Interoperabilität und Sicherheit
Für die Produktion der Zukunft ergeben sich aus dem wachsenden CPS-Einsatz Herausforderungen, denen sich die produzierende Industrie stellen muss:
1. Herausforderung Interoperabilität: Produkte, Produktionsanlagen und -prozesse, deren Steuerungen und überlagerte Anwendungen zukünftig CPS nutzen werden. Allerdings entwickeln sie sich unabhängig voneinander – insofern benötigt die produzierende Industrie für morgen und übermorgen Methoden, Werkzeuge und Softwarekomponenten zur Synchronisierung dieser drei essentiellen Bereiche von Produktionsunternehmen und der sie unterstützenden IT-Systeme wie Produktlebenszyklus-Management, Digitale Fabrik und Manufactuning Execution-System. Damit ein durchgängiger Datenaustausch zwischen CPS funktioniert, bedarf es Standards zur sicheren Kommunikation in der Fabrik: Ein akzeptierter und in der Verbreitung befindlicher Kommunikationsstandard in Produktionsunternehmen ist OPC-UA. Auch innerhalb einer Maschine und Produktionsanlage ist Interoperabilität gefragt: Mechatronische Elemente sind die Komponenten von Produktionsanlagen; damit enthalten sie die Grundinformationen über die Geometrie, die Kinematik sowie die Logik der Anlage. Da jede mechatronische Komponente software-relevante Anteile in Form von eingebetteten Systemen oder Steuerungscode enthält, stellen sich auch hier Fragen der Interoperabilität und des durchgängigen Datenmanagements.
2. Herausforderung Datenkomplexität: In den Datenbeständen produktionsnaher IT-Systeme und solchen aus dem Betrieb von Anlagen, beide gespeist durch die Sensordaten von CPS, liegen ungenutzte Einsparungs- oder Verbesserungspotentiale. Demnach wächst mit zunehmender Komplexität moderner Produktionsanlagen auch der Bedarf an automatischer Erkennung von Anomalien, von Verschleiß und von Anlagenfehlern. Moderne Data Mining-Verfahren bieten erste Lösungsansätze, um der neuen Datenflut Herr zu werden. Damit nicht jeder Anwender alle Informationen, die die einzelnen Systeme einer Fabrik liefern, erhält und damit überfordert wird, gilt es, Informationen rollenbasiert und verteilt bereitzustellen. Jeder Anwender erhält dann die Informationen, die er benötigt, um seine Aufgabe vollständig erfüllen zu können. Dafür muss für jede Fachdisziplin möglich sein, mit der ihr zugeordneten Rolle ihre eigene Sicht zu erzeugen.
3. Herausforderung Sicherheit: Bei der Gestaltung von CPS-basierten Systemen in der Fabrik sind Sicherheitsmechanismen wie Authentifizierung und Autorisierung bzw. Rechteverwaltung in die Architektur von vornherein zu integrieren. Damit soll über Werkzeuge und Entwicklungsumgebungen sichergestellt werden, dass sensible Daten im frühestmöglichen Stadium gegen Angriffe durch Abhören und Modifikation geschützt sind. Standardisierte Security-Mechanismen wie Verschlüsselung, Signieren von Daten sowie Authentifizieren von Datenobjekten und Steuerungskomponenten sollen zum Einsatz kommen, damit sich nur autorisierte Komponenten in das Produktionssystem integrieren dürfen. Die Sicherheit für vertrauenswürdige CPS-Mechanismen kann daher nur auf der Basis geschützter und eindeutig identifizierbarer Komponenten erreicht werden.
Offene Schittstellen statt proprietäre Lösungen
Die umfassende Vernetzung untereinander und mit einem Netz an Sensoren via CPS befähigen moderne Produktionsunternehmen, sich entsprechend der Marktanforderungen zu wandeln, im Netzwerk zu arbeiten und in Echtzeit Informationen auszutauschen. Die Integration vorhandener und neuer IT-Systeme spielt dabei die zentrale Rolle, um Geschäftsprozesse durchgängig zu unterstützen. Basis dieser Integration sind Mechanismen zur Interoperabilität, die für die Fabrik der Zukunft entwickelt, erprobt und bereitgestellt werden müssen. Im Markt können sich jene Maschinen- und Anlagenbauer sowie Komponentenhersteller einen Vorsprung verschaffen, die ihre Komponenten mit offenen, standardisierten Schnittstellen versehen. Insgesamt kann die Informationstechnik für die Fabrik der Zukunft nicht mehr von einem Unternehmen allein entwickelt werden, vor allem wenn es sich um offene – statt um proprietäre – Lösungen handelt. Partner aus Forschung und Industrie müssen gemeinsam Innovationen entwickeln und erproben.
