P2 - Prototypentwicklung

Die Verantwortung der lokalen Entscheidungsträger besteht darin, eine gemeinsame Vision zu entwickeln, Unterschiede zum Status quo zu erkennen und Transformationspfade zu identifizieren, die auf die lokalen Probleme und Herausforderungen abzielen. Die Darstellung, inwiefern die innovativen Technologien zu stadtentwicklungspolitischen Zielstellungen und zu einer integrierten nachhaltigen Stadtentwicklung beitragen, ist zentraler Bestandteil der Vision und trägt maßgeblich zur Akzeptanz für die Smart-City-Lösung bei. Die Fähigkeit, innovative integrierte Politikansätze zu verfolgen und zu verfestigen, erfordert eine proaktive Haltung. Eine frühzeitige Entwicklung einer gemeinsamen Vision sowie einer strategischen Ausrichtung und eines Umsetzungsplans ist auch für den nachhaltigen Betrieb einer Lösung unumgänglich. Eine häufige Ursache für das Scheitern einer digitalen Lösung ist, dass nicht genügend Ressourcen für die Zeit nach Ende der Projektlaufzeit abgestellt sind, da an die Skalierungs- und Verstetigungsphase im Anschluss an das Projekt zu wenig oder zu spät gedacht wird. Die Ressourcen für den Betrieb müssen daher von Beginn an eingeplant werden. Ziele und Meilensteine im Umsetzungsplan ermöglichen es, den Fortschritt in Richtung Skalierbarkeit messbar zu machen, kontinuierlich zu überprüfen und den Umsetzungsplan ggf. anzupassen (s. KPI)

Das minimal brauchbare oder existenzfähige Produkt (Minimum Viable Product - MVP) ist die erste funktionsfähige Produktiteration, die nur die notwendigsten Funktionsumfänge aufweist. Dafür sind die Validierung der Grundfunktionalitäten des Produkts unter Realbedingungen, das Einholen von Feedback von Nutzenden (um das Produkt schrittweise zu verbessern und an ihre Bedürfnisse anzupassen), sowie die Identifizierung von möglichen Anpassungen und Erweiterungen wichtig. Eine Produkterweiterung im Sinne einer sukzessiven Verbesserung der Funktionalitäten von Produkten oder Dienstleistungen kann dadurch zu einem geeigneten späteren Prozessschritt vorgenommen werden und ist sowohl für die vertikale Skalierung als auch den Transfer in andere Kontexte entscheidend. Diese Flexibilität bietet auch die Möglichkeit, auf zukünftige Technologietrends reagieren zu können und somit die Langlebigkeit der Smart-City-Lösung zu unterstützen. Weiter zu berücksichtigende Aspekte finden sie in der weiteren Beschreibung unten.

Anstatt neue Innovationsstrukturen aufzubauen sollte wo möglich auf bereits bestehenden Strukturen aufgesetzt werden. Die Entwicklungsarbeit in Innovation-Hubs und Innovation-Labs sollte deshalb nicht in Konkurrenz zu Förderprogrammen stehen. Auch bei der Weiterentwicklung einer Maßnahme ist die systematische Integration in bereits bestehende Strukturen, Abläufe und Prozesse wichtig. Es darum geht, Synergien zu schaffen und innovative Maßnahmen nicht isoliert, sondern innerhalb eines vernetzten Ökosystems fortzuentwickeln. Die systematische Integration in bestehende Strukturen, Abläufe und Prozesse gewährleistet eine effiziente Nutzung von Ressourcen und fördert die Nachhaltigkeit der Maßnahmen. Die Verantwortlichen müssen sicherstellen, dass die Innovationen nicht nur kurzfristig wirksam sind, sondern langfristig in die Gesamtstrategie und Organisationskultur eingebettet werden, um einen dauerhaften Betrieb zu ermöglichen.

