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Industrie 4.0: Mit dem Internet der Dinge die Produktion optimieren (inkl. Whitepaper)

Produktionsoptimierung, Effizienzsteigerung und Wettbewerbsvorteile: Die zunehmende Vernetzung über das Internet der Dinge verspricht im produzierenden Gewerbe erhebliche Potentiale in der immer härter werdenden globalen Konkurrenz. Der dazugehörende Fachbegriff heißt „Industrie 4.0“. Er umfasst die Optimierung der gesamten Produktionskette – vom Zulieferer über den Maschinenpark in den Fabrikhallen bis hin zum Produkt.

Autor: Thomas Fischer

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Das Schlagwort „Industrie 4.0“ soll es bereits plakativ signalisieren: Nach Dampfmaschine, Fließband und Elektrizität bricht sich mit der zunehmenden Vernetzung des Produktionsprozesses über das Internet der Dinge der vierte große Umbruch in der industriellen Fertigung Bahn. Dieser umfasst nicht nur die eigentliche Herstellung in den eigenen Fabrikhallen, sondern den gesamten Produktionsprozess von der Zulieferkette bis hin zum fertigen Produkt. Moderne Sensortechnik auf allen Stationen und Stufen des Prozesses liefert die Daten, die intelligente Analyseprogramme auswerten. Dadurch lässt sich der Produktionsablauf flexibel steuern und umgehend an veränderte Bedingungen anpassen. Und dies sogar weitgehend automatisiert.

Produktionsprozesse werden intelligent

Damit sind einige der wichtigsten Vorteile von Industrie 4.0 bereits umrissen. Der Produktionsprozess wird durch die umfassende Vernetzung immer intelligenter.

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Eine Verzögerung in der Zulieferkette zum Beispiel ist dadurch sofort erkennbar. Auch deren Auswirkungen lassen sich umgehend vorhersagen. So kann der Produzent unverzüglich reagieren und Alternativen einsetzen, etwa einen anderen Zulieferer oder Spediteur. Das alles geschieht bei einer Komplettumsetzung des Industrie-4.0-Konzepts innerhalb weniger Augenblicke vollautomatisch unter Berücksichtigung aller Optimierungsaspekte. Diese Vorgehensweise ist schneller, effektiver und weniger fehleranfällig als menschliche Eingriffe in die Prozessabläufe.

Durch den strategischen Einsatz von Industrie 4.0 lassen sich Produktions- und Umsatzausfälle minimieren, wenn nicht sogar ausschließen. Allerdings kommt es dabei darauf an, dass jederzeit alle relevanten Daten aus dem Herstellungsprozess zur Verfügung stehen.

 - Hinter dem Begriff „Industrie 4.0“ steckt die globale Vernetzung aller Elemente des Produktionsprozesses. Dadurch lässt sich die Herstellung höchsteffizient steuern.

Hinter dem Begriff „Industrie 4.0“ steckt die globale Vernetzung aller Elemente des Produktionsprozesses. Dadurch lässt sich die Herstellung höchsteffizient steuern.

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Die hinter Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge stehende Vernetzung eröffnet Unternehmen sogar bessere Geschäftschancen. Beispiel Produktoptimierung: Die Daten von in Produkten eingebauten Sensoren, die vorrangig der Funktion des Produktes dienen, liefern oft wertvolle Rückmeldungen über die Nutzung. Durch die Analyse dieser Daten kann der Hersteller etwa Rückschlüsse auf die Bedienung erhalten und diese für ein nutzerfreundlicheres Produktdesign nutzen. Das steigert letztendlich die Kundenzufriedenheit und damit die Kundenbindung.

IT spielt die Schlüsselrolle

Die Schlüsselrolle bei der  Verwirklichung der Industrie-4.0-Vernetzung spielt die IT. Unabdingbar für das Internet der Dinge sind leistungsfähige Netzwerkstrukturen, die einfach zu nutzen sind und problemlos mitwachsen können. Genauso wichtig ist die stabile Internetanbindung mit einer auf das Datenaufkommen abgestimmten Bandbreite.

Die Kommunikation aller Elemente des Produktionsprozesses erfordert eine zuverlässige und leistungsfähige IT-Infrastruktur. Diese muss der Speicherung und Analyse der Datenflut gewachsen sein. In diesem Zusammenhang gewinnen die Themen Big Data und Cloud-Verwaltung, Informations- und Mobile-Workforce-Management sowie die entsprechenden Analyse- und Steuerungs-Tools immer mehr Bedeutung. Darauf müssen die IT-Abteilungen vorbereitet sein und zeitnah reagieren können.

 - Professionelle Hard- und Softwarelösungen, Beratung und Support zur Realisierung eines Industrie-4.0-Produktionsprozesses bietet beispielsweise Dell aus einer Hand an.

Professionelle Hard- und Softwarelösungen, Beratung und Support zur Realisierung eines Industrie-4.0-Produktionsprozesses bietet beispielsweise Dell aus einer Hand an.

Quelle: Dell

Betriebs- und Datenschutz

Jedes mit dem Internet verbundene Gerät ist prinzipiell Angriffsrisiken ausgesetzt. Dies gilt ebenso für die Industrie-4.0-vernetzten Maschinen und Steuerungscomputer. Diese sind wie herkömmliche Unternehmensnetzwerke bei Hackern und Cyperkriminellen beliebte Angriffsziele. Denn Datenspionage oder Sabotage versprechen hier mehr Aufmerksamkeit, Schaden oder „Beute“ als Attacken auf private Geräte.

