INTERNET DER DINGE. dialog 02/2015 ENERGIE-EFFIZIENZ E-MOBILITY EUROPA DAS TECHNOLOGIE-MAGAZIN

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1 DAS TECHNOLOGIE-MAGAZIN dialog 02/2015 INTERNET DER DINGE ENERGIE-EFFIZIENZ Haushaltsgeräte haben es längst jetzt sollen auch Rechenzentren ein Energielabel bekommen. E-MOBILITY Mit der Normungs-Roadmap 3.0 auf dem Weg zum standardisierten Ladenetz für Elektroautos. EUROPA Die Agenda von Jean-Claude Juncker und der neu zusammen - gesetzten Europäischen Kommission.

2 Industrie 4.0 Entdecken, was dahintersteckt. Mit intelligenten Feldgeräten und Systemen treiben wir gemeinsam mit unseren Kunden die interne und externe Vernetzung voran. Wir unterstützen Sie bei der horiontalen Integration entlang der Wertschöpfungsnetzwerke über Produktionsprozesse hinweg. Wir schaffen Lösungen für die vertikale Integration aller relevanten Geschä s-, Produktionsund Automatisierungsprozesse. Und Sie profitieren von einem durchgängigen Engineering über den gesamten Lebenszyklus von Geräten und Anlagen. Lassen Sie sich von uns auf dem Weg zum Ziel 4.0 begleiten. Entdecken Sie mehr unter: Hannover, Halle 11, Stand C 39 Endress+Hauser AG Messtechnik GmbH+Co. KG Colmarer Straße Weil am Rhein Telefon Fax

3 EDITORIAL TITEL: MARTIN WOLCZYK (ILLUSTRATION) UNTER VERWENDUNG VON FOTOLIA.COM ( GUDO, ICONIMAGE, RASHADASHUROV, ERHAN ERGIN, MIMI POTTER, SKARIN, ARABES69, DILYANAH, RYANKING999); SEITE 3: PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG Das Internet der Dinge und die Normung Das Internet der Dinge lässt Geräte und Systeme selbstständig miteinander kommunizieren und interagieren eine wichtige Grundlage für innovative Anwendungen wie etwa Industrie 4.0. Um die damit verbundenen Chancen zu nutzen, werden Normen und Standards für verschiedenste Bereiche benötigt. Eine besondere Rolle kommt hierbei der Kommunikationstechnik und auch der Standardisierung der Semantik und Syntax von Informationsinhalten zu. Auch mit Blick auf das Echtzeit-Internet und den 5G-Mobilfunk muss die Normung vorangetrieben werden. Hohe Priorität hat darüber hinaus die IT-Sicherheit. Da es sich beim Internet der Dinge wie bei allen Systemthemen um weltweite und domainübergreifende Entwicklungen handelt, gilt es, die Normung nicht nur auf nationaler, sondern auch auf internationaler Ebene voranzutreiben und über die Grenzen einzelner Normungsorganisationen hinaus abzustimmen. Auf internationaler Ebene wird derzeit im ISO/IEC-Gremium Internet of Things daran gearbeitet, den Normungsbedarf zu identifizieren, die nötigen Standards zu konsolidieren und Lösungen zu erarbeiten. Die DKE ist auf allen Ebenen inhaltlich wie personell sehr stark engagiert. Als neu gewählter Präsident der europäischen Normungsorganisation CENELEC wird DKE-Geschäftsführer Dr. Bernhard Thies ab 2016 die Weiterentwicklung neuer Normungskonzepte in Zukunftsfeldern wie Smart Cities, Industrie 4.0 oder Elektromobilität sowie die Zusammenarbeit mit der EU-Kommission im Fokus haben. Darüber hinaus wird die DKE vom 10. bis 15. Oktober 2016 die IEC-Generalversammlung in Frankfurt am Main ausrichten. Die Wahl der IEC ist eine große Anerkennung für das Engagement der DKE und bietet die Chance, Normungsideen, systemische Lösungsansätze made in Germany und die Initiative Next Generation DKE in einem Heimspiel zu präsentieren. Für die deutsche Elektro- und IT-Branche ist es von größter Bedeutung, Normung als strategisches Instrument für die Umsetzung innovativer Ideen in marktfähige Produkte zu nutzen. Dies gilt gerade bei grundlegenden Systemthemen wie dem Internet der Dinge, dem Schwerpunkt der neuen Ausgabe des VDE-Magazins. Ich freue mich, wenn der VDE dialog dazu beiträgt, viele Unternehmen und Experten für die Normung zu sensibilisieren und zur Mitarbeit zu motivieren. Eine informative und anregende Lektüre wünscht Ihnen»Für die deutsche Elektro- und IT-Branche ist es von größter Bedeutung, Normung als strategisches Instrument zu nutzen.«roland Bent Vorsitzender der DKE und Geschäftsführer der PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG 03

4 INHALT 12 Bis zum Jahr 2020 werden nach Schätzungen von Experten mehrere Milliarden Objekte weltweit miteinander vernetzt sein. Das Ergebnis ist das Internet der Dinge, dessen Möglichkeiten schon heute in den Fabrikhallen deutlich werden. SPEKTRUM 06 MELDUNGEN Datenspeicher / Elektroautos / Personalia / IT-Sicherheit / Halbleiter-Forschung / Software / Hochschulen / VDE-Studie / Nachwuchswettbewerb / Autonomes Fahren 07 PERSONALIA Martina Koederitz / Prof. Dr. Rüdiger Kays / Günther Oettinger / Dr. Bernhard Thies / Sir Timothy John Berners-Lee 09 RUNDRUF Werden die Verbraucher dank Industrie 4.0 bald qualitativ bessere und individuell passende Produkte kaufen können? Drei Expertenmeinungen. 10 INTERVIEW Der FNN-Vorsitzende Ludger Meier erklärt im Gespräch, wie sich Erzeugungsanlagen im Niederspannungsbereich im Fehlerfall verhalten sollen, um das Gesamtsystem bestmöglich zu unterstützen. TITEL 12 SMART OBJECTS Die zunehmende Vernetzung von Objekten, die Verschmelzung von realer und virtueller Welt längst ist das mehr als eine reine Zukunftsvision. Das Internet der Dinge hat bereits Einzug in Alltagsbereiche und Fabrikhallen gehalten. 18 INDUSTRIE 4.0 Industrie 4.0 und mit ihr die vernetzte Fabrik bergen das Potenzial großer Effizienz- und Produktivitätsgewinne. Die deutsche Industrie hat gute Chancen, eine global führende Rolle zu spielen wenn sie die Herausforderungen des gravierenden Umbruchs in der industriellen Fertigung erkennt und meistert. 22 ARBEITSMARKT Mit interdisziplinären Kompetenzen ausgerüstet, können Elektroingenieure eine Hauptrolle im Vernetzungsprozess der industriellen Produktion spielen und zu den Gewinnern am Arbeitsmarkt gehören. 04