Eine Kommune muss bei der Entwicklung eines Prototypen mit geeigneten externen Partnern zusammenarbeiten, um Zugang zu spezialisiertem Fachwissen, Ressourcen und Erfahrungen zu erhalten. Die Zusammenarbeit sollte strategisch gestaltet werden, um auch die Entwicklung und Implementierung weiterer kommunaler digitaler Lösungen zu beschleunigen und mittelfristig eigenes Know-how aufzubauen. Die Verantwortlichen müssen sicherstellen, dass die Zusammenarbeit auf klaren Zielen und einem effektiven Austausch von Informationen basiert. Die Integration externer Expertise trägt nicht nur zur Effizienzsteigerung bei, sondern ermöglicht auch eine kontinuierliche Optimierung der Lösungen. Die involvierten Fachabteilungen müssen flexibel agieren, um auf das Feedback der externen Partner einzugehen und die Prozesseffizienz sowie die Leistung der entwickelten Produkte zu verbessern. Dies trägt dazu bei, effiziente und den Bedürfnissen entsprechende Lösungen und Betreibermodelle für die Kommunalverwaltung und die Bürgerinnen und Bürger bereitzustellen.

Die Stärkung der Arbeitgebermarke zielt darauf ab, das Ansehen einer Organisation oder Kommune als attraktiver Arbeitgeber zu stärken, insbesondere um hochmotivierte und engagierte Mitarbeitende anzuziehen und zu binden. Dazu gehören unter anderem die Schaffung attraktiver Projekte von gesellschaftlicher Relevanz, die Förderung einer Innovationskultur, die Bereitstellung von Möglichkeiten zur beruflichen Weiterentwicklung, Flexibilität in der Arbeitsgestaltung und die Gewährung wettbewerbsfähiger Gehälter und Zusatzleistungen. Eine transparente Kommunikation über die Ziele und Werte der Organisation spielt ebenfalls eine wichtige Rolle für Teamzusammenhalt und Motivation.

Durch die Orchestrierung von strategischen, konzeptionellen und operativen Aufgaben können verschiedene Aspekte der Smart-City-Lösung besser koordiniert und aufeinander abgestimmt werden. Die Verantwortlichkeit für einzelne Entwicklungsstufen sollte in jener Organisationseinheit liegen, die maßgeblich für die definierten Aktivitäten zuständig ist. Dadurch wird eine klare Zuordnung von Aufgaben und Zuständigkeiten gewährleistet. Dies umfasst ebenso eine klare Definition der Zuständigkeiten und Arbeitsbereiche zwischen den verschiedenen Ebenen, was die Effizienz steigert. Dabei ist es wichtig, dass die Aufgabenverteilung nach Kompetenzen erfolgt und ggf. neu verteilt wird (z.B. die Aufsicht über eine Urbane Datenplattform). Die feste Zuständigkeit einer zentralen Ansprechperson, beispielsweise in einer Fachstelle Smart City, spielt für die Koordination der Verstetigung und den Transfer von Lösungen eine wichtige Rolle.

In der kommunalen Implementierung von Smart-City-Lösungen ist es von entscheidender Bedeutung, eine solide Managementstruktur zu etablieren. Dies umfasst den Einsatz eines erfahrenen internen oder externen Managementteams oder einer Projektleitung, die idealerweise über fundierte Managementkompetenzen verfügen, um den Übergang und die Skalierung effizient zu bewältigen. Der Übergang vom Ideengeber einer Smart-City-Lösung zu einer verantwortlichen Stelle für deren Umsetzung ist ohne vorherige Managementerfahrung sehr schwierig. Daher ist es von Vorteil, erfahrene, gegebenenfalls externe Manager*innen oder Projektleiter*innen einzubinden und/oder eigene Kompetenzen und Managementstrukturen für eine effiziente Skalierungsstrategie aufzubauen. Ein erfolgreiches Management zur Implementierung von digitalen Smart-City-Lösungen erfordert die Fähigkeit, agile Methoden des Projektmanagements zu nutzen. Ein erfahrenes Management kann verschiedene Techniken wie Scrum oder Kanban einsetzen, um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen und gleichzeitig Flexibilität zu gewährleisten. Darüber hinaus ist es wichtig, eine effektive Risikomanagementstrategie zu entwickeln, um potenzielle Herausforderungen frühzeitig zu identifizieren und geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Die verantwortlichen Personen für das Management sollten auch in der Lage sein, interdisziplinäre Teams zu leiten und zu motivieren, insbesondere wenn verschiedene Fachbereiche wie Technologie, Stadtplanung, Recht und Finanzen zusammenarbeiten müssen, um komplexe Smart-City-Lösungen umzusetzen.

