institutionen repräsentiert und vorhandenes Wissen bündelt und weiterentwickelt. Am Tisch sitzen neben der Open Source Hardware Association (OSHWA) weitere Projektgruppen, Forschungseinrichtungen, Gemeinnützige Organisationen und Unternehmen.

Das Projekt beinhaltet drei Komponenten, die sich im Englischen klangvoll mit „The Rule, The Tool and The Pool“ zusammenfassen lassen.

1. The Rule – DIN SPEC

Gleich zwei Dokumente werden entwickelt und Ende des Jahres als DIN SPEC 3105 veröffentlicht. Im ersten (DIN SPEC 3105-1) geht es dabei um eine klare Begriffsdefinition und einen Anforderungskatalog für die technische Dokumentation offener Hardware. Das zweite Dokument (DIN SPEC 3105-2) definiert ein praktikables auf Peer-Reviews basierendes Verfahren zur Zertifizierung dieser.

Bei Entwicklung der Dokumente wurde auf der international anerkannten Definition der OSHWA aufgebaut. Da die Norm selbst ein Open-Source-Projekt ist, ist jeder auch dazu eingeladen, mitzumachen. Wie, regelt der Contribution Guide.

Vereinfacht gesagt beschreibt die OSHWA-Definition bereits das open in Open-Source. Ergänzt wird dies nun um die DIN SPEC mit einer klaren Ausgestaltung der source.

2. The Tool – Offene Richtlinie

Das Teilprojekt „Open Source Hardware Guideline“ (OSH Guideline) ist eine community-getragene Richtlinie zur Erarbeitung eigener Spezifikationen, Best Practices und Klärung grundlegender Fragen. Darin wird bspw. ausgeführt, wie eine maschinenlesbare Stückliste auszusehen hat, aber auch wie Open-Source-Entwicklungsprozesse klug aufgebaut werden können, rechtliche und lizenztechnische Aspekte werden darin erstmals juristisch geklärt und eine Reihe neuartiger Geschäftsmodelle auf Basis offener Hardware werden vorgestellt.

3. The Pool – Suchmaschine für DIY- und Open-Source-Hardware

Es wurde eine Meta-Suchmaschine entwickelt, die hunderte Internetseiten nach offener Hardware durchsucht. Die Seite mit dem Titel „Open Hardware Observatory“ (kurz OHO) wurde in einer Beta-Version bereits auf oho.wiki veröffentlicht. In einer kommenden Ausbaustufe werden u.a. die Open-Source-Hardware-Lizenzen aller Einträge erfasst und die Suchmaschine um eine Filterfunktion ergänzt. Dies ermöglicht eine Suche nach vollständiger und normgerechter Open-Source-Hardware. OHO wird damit die weltweit erste Anlaufstelle für Hardware nach DIN SPEC 3501-1. OHO, das von der TU Berlin mitentwickelt wird, soll auch im EU-Projekt “OPEN!Next” integriert werden, das 19 Unternehmen und Forschungspartner aus 7 europärischen Ländern involviert und zum Ziel hat, Unternehmen und Communities in kreativen und produktiven Open-Source-Design-Ökosystemen zu verbinden.

Alle drei Komponenten werden frei verfügbar und offen für Mitgestaltung sein. In Kombination miteinander werden sie zukünftig so funktionieren, dass die DIN SPECs den Rahmen für die Technische Dokumentation eines offenen Hardwareprodukts und die Zertifizierung dieser vorgibt. Die OSH Guideline soll also bei der Erstellung und Verbreitung normgerechter Open-Source-Hardware helfen. Wird die zertifizierte Dokumentation auf einer öffentlichen Plattform abgelegt, so wird diese vom oho.wiki gefunden und erscheint in den Suchergebnissen nach vollständiger und normgerechter Hardware.

Das bedeutet für Hersteller, dass zukünftig eine klare Richtlinie zur Verfügung stehen wird, wie sie mit offener Hardware arbeiten können – Entwicklungsprozesse, Geschäftsmodelle und rechtliche Grundlagen. Forschungsprojekten wird es leichter sein, ihre Prototypen offen zu dokumentieren, da in Förderanträgen auf eine „Dokumentation nach DIN SPEC 3105“ verwiesen werden kann.

Die Veröffentlichung der DIN SPECs ist für Januar 2020 geplant. Allmählich wird es greifbarer, wie eine Welt aussehen könnte, in der wir nicht nur alles reparieren, sondern auch bauen und weiterentwickeln können – selbst komplexe Maschinen. Und aus einer historischen Perspektive könnte dies ein sehr interessanter Schwelle sein, denn die Kluft zwischen den Eigentümern der Produktionsmittel und Arbeitern scheint sich aufzulösen.

Im 21. Jahrhundert wird die Technologieentwicklung neu erfunden und damit vielleicht auch unsere Gesellschaft.

Titelbild: Goncharevich Nadiya (CC-BY-SA 4.0)