5 30 27 Noch fehlt es an europaweit einheitlichen Standards für Stecker und durchgängige Bezahlsysteme für Elektroautos. 34 Nicht nur die Zusammensetzung der Europäischen Kommission ist neu, auch die Struktur hat ihr Präsident Jean-Claude Juncker (vorne Mitte) novelliert. VDE und DKE erarbeiten mit der Normenfamilie DIN EN einen Weg, um ein Energiesparlabel für Unternehmensserver zu entwickeln. THEMEN KOMPAKT FOTOS: SEITE 04: IWORKALONE / FOTOLIA; SEITE 05: ENDIG/DPA/TMN (OBEN), EUROPEAN COMMISSION (UNTEN), STRATO (RECHTS) 24 HDTV Größer, schärfer, flacher. Die nächsten HDTV-Entwicklungen erobern den Markt. 27 RECHENZENTREN Energiesparetikett: Was elektronische Haushaltsgeräte schon lange haben, soll jetzt auch für Rechenzentren umgesetzt werden. 30 E-MOBILITY Bislang fehlt ein bundesweites, durchgängig standardisiertes Ladenetz. Eine neue Normungs-Roadmap soll Abhilfe schaffen. 32 MOBILFUNK Ab 2020 soll 5G an den Start gehen. Noch ist ungeklärt, welche Frequenzbänder dafür genutzt werden. 34 EU-KOMMISSION Jean-Claude Juncker verfolgt als neuer Kommissionspräsident ehrgeizige Ziele. 38 WISSEN 40 NORMUNG / PRÜFUNG 42 AUS DEN REGIONEN 44 VDE YOUNGNET 46 TERMINE 48 INFOCENTER 50 DEBATTE 05

6 SPEKTRUM DATENSPEICHER Virtueller Safe Das Hasso-Plattner-Institut (HPI) und die Bundesdruckerei arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines Online-Datentresors. ELEKTROAUTOS Lohnt sich nicht? Lohnt sich doch! Eine neue Studie hat die Wirtschaftlichkeit von Elektroautos in gewerblichen Fuhrparks untersucht. Das Ergebnis: Schon heute können Elektrofahrzeuge gegenüber konventionellen Pkw Kostenvorteile aufweisen. Entscheidender Sparfaktor ist die jährliche Kilometerleistung. Das HPI bringt dazu seine Speichertechnologie mit dem Namen Cloud-RAID ein, die Bundesdruckerei ihre Trusted Service Platform. Diese sorgt dafür, dass Nutzer des Online-Datentresors mit ihrem Personalausweis sicher identifizierbar sind. Die Lösung soll nicht nur alle gesetzlichen Anforderungen erfüllen, sondern auch einfach zu bedienen, flexibel nutzbar und zuverlässig verfügbar sein. Anwendung soll der virtuelle Tresor bei Bürgern und Unternehmen finden und nur diese selbst werden laut HPI ihre persönlichen Daten einsehen können. Da unterschiedliche Cloud-Anbieter integriert werden, soll kein Dienstleister in den alleinigen Besitz der Benutzerdaten gelangen. Das Projekt ist Teil einer Forschungspartnerschaft, die das HPI und die Bundesdruckerei geschlossen haben. Laut Vereinbarung wollen beide Partner sich in ihrer weiteren Zusammenarbeit darauf konzentrieren, internetgestützte Dienstleistungen für die öffentliche Verwaltung und Privatunternehmen sicherer zu machen. Wer sagt, Elektroautos lohnen sich nicht? Eine vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Studie des Öko-Instituts und des VDE kommt zu einem anderen Ergebnis: Schon heute können Elektroautos in gewerblichen Fuhrparks wirtschaftlich betrieben werden und weisen gegenüber konventionellen Pkw mit zunehmender Kilometerleistung umso größere Kostenvorteile auf. Auf Basis weiter sinkender Batteriepreise entsteht laut Studie bis 2020 ein ökonomisches Potenzial von bis zu elektrischen Nutzfahrzeugen, die wirtschaftlich betrieben werden können. Entscheidend ist dabei die jährliche Fahrleistung der Fahrzeuge. Derzeit muss ein mittelgroßer Pkw, etwa ein Elektro-Golf, auf eine jährliche Kilometerleistung von mindestens kommen, um sich im Vergleich zu einem konventionellen Dieselfahrzeug zu lohnen. Durch eine günstige Entwicklung der Rahmenbedingungen wie der Energie- und Batteriepreise sowie des Restwerts auf dem Gebrauchtwagenmarkt dürfte die Wirtschaftlichkeitsschwelle bis 2020 je nach Szenario sogar auf bis Kilometer sinken. Schon heute werden mehr als 90 Prozent der Elektroautos gewerblich genutzt. Die rund zum Ende letzten Jahres zugelassenen Elektrofahrzeuge haben in der gewerblichen Anwendung deutliche Vorteile gegenüber der privaten Nutzung: Sie weisen meist regelmäßige Tagesfahrleistungen von bis zu 150 Kilometern auf und erreichen damit eine hohe Jahresfahrleistung. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit des elektrischen Antriebs. Steuerliche Vorteile der gewerblichen Nutzung sind ein weiterer Pluspunkt in der Gesamtkostenrechnung, ebenso wie die oft günstigeren Gewerbestromtarife. Auch die Auswirkung auf die Treibhausgasemissionen wäre merklich: Würde das Potenzial von Fahrzeugen erschlossen und der Strom für ihren Betrieb vollständig aus zusätzlichen erneuerbaren Quellen bezogen, könnten im Jahr 2020 rund 2,6 Millionen Tonnen Treib hausgasemissionen eingespart werden. 06

7 Personalia MARTINA KOEDERITZ, Vorsitzende der Geschäftsführung von IBM Deutschland, wird auf dem Innovations(t)raum Elektromobilität die Keynote sprechen. Die Veranstaltung findet am 23. und 24. April in Stuttgart statt und wird vom VDE im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie organisiert PROF. DR. RÜDIGER KAYS ist neuer Vorsitzender der Informationstechnischen Gesellschaft im VDE (ITG) und damit Mitglied im VDE-Präsidium. Der 57-Jährige ist seit vielen Jahren im VDE aktiv und Inhaber des Lehrstuhls für Kommunikationstechnik an der Technischen Universität Dortmund GÜNTHER OETTINGER ist zum EU-Kommissar für Digitale Wirtschaft und Gesellschaft berufen worden. Er ist damit auf EU-Ebene zuständig für die Förderung, Weiterentwicklung und Verbreitung von Informations- und Kommunikationstechnologien. +++ Die International Robotics and Intelligent Equipment Industry Alliance (IRIEA) hat 4 DR. BERNHARD THIES, Sprecher der DKE-Geschäftsführung, zu ihrem Vize-Präsidenten ernannt. Thies hat sich zum Ziel gesetzt, den Dialog zwischen deutschen und chinesischen Unternehmen im Bereich Automatisierungstechnik und Industrie 4.0 zu fördern. +++ Der 12. Gottlieb Duttweiler Preis geht an 5 SIR TIMOTHY JOHN BERNERS-LEE. Das GDI Gottlieb Duttweiler Institut ehrt Berners-Lee für die Entwicklung des World Wide Web. Er nimmt den Preis am 29. April in Rüschlikon / Zürich entgegen. FOTOS: SEITE 06: SPECTRAL-DESIGN/FOTOLIA, VW; SEITE 07: IBM (1), ITG (2), MARTIN KRAFT / LICENCE: CC BY-SA 3.0 (3), DKE (4), PAUL CLARKE / CC BY-SA 4.0 (5), TULPAHN/FOTOLIA IT-SICHERHEIT Attacke! Laut Lagebericht des BSI zur IT- Sicherheit in Deutschland finden Cyberangriffe täglich statt. Die Angreifer werden zunehmend professionell und gehen zielgerichteter vor. Die Bedrohung von IT-Systemen ist nach wie vor hoch zu diesem Schluss kommen sowohl das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) als auch der Security-Spezialist Radware. Laut Lagebericht des BSI zur IT-Sicherheit in Deutschland sind Bürger, Forschungseinrichtungen, staatliche Stellen, Unternehmen und Betreiber Kritischer Infrastrukturen betroffen. Viele Attacken verlaufen erfolgreich, weil die Angreifer über die notwendigen Werkzeuge verfügen und ihre Methoden verbessert haben. So waren 2014 vor allem Angriffe mithilfe von Botnetzen, Phishing oder Social Engineering sowie durch die Kompromittierung von Webseiten oder Werbebannern an der Tagesordnung. Von zunehmender Bedeutung sind Angriffe auf Grundstrukturen des Internets. Cyberangreifer treffen auf Rahmenbedingungen, die sie zunehmend zu ihrem Vorteil nutzen: Die hohe Anzahl an Schwachstellen in IT-Systemen und Software, die breite Verfügbarkeit von geeigneten Angriffswerkzeugen sowie die zunehmende Nutzung mobiler Geräte und die oft unzureichende Absicherung industrieller Steuerungssysteme im Zuge der Entwicklung zur Industrie 4.0. Radware hat in seinem Lagebericht zur weltweiten IT-Sicherheit die fünf größten Gefahren für 2015 aufgelistet: Cyberattacken dauern immer länger, die meisten erstrecken sich über mehrere Wochen. Besonders im Fokus stehen Regierungsorganisationen und Internet- Serviceanbieter sowie neuerdings die Gaming-Industrie. In den vergangenen Jahren richteten sich DDoS-Attacken (Distributed Denial of Service) vor allem gegen Server oder Firewalls, neue Schwachstelle Nummer eins: der Internetzugang. Meist kommen mehrere Angriffsmethoden bei DDoS-Attacken zum Einsatz. Cloud-Computing und das Internet der Dinge schaffen neue Sicherheitslücken. 07