Um ein attraktives Angebot sicherzustellen, muss ein Kommune über ihre Lösung im fortlaufenden Austausch mit relevanten Stakeholdern aus der Bürgerschaft und den Fachabteilungen bleiben. Dies gewährleistet die kontinuierliche Einbindung verschiedener Perspektiven sowie die Anpassungsfähigkeit der Lösung an sich ändernde Anforderungen, um sicherzustellen, dass die digitale Lösung den Bedürfnissen der Endnutzerinnen und Endnutzer gerecht wird. Um diesen Informationsfluss zu gewährleisten, benötigt die Kommune eine feste Ansprechperson als Bindeglied zwischen der Kommune und anderen Projektpartnern wie IT-Dienstleistern. Erfolgsentscheidend ist hier eine klare Kommunikation und die wechselseitige Übersetzung von Bedürfnissen und Anforderungen aus Sicht der Fachabteilungen und der technischen Entwicklung einer Smart-City-Lösung.

Zur Sicherstellung der Interoperabilität technischer Systeme, muss eine Kommune sicherstellen, dass IT-Expertinnen und Experten bei allen relevanten Technologien Open-Source-Prinzipien und standardisierte, offene Schnittstellen berücksichtigen. Dies verhindert auch unerwünschte Abhängigkeiten von einem bestimmten Anbieter. Um einen solchen Vendor-Lock-In-Effekt von Anfang zu verhindern, ist bereits bei Vertragsabschluss mit strategischem Blick auf mögliche langfristige Auswirkungen von Festlegungen auf technologische Komponenten zu achten, sodass keine Klauseln enthalten sind, die eine langfristige Bindung an einzelne Anbieter fördern könnten. Außerdem sollte die Kommune zur bedürfnisgerechten Weiterentwicklung bereits beim ersten Prototypen aktiv Anwenderfeedback sammeln und dieses in den weiteren Entwicklungsprozess einfließen lassen.

Ein sicherer und qualitätsvoller Umgang mit Daten erfordert, dass diese richtig aus den Systemen geladen, übertragen und in die passenden Systemkomponenten eingespeist werden (nach dem Fachprinzip Extract-Transform-Load - ETL). Wenn die Datenmenge bei der Skalierung einer Maßnahme wächst, müssen diese ETL-Prozesse (Vereinigung von Daten aus mehreren Quellen in einer Zieldatenbank) und die Datenversorgung zunehmend automatisiert werden. Dazu ist es erforderlich, geeignete Technologien für die Automatisierung der ETL-Prozesse zu finden, die Datenqualität sicherzustellen und klare Prozessstandards zu definieren.

Eine effiziente Skalierung erfordert automatisierte und standardisierte Prozesse. Um standardisierte Prozesse dezentral in kommunalen Verwaltungen zu etablieren, können verschiedene Ansätze genutzt werden. Dies umfasst die Modularisierung und Standardisierung von Abläufen, die Digitalisierung und Automatisierung von Aufgaben, die Schaffung kollaborativer Plattformen und Netzwerke zur Wissensvermittlung, sowie Schulungen und Kompetenzaufbau für das Personal. Diese Bemühungen sollten eng mit den spezifischen Bedürfnissen und Zielen der jeweiligen Kommune abgestimmt sein. Ein kontinuierliches Monitoring- und Feedbacksystem zu implementieren hilft dabei, die Effektivität dieser standardisierten Prozesse sicherzustellen und fortlaufende Verbesserungen zu ermöglichen.