Finden Angreifer etwa durch Malware-Einsatz oder Sicherheitslecks in der Maschinen-Firmware  Lücken, über die sich die Produktion lahmlegen lässt, werden Unternehmen erpress- und an sensibelster Stelle verwundbar. Man denke nur an das in diesem Zuammmenhang und dem Schlagwort „Cyber-War“ immer wieder gern zitierte Schreckensszenario, wenn Hacker die Kontrolle über die IT-Struktur eines Kernkraftwerks erlangen.

Ein weiteres Sicherheitsproblem ist die weltweite Betriebsspionage. Erhalten Hacker durch Sicherheitslücken einen direkten Zugriff auf Produktionsanlagen, stehen womöglich Produkt- und Herstellungsgeheimnisse und damit die ganze Existenz des Unternehmens auf dem Spiel.

 - Der Datenzyklus des Internets der Dinge kann in fünf Aktionsbereiche eingeteilt werden. Jeder davon muss gegen unerwünschte Zugriffe geschützt werden.

Der Datenzyklus des Internets der Dinge kann in fünf Aktionsbereiche eingeteilt werden. Jeder davon muss gegen unerwünschte Zugriffe geschützt werden.

Quelle: Dell

Sicherheitsherausforderungen der IT-Abteilung

Die Industrie-4.0-Vernetzung stellt die IT-Abteilungen in Unternehmen somit vor neue und zusätzliche Herausforderungen in Sachen Netzwerk- und Datenschutz. Um die Sicherheit zu gewährleisten, kommt es darauf an, möglichst früh aktiv zu werden und systematisch vorzugehen.

Erster Schritt ist daher die genaue Analyse aller Maschinen und Geräte, die später auf das IT-System zugreifen sollen. Welche Aufgaben haben diese? Welche Daten werden über welche Sensoren erfasst? An welche Empfänger werden diese übermittelt? Gibt es bereits Schwachstellenanalysen? Und welche Zertifizierungen sind vorhanden?

Um Unregelmäßigkeiten sofort erkennen zu können, muss die IT-Abteilung genau wissen, welche Geräte des Internets der Dinge zu welcher Zeit auf das Netzwerk zugreifen und was mit diesen Daten geschieht. In der Praxis hat es sich als sinnvoll erwiesen, für diese Geräte eine eigene Richtlinie einzuführen, etwa mit der Kategorie „Ohne Vertrauen“. Diese Geräte sollten sich in einem speziellen Netzwerksegment oder VLAN befinden. Der Zugriff auf unternehmenskritische Daten muss so ausgeschlossen werden.

Beim Internet der Dinge werden die Daten von Sensoren erfasst und geliefert. Diese können in der Regel nicht erkennen, ob die Daten aus legitimen Quellen stammen. Um Angreifern keine Einfallstore für Spoofing und Reverse Spoofing mit manipulierten Daten zu öffnen, kommt hier der Authentifizierung und Autorisierung besondere Bedeutung zu. Mit entsprechenden Richtlinien zur Autorisierung muss sichergestellt werden, dass die Daten der Sensoren ausschließlich an den richtigen Stellen ankommen.

Die meisten Sensoren werden sich nicht 100-prozentig gegen Diebstahl, Austausch und Manipulation sichern lassen. Diesem Risiko wirkt die verschlüsselte Datenübertragung entgegen. Sensoren müssen also entsprechend konzipiert sein und die eingesetzten Netzwerkprotokolle diese Verschlüsselung unterstützen. Dies gilt insbesondere für Wireless-Protokolle.

Sicherheitslücken tun sich oft auf, wenn die Gerätesoftware (Firmware) veraltet ist. Produkte von Herstellern oder Lieferanten, die die Aktualisierung ihrer Geräte vernachlässigen, sollten daher möglichst umgehend ersetzt werden.

 - Bei der Konzeption eines Internet-4.0-Netzwerks ist besonderes Augenmerk darauf zu legen, das die eingeschlossenen Geräte tatsächlich nur auf die relevanten Bereiche zugreifen können.

Bei der Konzeption eines Internet-4.0-Netzwerks ist besonderes Augenmerk darauf zu legen, das die eingeschlossenen Geräte tatsächlich nur auf die relevanten Bereiche zugreifen können.

Quelle: Dell

Ein wesentlicher Sicherheitsfaktor bei Netzwerken für Industrie 4.0 und Internet der Dinge ist eine Firewall der nächsten Generation mit hoher DPI-Leistung (DPI = Deep Packet Inspection). Diese enthebt die IT-Verantwortlichen jedoch nicht von der Pflicht, die Ereignisse im Netzwerk regelmäßig zu kontrollieren und Unregelmäßigkeiten sofort entgegenzusteuern.

Wichtig für die Sicherheit ist ebenfalls, dass die IT-Abteilung die Standards und Entwicklungen im Bereich Internet der Dinge stets im Auge behält und entsprechende Informations- und Schulungsmaßnahmen vorsieht. Denn kaum ein Bereich entwickelt sich derzeit so dynamisch. Und was heute noch sicherheitstechnisch als unbedenklich gilt, kann morgen schon höchst angriffsträchtig sein.

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