8 SPEKTRUM HALBLEITER-FORSCHUNG Vielversprechendes Neuland Ein neues Forschungsprojekt hat zum Ziel, den Wirkungsgrad der Stromversorgung in industriellen Prozessen zu erhöhen und dadurch Energie und CO 2 einzusparen. Im Zentrum der Forschung stehen Leistungshalbleiterschalter aus Siliziumkarbid. SOFTWARE Kassieren, bitte! Wissenschaftler der Uni Bielefeld wollen Menschen mit Handicap softwareunterstützt helfen, ihre Arbeitsprozesse zu strukturieren. Viele industrielle Verfahren verbrauchen große Mengen elektrischer Energie. Darunter sind auch Technologien, die eine wichtige Rolle für die Energiewende spielen, wie das Zonenschmelzverfahren (Float Zone) zum Herstellen von hochreinen kristallinen Werkstoffen. Zurzeit werden dabei für die Stromversorgung noch Systeme eingesetzt, die auf Röhrentechnologie basieren und einen elektrischen Wirkungsgrad von maximal 65 Prozent aufweisen. Forscher am Lichttechnischen Institut (LTI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben sich mit Industriepartnern zum Verbundprojekt MMPSiC zusammengeschlossen, um den Einsatz von Leistungshalbleiterschaltern aus Siliziumkarbid zu untersuchen. Durch eine Umstellung auf Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid ließe sich der Wirkungsgrad der Prozessstromversorgungen auf über 80 Prozent steigern. In der Folge würden große Mengen an elektrischer Energie eingespart und Treibhausgasemissionen reduziert. Als Halbleitermaterial bietet Siliziumkarbid verschiedene Vorteile: Dank der größeren elektronischen Bandlücke ermöglicht es deutlich höhere Betriebstemperaturen als konventionelle Halbleiter. Leistungselektronik mit Siliziumkarbid zeichnet sich besonders durch höhere Energieeffizienz und Kompaktheit aus. Die Realisierbarkeit solcher Prozessstromversorgungen untersuchen die Forscher des LTI gemeinsam mit den Partnern TRUMPF Hüttinger und IXYS Semiconductor. Bei der Stromversorgung von energieintensiven industriellen Anwendungen wie dem Zonenschmelzverfahren ist es erforderlich, mit hohen Frequenzen zu schalten, erklärt der Leiter des Projekts, Dr. Rainer Kling vom LTI des KIT. Siliziumkarbid ist für diese hohen Frequenzen noch nicht erprobt; wir betreten damit Neuland. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt das Projekt MMPSiC im Rahmen der Fördermaßnahme Leistungselektronik zur Energieeffizienzsteigerung (LES 2) mit rund Euro. Berufstätige Menschen mit geistiger Behinderung werfen hin und wieder Abläufe durcheinander: Sie spannen zum Beispiel ein Werkstück nicht ein, bevor sie es schleifen, oder sie vergessen, für eine Ware zu kassieren. Ludwig Vogel und Heiko Lex vom Exzellenzcluster Kognitive Inter - ak tionstechnologie (CITEC) haben eine Software entwickelt, die hilft, Aufgaben und Arbeitsprozesse zu strukturieren. Die Anwender können am Bildschirm entscheiden, welche Arbeitsschritte für ihre Tätigkeit wichtig sind. Die Software stellt verbal und grafisch verschiedene Tätigkeitsfelder dar. Die Nutzer sollen dann entscheiden, was zusammengehört und was nicht. Die Software wertet die Antworten aus und gibt Tipps zur Verbesserung. Die Wissenschaftler der Uni Bielefeld arbeiten mit den von Bodelschwinghschen Stiftungen zusammen. In deren Werkstätten können Menschen mit unterschiedlichen Behinderungen ihre berufliche Bildung und Teilhabe am Arbeitsleben realisieren. 08

9 FOTOS: SEITE 08: TRUMPF HÜTTINGER, UNI BIELEFELD; SEITE 09: (V.O.N.U.) FRAUNHOFER IPA, IBM, DGQ HOCHSCHULEN Betreuungsquote: mangelhaft In den MINT-Fächern hat sich die Betreuungsquote an deutschen Hochschulen in den vergangenen Jahren deutlich verschlechtert. Das Betreuungsverhältnis an Fachhochschulen und Universitäten zwischen 2003 und 2012 hat sich trotz des Anstiegs der Studierenden um rund 30 Prozent im gleichen Zeitraum insgesamt kaum verändert. Signifikant verschlechtert haben sich allerdings die Zahlen in den Fächern Mathematik, Informatik, Natur- und Technikwissenschaften (MINT): Dort stehen für die Begleitung der Studierenden bis zum erfolgreichen Studienabschluss mittlerweile weniger Professoren und wissenschaftliche Mitarbeiter/ innen zur Verfügung als noch vor rund zehn Jahren. Dies ist eines der Ergebnisse einer Studie des Forschungsinstituts für Bildungs- und Sozialökonomie (FiBS), in der die Entwicklung der Betreuungsrela tionen an den Universitäten und Fachhochschulen sowie in den einzelnen Fächergruppen von 2003 bis 2012 untersucht wurde. Demnach kamen im Jahr 2003 im Bundesdurchschnitt 15,6 Studierende der Ingenieur wissenschaften auf eine Wissenschaftlerstelle, 2012 waren es jedoch bereits 22,4. Besonders dramatisch ist die Situation an den Universitäten. Dort musste jeder Professor oder wissenschaftliche Mitarbeiter zuletzt 19,4 Studierende statt 11,0 Studierende betreuen. Auch in Mathematik und den Naturwissenschaften hat sich die Betreuungsquote erheblich verschlechtert. Musste jede wissenschaftliche Kraft im Jahr 2003 noch 15 Studierende begleiten, sind es ein Jahrzehnt später schon über 17. Die gestiegenen Betreuungsrelationen in den MINT-Fächern könnten einer der Gründe für die hohen Studienabbruchquoten in den Ingenieur- und Naturwissenschaften sein, sagt Dr. Dieter Dohmen, der Direktor des Forschungsinstituts. Dabei sind die Absolventen dieser Fachbereiche im Arbeitsmarkt zunehmend gefragt. INDUSTRIELLE PRODUKTION Die Vision: Losgröße 1 Dank Industrie 4.0 und Big Data können Unternehmen die Bedürfnisse der Kunden besser verstehen, individueller fertigen und Fehler in der Produktion früher erkennen. Werden wir daher künftig qualitativ bessere Produkte kaufen können, die genauer zu uns passen? Drei Expertenmeinungen. PROF. THOMAS BAUERNHANSL, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)»Das Ziel der Industrie 4.0 heißt Mass Personalization und Mass Sustainability. Dabei entstehen hoch personalisierte und nachhaltige Produkte zu Kosten der Massenproduktion. Durch eine echtzeitfähige Vernetzung aller Wertschöpfungspartner entstehen unter anderem höchste Kundennutzenzentrierung, Flexibilität und Produktivität. Der Kunde erhält so nicht nur eine exakt auf seine Bedürfnisse zugeschnittene Leistung, sondern nimmt auch aktiv an der Wertschöpfung teil. Er wird zum Prosumer einer Kombination von Produzent und Konsument.«FRIEDRICH VOLLMAR, Leiter Industrie 4.0 bei IBM Deutschland»Ziel der Vision von Industrie 4.0 ist die Losgröße 1, also das kundenindividuelle Produkt. Voraussetzung ist die Integration von Produktion und Unternehmensplanung in ein durchgängiges IT-System. Im Fokus stehen Qualität und Lieferfähigkeit, da fehlerhafte Produkte kaum getauscht oder nachgeliefert werden können. Die Lösung lautet Predictive Maintenance, der Einsatz moderner Analyse-Software für die vorausschauende Wartung und Überwachung von Maschinen und Anlagen, mit der Fehlermuster in Echtzeit erkannt werden können. So leistet Industrie 4.0 einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung und liefert maßgeschneiderte Produkte für den Verbraucher.«BENEDIKT SOMMERHOFF, Leiter DGQ-Regional bei der Deutschen Gesellschaft für Qualität (DGQ)»Industrie 4.0 und Big Data werden die Individualität und die Qualität von Produkten signifikant verbessern. Die Kunden selbst spezifizieren ihre individuelle Produktvariante und die Smart Factory produziert kostengünstig mit Losgröße 1. Die Qualität aller relevanten Merkmale ist jederzeit vollständig erfasst. Der Hersteller weiß, wie und wann welcher Fehler im Feld auftritt. Die Produzenten brauchen allerdings intelligente Analysesysteme, die konsequente Nutzung der Big Data, Industrie-4.0- taugliche Infrastrukturen und Geschäftsmodelle und den Paradigmenwechsel zur Qualitätssicherung 4.0.«09