Die Schaffung klarer Abläufe sowie deren Vereinheitlichung (beispielsweise in Form von Regelwerken, Leitlinien etc.) fördert eine klare Linie und macht Ziele und Ausrichtungen deutlich. Die Entwicklung eines Regelwerks, das an die spezifischen Bedürfnisse und Herausforderungen angepasst ist, kann eine wichtige Maßnahme sein. Die Kommunikation und Verbreitung dieses Regelwerks kann beispielsweise über digitale Wege wie eine Website der Stadtverwaltung oder einen digitalen Kommunikationsassistenten erfolgen.

Ein effizientes Management von Transaktionskosten im Beschaffungsprozess umfasst die Verringerung von Such- und Informationskosten bei der Auswahl geeigneter Lieferanten, die Minimierung von Verhandlungskosten, eine kostengünstige Anpassung bei sich ändernden Anforderungen, die Kontrolle und Überwachung von Projekten bei niedrigen Kontrollkosten und die Berücksichtigung von Opportunitätskosten im Zusammenhang mit Investitionsentscheidungen. So kann die Kommune sicher sein, dass ihre Beschaffungsprozesse effektiv sind und sie keine Fehler bei Investitionen macht. Das macht die Kommune handlungsfähiger und ermöglicht ihr eine schnellere Skalierung von Smart-City-Lösungen.

Die Schaffung von Technologieverknüpfungen, insbesondere durch das Internet der Dinge (IoT), ermöglicht die Vernetzung von Geräten und Sensoren, um Echtzeitdaten zu sammeln. Dies fördert die Entwicklung intelligenter Stadtinfrastrukturen, bei denen verschiedene städtische Dienste wie die Verkehrsüberwachung, das Abfallmanagement und Beleuchtung miteinander verknüpft werden. Diese Verknüpfung spielt insbesondere für die Verstetigung einer Smart-City-Lösung eine Rolle, wenn diese dazu beiträgt, die Produktivität und Effizienz des städtischen Angebots zu steigern und damit Kosteneinsparungen zu erzielen.

Vor der Skalierung eines erfolgreichen Prototyps sollten dessen Eigenschaften im Vergleich mit anderen konkurrierenden Lösungen auf dem Markt geprüft werden. Um für die Weiterentwicklung der Lösung die Vorteile anderer Lösungen mit zu nutzen und Ressourcen zu sparen, sollte geprüft werden, ob andere Marktteilnehmer, wie z.B. Kommunen mit einer ähnlichen Lösung, mit einbezogen werden können, um in einer Entwicklungsgemeinschaft die Kräfte zu bündeln und Ressourcen zu sparen. Um andere Marktteilnehmer aktiv einzubinden und gleichzeitig die eigene Marktstellung zu stärken, ist eine solide Finanzierungsbasis notwendig. Hierbei könnten Mechanismen wie Impact Investment und Risikokapital eine wichtige Rolle spielen. Alternative Finanzierungsmethoden sollten in Betracht gezogen werden, um das Wachstum der Lösung und ihre Wirkung zu fördern.

Um sicherzustellen, dass die Zielerreichung einer Smart-City-Lösung während des Skalierungsprozesses (vertikal sowie horizontal) kontinuierlich überwacht und evaluiert werden kann, müssen bereits mit Entwicklung des Prototyps Kriterien zur Identifikation von Schwachstellen und Anpassungsbedarfen festgelegt werden. Eine transparente Fehlerkultur und kriterienbasierte Evaluation spielen auch für die horizontale Skalierung eine wichtige Rolle, um beim Transfer der Lösung auf andere Kommunen bereits bekannte Fehler zu vermeiden. Eine wissenschaftlich begleitete Evaluation kann beispielsweise durch Universitäten und (lokale) Forschungseinrichtungen übernommen werden, die zudem eigene Forschungserkenntnisse aus der Evaluation der Lösung gewinnen können. Auch für die fortlaufende Legitimation der Smart-City-Lösung im Gemeinderat ist eine regelmäßige Evaluation wichtig, beispielsweise um Entscheidungen für ein Betreibermodell oder weitere Investitionen vorzubereiten und dabei die Verstetigungschancen klar zu kommunizieren.