10 SPEKTRUM NIEDERSPANNUNGSANLAGEN Versorgungsausfälle verhindern Eine Studie des Forums Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE FNN) hat untersucht, wie sich Anlagen in der Niederspannung im Fehlerfall verhalten sollen, um das Gesamtsystem bestmöglich zu unterstützen (siehe Meldung unten). Der FNN-Vorsitzende Ludger Meier erklärt die grundlegende Problematik. LUDGER MEIER ist der Vorsitzende des Forums Netztechnik/Netzbetrieb im VDE und beim Übertragungsnetzbetreiber Amprion als Prokurist verantwortlich für den Bereich Betrieb und Projektierung. Welche Rolle spielt das Verhalten der Erzeugungsanlagen im Niederspannungsbereich für die Systemsicherheit? Sämtliche Kraftwerke, Verbraucher und Industrielasten sowie das Netz bilden ein Gesamtsystem. Dieses System wird ständig ausbalanciert. Die wesentlichen technischen Größen stellen die Frequenz als Maß für die Leistungsbilanz und die Spannungshöhe beeinflusst durch die sogenannte Blindleistung dar. Bei Störungen müssen alle Erzeugungseinheiten helfen, die Störungsauswirkungen zu begrenzen. Die Leistungen der Systeme im Niederspannungsbereich sind mittlerweile so hoch, dass sie einen relevanten Systembeitrag liefern. Durch die zunehmende Nutzung der erneuerbaren Energien gehen wir davon aus, dass bis zum Jahr 2022 die installierte Erzeugungsleistung der dezentralen Anlagen im Niederspannungsbereich bei 37 Gigawatt liegen wird. Im Fehlerfall muss daher ein Ausfall von großen Leistungsanteilen der dezentralen Erzeugung unbedingt verhindert werden sonst drohen Versorgungsausfälle. Fazit der FNN-Studie ist, dass sich die Anlagen eingeschränkt dynamisch netzstützend verhalten sollen. Warum nicht vollständig dynamisch? Langfristig werden wir eine vollständig dynamische Netzstützung wie auch heute schon bei Großanlagen benötigen. Zurzeit reicht die eingeschränkte Variante aus. Und für Letztgenannte sind die notwendigen Technologien bereits jetzt vorhanden. Die gängigen am Markt etablierten Wechselrichterhersteller sind schon heute in der Lage, die wesentlichen Anforderungen zu erfüllen. Deren Einführung hat somit zeitnah einen erheblichen Nutzen bei gleichzeitig relativ geringem Entwicklungsaufwand. Sind die Hersteller der Anlagen mit im Boot, wenn es darum geht, die notwendigen Anforderungen zu erfüllen? Ja. Denn den Herstellern ist bewusst: Je mehr systemkonforme Anlagen sie anbieten können, umso mehr können davon auch in das System integriert werden und das ist gut für das Geschäft. Wir sind gemeinsam dem Erfolg verpflichtet. Welche weiteren Studien sind geplant? Für die Netze bedeutet die Einführung der Anforderungen eine Veränderung im Umgang mit Inselnetzen. Bis dato wurde der Wechselrichter sowohl bei Störungen als auch bei Inselnetzbildung abgeschaltet. Dies soll er künftig auch weiter im Fall der Inselnetzbildung tun jedoch nicht mehr im Fehlerfall. Daher muss ein Differenzierungsmerkmal gefunden und implementiert werden. Eine weitere Studie soll hierüber Aufschluss geben. VDE-STUDIE Was tun im Fehlerfall? Künftige Erzeugungsanlagen in der Niederspannung sollen sich eingeschränkt dynamisch netzstützend verhalten (siehe auch Interview). In einer vom Forum Netztechnik/ Netzbetrieb im VDE FNN beauftragten Studie wurde erstmals umfassend untersucht, welche Auswirkungen ein Fehler im Übertragungsnetz im Jahr 2022 auf dezentrale Erzeugungsanlagen in der Niederspannung hätte. Das Verhalten von Erneuerbare-Energien- Anlagen bei Spannungseinbrüchen hat große Auswirkungen auf die gesamte Systemsicherheit. So zeigt die Studie, dass eine netzfehlerbedingte Abschaltung in einigen Netzregionen zu einem Ausfall von 30 bis 50 Prozent der momentanen Einspeisung führen kann. Deshalb sollte die Abschaltleistung so gering wie möglich gehalten werden. Die Autoren der Studie empfehlen, dass sich künftige Erzeugungsanlagen in der Niederspannung eingeschränkt dynamisch netzstützend verhalten sollten, da dann die Wechselrichter im Zeitbereich der Fehlerklärung keine Leistung abgeben. Bei vollständiger Netzstützung werden dagegen im Fehlerfall Wirk- und Blindleistung weiterhin bereitgestellt. Laut Studie lässt sich aber schon durch die eingeschränkte Variante beispielsweise ein simulierter Wegfall von rund 1400 Megawatt Leistung um 50 Prozent reduzieren. 10

11 NACHWUCHSWETTBEWERB Hand in Hand Acht interdisziplinäre Forschungsgruppen arbeiten an der Verbesserung technischer Unterstützungssysteme im Alltag. AUTONOMES FAHREN Guck mal, wer da lenkt! An autonomen Fahrzeugen arbeitet derzeit die gesamte Branche: Google bringt 150 Fahrzeuge auf die Straße, Daimler kombiniert in seinem Forschungsauto viele derzeit verfügbare technische Möglichkeiten mit futuristischem Design. Auch der Taxidienst Uber will mitmischen. FOTOS: SEITE 10: VDE; SEITE 11: BMBF, MERCEDES-BENZ Unter dem Titel Interdisziplinärer Kompetenzaufbau nehmen die acht interdisziplinären Forschungsgruppen am Nachwuchswettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) teil. Besonders talentierte Postdoktorandinnen und Postdoktoranden werden dabei unterstützt, eine eigene universitäre Nachwuchsgruppe aufzubauen. Bei der Forschung geht es in erster Linie um die Frage, wie Technik zum Nutzen des Menschen eingesetzt werden kann. Die Nachwuchsgruppen werden unter anderem an partizipativen und nutzerorientierten Konzepten für das nachbarschaftliche Miteinander, einem mobilen, digitalen Fitness- Coach für ein gesundes Bewegungsverhalten oder an unterstützenden Technologien für den Arbeitsplatz arbeiten. Technik muss dem Menschen dienen, nicht umgekehrt, sagt Bundesforschungsministerin Johanna Wanka. Die Akzeptanz und Nutzerfreundlichkeit von technischen Systemen müssten daher noch stärker vorangetrieben werden. Die Entwicklung von selbstfahrenden Autos geht zügig voran. Hersteller Daimler stellt mit seinem F 015 Luxury in Motion ein Forschungsfahrzeug vor, das keine Knöpfe oder Schalter mehr hat. Gesteuert wird das Auto über Gesten und Augenbewegungen sowie über das Berühren eines Displays, das jedem Passagier zur Verfügung steht. Dieser kontinuierliche Informationsaustausch zwischen Fahrzeug, Passagieren und Außenwelt ist die zentrale Idee des selbststeuernden Autos. Da der Fahrer selbst nicht mehr lenken muss, lässt sich sein Sessel ebenso wie die drei anderen drehen. Der F 015 zeigt seiner Umwelt durch die Farbe seines Lichts an, ob er gerade von einem Menschen gesteuert wird oder autonom fährt. Für den Antrieb nutzt das Fahrzeug eine Kombination aus Brennstoffzelle und Hochvoltbatterie. Der Prototyp eines selbstfahrenden Autos, den Google entwickelt hat, ist zwar weniger stylisch, dafür soll er aber noch in diesem Jahr auf kalifornischen Straßen zu finden. sein. Derzeit werden 150 Stück gebaut, um die Technik in dem US-Staat im Praxis einsatz zu testen. Das zweisitzige Elektroauto wird vom Fahrzeugentwickler ROUSH in der Nähe von Detroit gefertigt. An dem Projekt sind auch die deutschen Zulieferer Continental, Bosch und ZF Lenksysteme beteiligt. Bis 2020 will die Internet- Company ihre autonomen Fahrzeuge zur Marktreife bringen. Dazu führt Google Gespräche mit den großen Autobauern wie Daimler, VW, General Motors, Ford und Toyota. Die Entwicklung autonomer Fahrzeuge will auch ein Unternehmen vorantreiben, dessen Praktiken zurzeit kontrovers diskutiert werden. Der Fahrdienstvermittler Uber kooperiert dafür mit der Carnegie Mellon University (CMU). Gemeinsam soll in Pittsburgh das Uber Advanced Technologies Center aufgebaut werden. Technikexperten von Uber sowie Wissenschaftler der CMU wollen zusammen an neuen Technologien arbeiten und forschen. Die Themengebiete, die dabei im Fokus stehen, sind unter anderem Kartendienste, Fahrzeugsicherheit sowie autonome Autos. 11

12 TITEL INTERNET DER DINGE

13 SMART OBJECTS MEHR ALS EINE ZUKUNFTSVISION Weniger Fehler in der Produktion, intelligente Verkehrssteuerung, Energie sparen im eigenen Haus das Internet der Dinge könnte das Leben in vielen Bereichen erleichtern. Doch die Technologie führt die Leistungsfähigkeit der bestehenden Netze und der meisten IT-Systeme an ihre Grenzen. Und viele Sicherheitsfragen sind noch ungeklärt. VON MARKUS STREHLITZ 30 Milliarden, 50 Milliarden oder sogar 212 Milliarden das sind die Zahlen, die Experten auf die Frage nennen, wie viele Objekte bis zum Jahr 2020 weltweit miteinander vernetzt sein werden. Die Angaben unterscheiden sich etwas voneinander, je nachdem, welche Wissenschaftler, Analysten, Marktforscher oder IT-Anbieter Auskunft geben sollen. Doch fest steht, dass die Vernetzung mit schnellen Schritten voranschreitet und über die Verknüpfung von klassischen Servern und Desktop-Computern hinausgeht. Physische Objekte wie Fahrzeuge, Produktionsmaschinen, Kühlschränke oder Heizungsanlagen werden zunehmend mit Sensoren, Software und Netzwerktechnik ausgestattet, um untereinander sowie mit anderen IT-Systemen zu kommunizieren. Das Ergebnis ist das Internet der Dinge oder englisch Internet of Things (IoT). Und wir befinden uns gerade mitten im Entstehungsprozess. Das Internet der Dinge dringt in viele verschiedene Bereiche des Alltags vor. In den Fabrikhallen werden die Möglichkeiten schon jetzt sehr deutlich. Die Fertigungsmaschinen sollen zu intelligenten cyber-physischen Systemen werden und nicht nur mit ihresgleichen, sondern auch mit den zu bearbeitenden Bauteilen kommunizieren. Zudem können sie Daten zur Qualität der Produkte und zum eigenen Wartungszustand an IT-Systeme liefern, wo diese analysiert werden. Auf diese Weise könnte die Fertigung weitestgehend autonom ablaufen, so der Gedanke. In Deutschland wird dieses Konzept unter dem Schlagwort Industrie 4.0 vermarktet. Im Smart Home sollen Geräte wie Waschmaschinen oder Jalousien ihre Daten an Smartphones und Tablets übermitteln. Das schlaue Haus ist wiederum Teil einer Smart City, in der unter anderem Energienetze und Verkehrsströme intelligent gesteuert werden. Für Letzteres braucht es das vernetzte Auto, das einer der wichtigsten Teilnehmer im Internet der Dinge ist. 13