Die technische Infrastruktur zur Umsetzung einer Smart-City-Lösung sollte flexibel sein und auf Standards basieren. Bei der Gestaltung des Technologie-Stacks (eine Liste der Software, Frameworks, Technologien, Programmiersprachen usw., die beim Bau der Software oder des Service zum Einsatz kommen) sollte auf Modularität, Erweiterbarkeit und Kompatibilität mit anderen Systemen geachtet werden. Die Implementierung von Schnittstellenstandards sowie eine klare Dokumentation und Schulungsmaterialien sind entscheidend für die Übertragbarkeit der Lösung. Die Lösung sollte auch flexibel sein, um mögliche Änderungen im Anwendungsziel in der Verstetigungsphase zu berücksichtigen.

Die Stadt Hamburg zeigt, wie die erfolgreiche Entwicklung eines Minimum Viable Product (MVP) erfolgen und den Grundstein für die weiteren Entwicklungsphasen hin zu einer verstetigten und übertragbaren Lösung legen kann. Die Senatskanzlei erkannte mit Blick auf die im Onlinezugangsgesetz (OZG) geforderte Erstellung und Verwendung von digitalen Fachverfahren die Potenziale digitaler Lösungen für die interne Sachbearbeitung. Die Analyse der spezifischen Anforderungen führte zur Identifizierung von Bedarfen an eine entsprechende Low-Code-Plattform (Modul F - Modulare Lösung für Fachverfahren). Basierend darauf wurde zwischen September 2021 und Dezember 2022 ein MVP entwickelt. Die Grundversion des Produktes (MVP I) umfasste zwei ausgewählte Fachverfahren: zum einen zur denkmalrechtlichen Genehmigung und zum anderen die Handelsbezeichnung für Erzeugnisse der Fischerei und Aquakultur. Dadurch konnte zunächst gezeigt werden, dass das Konzept der Lösung für schnelle und einfache Erstellung von Fachverfahren mit vorgefertigten Bausteinen funktionsfähig ist. Als nächster Schritt wurde mit dem MVP II eine Lösung definiert, die ein Konzept zur Nachnutzung für andere Bundesländer und Kommunen enthält. Bis Ende 2022 erfolgte die Testung in der Praxis, um Feedback von den Nutzenden zu sammeln. Nach den erfolgreichen Pilotprojekten wurde die Anwendung ab 2023 schrittweise für immer mehr Kundinnen und Kunden verfügbar gemacht. Neue Module und Funktionalitäten, die auf den sich ändernden Anforderungen und dem Feedback der Anwendenden basieren, werden kontinuierlich entwickelt und in die Plattform integriert. Für Modul-F gibt es Bibliotheken mit Modulen, eine Kurzanleitung sowie ein Erklärvideo bei Youtube. So ist ein niederschwelliger Zugang möglich.

Ein Beispiel für die erfolgreiche Berücksichtigung von Systemoperabilität ist das Masterportal. Das Masterportal ist eine Open-Source Initiative (veröffentlicht unter der MIT OpenSource-Lizenz) die es ermöglicht, Geoinformationen einfach und kostengünstig bereitzustellen. Durch standardisierte Schnittstellen des Open Geospatial Consoritums (OGC) wie WMS, WFS, CS-W und WPS) eignet sich das Masterportal optimal, um es mit bestehenden Geodateninfrastrukturen als Geoportal zu nutzen. Offene Schnittstellen ermöglichen es, Geodaten einfach in Prozesse und Fachverfahren zu integrieren. Zudem ist das Masterportal geräteunabhängig und kann auf Smartphones, Tablets und Desktops verwendet werden. Ein großer Funktionsumfang sowie die stetige Entwicklung neuer Services und Nutzungsmöglichkeiten tragen zur Nachhaltigkeit und Flexibilität der Lösung bei. Die unabhängige, nachhaltige und stetige Weiterentwicklung erfolgt dabei im Rahmen einer Implementierungspartnerschaft (IP) von Organisationen aus der öffentlichen Verwaltung, Das Masterportal zeigt, wie wichtig interoperable Schnittstellen für den späteren Transfer einer Lösung sind (siehe P5 – Transfer / Horizontale Skalierung).