14 TITEL INTERNET DER DINGE»Das Internet der Dinge ist die Basis für Industrie 4.0, weil sich damit die Fertigungsmaschinen, die entstehenden Produkte und die Roboter mit den Werkern in der Smart Factory koordinieren können.«prof. DR. WOLFGANG WAHLSTER, CEO des DFKI»Bald werden mehr als 50 Milliarden Objekte über das Internet miteinander verbunden sein. Dieser Entwicklung gilt es sich zu stellen und den Graben zwischen IT und Business zu überwinden.«dr. WOLFRAM JOST, CTO der Software AG»Konkrete Umsetzungen des Internets der Dinge unterscheiden sich je nach Branche deutlich, wie an den Szenarien Industrie 4.0, Connected Car, ehealth oder Smart Grid deutlich wird.«mark SCHULTE, IoT-Analyst bei IDC»Nur wenn wir die Digitalisierung jetzt voranbringen, haben wir die Chance, langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben und weltweit zum Wirtschaftsstandort Nummer drei aufzusteigen.«oliver TUSZIK, Cisco Deutschland Vice President und Vorsitzender der Geschäftsführung Cisco Deutschland Moderne Fahrzeuge sind bereits mit Sensoren ausgerüstet, deren Zahl fast im dreistelligen Bereich liegt. Sie schicken ihre Daten an Back-End-Systeme, wo diese ausgewertet werden. Künftig sollen die Fahrzeuge auch untereinander und mit ihrer Umwelt zum Beispiel mit Ampelanlagen kommunizieren. Intelligente Technologien sitzen auch in Kleidungsstücken, Armbanduhren oder Fitnessarmbändern. Hier geht es vor allem um die persönlichen Daten des Anwenders, die gesammelt werden aber auch um die Verbindung zu den Geschäftsanwendungen am Arbeitsplatz (s. Kasten S. 16). Laut den Experten des Marktforschungshauses IDC findet die Hälfte aller IoT-Projekte derzeit in der Fertigungsindustrie, im Transportwesen, im Rahmen von Smart Cities und bei Anwendungen für Endkunden statt. Innerhalb der kommenden fünf Jahre würden aber alle Branchen entsprechende Initiativen umsetzen, heißt es in einem IDC-Report. Als treibende Kraft für das Internet der Dinge sehen die Analysten die Smart Cities. IDC geht davon aus, dass bis 2018 die öffentlichen Verwaltungen ein Viertel ihres Budgets in die Entwicklung von IoT-Anwendungen investieren werden. Doch das Internet der Dinge ist keine reine Zukunftsvision. Schon jetzt werden die Möglichkeiten genutzt. Und während Smart Cities aus globaler Sicht ein Treiber für IoT sein mögen, zeigen sich in Deutschland vor allem in den Fabrikhallen konkrete Anwendungen. An erster Stelle: Qualitätssicherung und voraus schauende Wartung So hat zum Beispiel Kompressoren-Hersteller KAESER eine Lösung aufgebaut, um seine Maschinen quasi vorausschauend warten zu können. Das System sammelt die Daten der KAESER-Geräte, die bei den Kunden des Unternehmens im Einsatz sind. Das sind laut CIO Falko Lameter rund eine Million Messungen pro Tag. Diese Informationen werden ständig analysiert. Dadurch kann KAESER frühzeitig auf mögliche Störungen reagieren beziehungsweise diese schon erkennen, bevor sie entstehen. Im besten Fall kann so der Ausfall eines Geräts verhindert werden. Damit könne KAESER seinen Kunden nicht nur einen besseren Service anbieten, sondern sich auch neue Geschäftsmodelle erschließen, meint Lameter. Ich sehe uns in den kommenden Jahren eher als Service Provider von Druckluft denn als Fertigungsunternehmen, so Lameter. Die Saarstahl AG produziert jedes Jahr mehr als zwei Millionen Tonnen an Stahlprodukten. Dabei fallen jährlich mehr als 100 Terabyte an Daten an, die von einem komplexen Netzwerk aus Laser-, Ultraschall-, Video-, Schwingungs- und Temperatursensoren erfasst werden. Um aus diesen möglichst viele wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen, beteiligt sich Saarstahl am Projekt iprodict (Intelligent Process Prediction based on Big Data Analytics), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Darin erforscht ein Konsortium aus Wissenschaftlern und Industrieexperten darunter das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelli- 14

15 Gemeinsam mit einem interdisziplinären Team untersucht Saarstahl im Rahmen des Forschungsprojekts iprodict (Intelligente Prozessprognose basierend auf Big-Data-Analytics-Verfahren), wie sich Daten aus einem komplexen Sensornetzwerk in der Produktion miteinander kombinieren und in Echtzeit analysieren lassen. FOTOS: SEITE 12/13: MARTIN WOLCZYK (ILLUSTRATION) UNTER VERWENDUNG VON FOTOLIA.COM (SIEHE S. 3); SEITE 14: JIM RAKETE, SOFTWARE AG, IDC, CISCO (V.O.N.U.); SEITE 15: IPRODICT-PROJEKT genz, das Fraunhofer IAS, die Software AG, Blue Yonder sowie die Pattern Recognition Company einen intelligenten Ansatz zur automatisierten Verbesserung von Geschäfts- und Produktionsprozessen. Saarstahl arbeitet nun daran, das Sensorennetz mit den betriebswirtschaftlichen IT-Systemen zu verbinden. So sollen Qualitätsschwankungen in der Produktion frühzeitig erkannt werden können. Qualitätssicherung und Predictive Maintenance also vorausschauende Wartung sind die Einsatzfelder, die am häufigsten genannt werden, wenn es um konkrete Anwendungen des Internets der Dinge in der Industrie geht. Doch es gibt auch Beispiele aus anderen Bereichen. Das Hygieneunternehmen Hagleitner stattet öffentliche Toiletten mit den notwendigen Geräten und Materialien aus. Und auch diese sind mit Sensoren ausgerüstet. Eine Analysesoftware wertet die anfallenden Daten ständig aus. Durch die Korrelation und Analyse der Informationen lässt sich immer aktuell erkennen, wie bestimmte Materialien verbraucht werden. Wir bauen quasi ein Google of Washrooms auf, sagt Geschäftsführer Gernot Bernert. Das Unternehmen nutzt die gewonnenen Erkenntnisse, um unter anderem Logistikprozesse zu verbessern und Lagerkosten einzusparen. Außerdem ergeben sich auch in diesem Fall neue Geschäftsmodelle wie etwa Pay-per-use- Konzepte. Um Parkplätze statt Toiletten geht es bei einem Projekt, das die Stadt Pisa gemeinsam mit der Deutschen Telekom durchführt. Dabei werden Sensoren in den Boden der historischen Altstadt verbaut. Diese prüfen, ob ein Parkplatz frei oder belegt ist. Diese Informationen werden dann an eine zentrale Stelle weitergeleitet. Von dort gelangen sie auf die Smartphones der Autofahrer. Neue attraktive Geschäftsfelder mit riesigem Potenzial Neben der Telekom arbeiten zurzeit auch alle anderen Anbieter aus dem IKT-Sektor verstärkt an Lösungen und Technologien für das Internet der Dinge. Bei Softwerker SAP zum Beispiel sollen 500 zusätzliche Softwareentwickler in diesem Bereich an verschiedenen Initiativen arbeiten, was laut Nils Herzberg gefühlt einer Verdopplung des bisher dort eingesetzten Personals entspricht. Herzberg ist Senior Vice President für das Internet der Dinge bei SAP. Das neue Geschäftsfeld, das sich auftut, ist attraktiv und das Potenzial riesig. Durch das Internet der Dinge könnten Prozesse in vielen verschiedenen Branchen künftig flexibler ablaufen. Die Qualität der Produkte wird sich verbessern, wenn man den Experten glaubt. Und der Energieverbrauch wird sinken. Plamen Kiradjiev, Executive Architect und bei IBM der Experte für IoT sowie Industrie 4.0, berichtet von Smart-Home-Anwendungen, die ihren Nutzern jährlich 200 Euro an Stromkosten sparen. Doch der Aufbau des Internets der Dinge birgt auch große Herausforderungen. So einfach lässt sich die beste- 15

16 TITEL INTERNET DER DINGE Wearables Wearables sind offensichtlich nicht nur für Privatnutzer interessant. Auch Unternehmen versprechen sich einen Nutzen von internetfähigen Geräten, die am Körper getragen werden wie zum Beispiel Smartwatches. Laut einer Studie des IT-Anbieters Ipswitch wollen 33 Prozent der deutschen Firmen noch in diesem Jahr unternehmenseigene Wearables einführen. 41 Prozent erwarten außerdem eine klare Zunahme privater Geräte, die von den Beschäftigten mit an den Arbeitsplatz gebracht werden. Allerdings räumen 77 Prozent ein, dass sie noch keine Richtlinien zum Umgang mit Wearable-Technologien im Unternehmen haben. Für die Studie wurden insgesamt 316 europäische IT-Profis befragt darunter 111 aus Deutschland. hende Vernetzung nicht auf physische Objekte erweitern. In den Werkshallen etwa findet technologischer Wandel nicht mit dem gleichen Tempo statt wie in Rechenzentren. Zum Teil sind Systeme schon seit Jahrzehnten im Einsatz. Und diese werden nicht sofort und nicht alle auf einmal ausgetauscht, um sie durch Industrie-4.0-fähige Lösungen zu ersetzen. Noch ist die fehlende Standardisierung eine Hürde für das Internet der Dinge Die Objekte, die im Internet der Dinge miteinander verknüpft werden sollen, sprechen häufig verschiedene Sprachen. Die Daten, die von Produktionsanlagen, intelligenten Stromzählern oder anderen involvierten Systemen kommen, liegen in unterschiedlichen Formaten vor. Die Kommunikation im Internet der Dinge ist noch ein Problem, meint Frank Kienle, Senior Data Scientist bei Blue Yonder. Das Unternehmen bietet Software, die Daten analysiert und auf Basis der Ergebnisse Prognosen erstellt. Im Moment müssen wir noch für jeden individuellen Fall die entsprechenden Schnittstellen erstellen, berichtet Kienle. Auch IBM-Mann Kiradjiev sieht die fehlende Standardisierung als Hürde für IoT. Man müsste wirklich sehr viele große Unternehmen an einen Tisch bringen, um gemeinsame Standards zu schaffen, so Kiradjiev. Doch eine solche Initiative ist zurzeit noch nicht zu sehen. Also basteln die Technologieanbieter an Plattformen, die sich übergeordnet mit den involvierten Systemen verbinden, die Daten zentral zusammenführen und diese dann verarbeiten. IBM nutzt dafür seine Integrationstechnologien aus der klassischen IT. Eine serviceorientierte Architektur spielt dabei quasi den Übersetzer für die verschiedenen Sprachen. ABB, Bosch und IT-Anbieter Cisco haben vor Kurzem ein Joint Venture vereinbart, um eine Software-Plattform für das Smart Home aufzubauen. Diese soll ebenfalls den einfachen Datenaustausch zwischen den Geräten unterschiedlicher Hersteller möglich machen. Nach Einschätzung der Analysten von IDC werden vor allem Cloud-Dienstleister in Zukunft den Übersetzungs-Job übernehmen. Statt die Daten mit viel Aufwand selbst umzuwandeln, geben Nutzer von IoT-Anwendungen diese einfach an eine Plattform in der Cloud, wo die Informationen dann zusammengeführt werden. Cloud-Dienstleister könnten auch die Antwort für die folgende Frage liefern: Wie sollen Unternehmen und Organisationen in der Datenflut den Überblick behalten? Die Menge an Informationen, die verarbeitet werden muss, ist in den vergangenen Jahren ohnehin schon extrem angewachsen. Durch das Internet der Dinge wird sie noch größer werden. Die Komplexität des Themas wird noch unterschätzt, sagt Kienle von Blue Yonder. Es gibt zwar leistungsfähige Softwarelösungen, um die Informationen nahezu in Echtzeit zu erfassen und auszuwerten. Doch nicht jeder kann sich diese Technologien im eigenen Haus installieren. Analysesysteme aus der Cloud könnten eine kostengünstige Alternative sein. Die Datenflut wird allerdings auch die Netze überfordern. Für Smart Cities etwa braucht es eine leistungsfähige IT-Infrastruktur. Dazu zählen bidirektionale Glasfasernetze. Und bei diesem Thema gibt es nach Meinung von Prof. Ingo Wolff hierzulande noch viel Nachholbedarf. Im Vergleich zu anderen Ländern hinke Deutschland beim Ausbau dieser Netze noch hinterher, so Wolff auf dem Smart-City-Kongress des VDE. Er ist Präsidiumsmitglied im VDE und Geschäftsführer des Systemhauses IMST. Grundsätzlich glaubt Wolff, dass man noch zehn Jahre arbeiten müsse, um das Monstrum Smart City aus technologischer Sicht beherrschen zu können. Ein Problem ist auch die Skalierbarkeit. Egal, ob es im Jahr 2020 weltweit 30, 50 oder mehr als 200 Milliarden Objekte sein werden, die miteinander vernetzt sind. Es werden auf jeden Fall zu viele sein für das Protokoll, das der- 16

17 FOTOS: SEITE 16: TEREEZ / FOTOLIA, SEITE 17: FRAUNHOFER IOSB zeit noch am häufigsten im Internet zur Übertragung von Daten genutzt wird. Die meisten Geräte verwenden IPv4. Doch dieses Protokoll basiert auf einem 32-Bit-Adressierungsschema und ist auf 4,3 Milliarden IP-Adressen begrenzt. Mit der Version 6 steht zwar schon ein zukunftsfähiges Protokoll bereit. IPv6 stellt eine 128-Bit-Adressierung bereit, die IP-Adressen ermöglicht. Doch die Umstellung ist keine triviale Angelegenheit. Die Nutzung von IPv6 liegt daher laut Google-Statistik weltweit noch im einstelligen Prozentbereich (Stand Februar 2015: 4,3 Prozent). Auch das Thema Sicherheit ist einer der Knackpunkte. Je mehr Objekte miteinander verknüpft sind, desto mehr Angriffspunkte gibt es für Hacker. So deckte zum Beispiel der ADAC Anfang des Jahres eine Sicherheitslücke in Fahrzeugen von BMW mit der Ausstattung Connected Drive auf. Die Autos ließen sich per Mobilfunk öffnen, weil die Datenübertragung nicht verschlüsselt war. IT-bekannte Schutzmechanismen lassen sich nicht 1:1 übertragen IT-Sicherheitslabor am IOSB Mit einem speziell für Produktions- und Automatisierungstechnik ausgestatteten IT-Sicherheitslabor bietet das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Karlsruhe eine gesicherte Testumgebung, um potenzielle Angriffe auf Produktionsnetze nachzustellen und deren Auswirkungen zu untersuchen. Es ermöglicht den Wissenschaftlern auch, die Sicherheitsfunktionen der gängigen Kommunikationsstandards und -protokolle für industrielle Automatisierungssysteme zu bewerten. Diese regeln unter anderem die Datenverschlüsselung gegen Produktpiraterie, Spionage und Sabotage. Auf Basis der Ergebnisse aus dem Testlabor will das Forscherteam aus Spezialisten der Automatisierungstechnik und IT-Sicherheit neue Strategien und geeignete Abwehrmaßnahmen entwerfen. Um passende IT-Schutzmechanismen zu finden und zu etablieren, ist das Labor entsprechend ausgestattet: Es verfügt über eine eigene Modellfabrik mit realen Automatisierungskomponenten, die eine simulierte Produktionsanlage samt Förderbändern, Elektromotoren, Robotern und Hebeeinrichtungen steuern. Das Testlabor soll auch als Ausbildungs- und Lernplattform für Schulungsmaßnahmen dienen. Ingenieuren fehlt oftmals noch das Wissen, wie man mit Cyber-Bedrohungen umgeht, erläutert Birger Krägelin, Projektleiter des IT-Sicherheitslabors am IOSB. Auch andere IoT-Teilnehmer sind gefährdet. IT-Sicherheitsanbieter wie Symantec oder Kaspersky warnen vor Wearables wie Smartwatches oder Fitnessarmbändern, weil deren Daten relativ einfach ausspioniert werden können. Im Industrieumfeld haben Online-Attacken durch Malware wie Stuxnet schon vor ein paar Jahren gezeigt, wie verletzlich Produktionsanlagen sein können. Seitdem sind sowohl die Vernetzung im Fertigungsbereich als auch das Gefahrenpotenzial weiter angestiegen. In seiner Internet of Things State of the Union Study hat IT-Anbieter HP zehn IoT-Geräte untersucht. Dabei handelte es sich um Fernseher, Webcams, Thermostate, fernsteuerbare Steckdosen, Türschlösser, Löschanlagen, Waagen und Garagenöffner. Die Experten entdeckten insgesamt 250 Schwachstellen. Dazu zählte unter anderem, dass Daten unverschlüsselt übertragen, schwache Passwörter akzeptiert oder Anwenderdaten gespeichert wurden. Häufig lassen sich Schutzmechanismen, die aus der herkömmlichen IT bekannt sind, nicht ohne Weiteres auf das Internet der Dinge übertragen. Das wird besonders im Fertigungsbereich deutlich. Die IT-Sicherheit in der industriellen Produktion muss ganz andere Randbedingungen berücksichtigen, die in der Office-IT so nicht gegeben sind, sagt Birger Krägelin, Projektleiter des IT-Sicherheitslabors am Fraunhofer IOSB (siehe Kasten). Die Steuerung von Produktionsanlagen stelle Echtzeitanforderungen, die Veränderungen auf den Systemen schwierig machen. Das Einspielen von verfügbaren Software-Patches auf den Systemen, die Installation von Überwachungs-Software, Malware-Scannern und Antivirus-Programmen beeinflusse die Stabilität von Prozessen, die sorgfältig abgestimmt seien, so Krägelin. Noch existieren nur wenige verbindliche Richtlinien, an denen sich Unternehmen orientieren können. Hilfestellung gibt etwa die VDI/VDE-Richtlinie 2182 Informationssicherheit in der industriellen Automatisierung Allgemeines Vorgehensmodell. Häufig wird das Problem aber auch noch gar nicht wahrgenommen. Die Sicherheit der Produktions-IT wurde in vielen Firmen bisher vernachlässigt. Schließlich ist das Thema noch relativ neu. Und auch BMW aktivierte die Datenverschlüsselung für seine vernetzten Fahrzeuge erst, nachdem der Autobauer vom ADAC über die Sicherheitslücke informiert worden war. MARKUS STREHLITZ schreibt als freier Journalist hauptsächlich über Informationstechnologie und Technikthemen. 17

18 TITEL INTERNET DER DINGE INDUSTRIE 4.0 Alles wird vernetzt Die industrielle Fertigung erlebt einen gravierenden Umbruch. Maschinen und Werkstücke kommunizieren miteinander. Investitionen in Milliardenhöhe sind notwendig. Geschäftsmodelle, Arbeitsabläufe und Strukturen ändern sich. Einzelfertigung zu Bedingungen der Massenproduktion ist das Ziel. Die deutsche Industrie hat gute Chancen, in der Industrie 4.0 eine global führende Rolle zu spielen. VON GEORG GIERSBERG Die vierte industrielle Revolution ist in der Fabrikhalle angekommen aber es wird 20 Jahre dauern, bis sie die ganze Halle bis in den letzten Winkel belegt hat. Das ist kein Widerspruch, sondern Realität und deutet auf die Größe der Herausforderung hin. Die vernetzte Produktion war lange nur eine Vision. Sie trat vor einigen Jahren in die konkrete Planung, jetzt beginnt auf breiter Front die Umsetzung in konkrete Anlagen. Sie geht inzwischen über Insellösungen, Schau- und Lehrfabriken weit hinaus. Als Beispiel für die Breite, in der heute über die Vernetzung in der Produktion nachgedacht wird, mögen zwei Meldungen aus einer Woche stehen: Neben der Beteiligung der Saarstahl AG am Forschungsprojekt iprodict (Intelligent Process Prediction based on Big Data Analytics, siehe Seite 14), das das Unternehmen als einen weiteren Schritt in Richtung Industrie 4.0 bezeichnet, ließ die Nachricht über einen mittelständischen Schmierfetthersteller aufhorchen: Im Rahmen des Zukunftsprojekts Industrie 4.0 gelingt dem Mönchengladbacher Mittelständler Rhenus Lub das scheinbar Unmögliche die Herstellung von Schmierfetten, die vor einer Generation noch als Hexenwerk des Fettkochens bezeichnet wurde, ins digitale Zeitalter zu 18

19 überführen. Mit der Vernetzung der Produktionsketten vollbringt das Unternehmen einen Quantensprung in der Produktionstechnik und avanciert weltweit zum Vorreiter der digitalen Revolution in der Schmierstoffbranche. Saarstahl betrachtet die Beteiligung am Forschungsprojekt iprodict (Intelligent Process Prediction based on Big Data Analytics) als einen weiteren Schritt in Richtung Industrie 4.0. Mit wie viel Engagement und Verve inzwischen die ganze deutsche Industrie, allen voran die Elektroindustrie und die Informationstechnologie, an dem Thema arbeiten, wird man in Kürze auf der Hannover Messe sehen können. Die größte Investitionsgütermesse der Welt steht zum dritten Mal unter dem Leitthema Integrated Industry also Industrie 4.0. Dort werden neben den Unternehmen auch die Branchenverbände und die Politik demonstrieren, wie»wer heute sagt, Industrie 4.0 betrifft mich nicht, der ist morgen auf der Verliererseite.«bedeutend ihnen das Thema ist. Der VDE wird in Hannover den Stand der Normung und Standardisierung präsentieren. Nur bei verlässlichen Normen und Standards wird gerade die deutsche, weitgehend mittelständisch geprägte Industrie die notwendigen hohen Investitionen in Produkte für die Industrie 4.0 und auch in die Umsetzung von Industrie 4.0 in der eigenen Fertigung wagen. Die Standardisierung, an der der VDE in vorderster Front mitarbeitet, ist auch ein Schutzschild gegen die internationalen Internetkonzerne wie Microsoft oder Google, die offenbar nur darauf warten, aus den mit Industrie 4.0 notwendigerweise verbundenen Datenmengen Kapital zu schlagen. Dass die Internetkonzerne in der Industrie 4.0 ihre Chance wittern, bestätigt den Satz von Stefan Hoppe: Technisch sind wir durch. Hoppe ist Präsident von OPC Europe. Das Unternehmen bemüht sich seit Jahren, ROLAND BENT Geschäftsführer PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH, Präsident des Deutschen Komitees der IEC und Vorsitzender der DKE Protokolle für die Kommunikation zwischen Maschinen festzulegen, also dafür zu sorgen, dass Maschinen Informationen untereinander austauschen und auswerten können. Das ist eine Grundvoraussetzung für Industrie 4.0, in der künftig die gesamte Produktion vernetzt ablaufen soll, in der Maschinen selbst am Werkstück erkennen, welcher Bearbeitungsschritte es bedarf und in der Werkstücke sich in ferner Zukunft freie Maschinenkapazität suchen. Im Endausbau wird sich das Werkstück diese freie Kapazität sogar außerhalb der eigenen Fabrik suchen können, weil alles mit allem in der Cloud vernetzt ist. Aber hier gilt der zweite Teil des Eingangssatzes, wonach wir am Anfang der Realisierung stehen, aber noch lange nicht an deren Ende. Das hat mit vielen Problemen zu tun. Noch stehen in den Fabriken viele ältere Maschinen, die mit keiner anderen Maschine und keinem Werkstück kommunizieren können. Die wirft man schließlich nicht alle gleich raus. Es wird auch künftig Werkstätten geben, deren Vernetzung zu teuer wäre oder Stanzautomaten, die keiner elektronisch gesteuerten Wartungsvorbeugung bedürfen. Selbst in einer hochautomatisierten Fertigung wie der Bestückung von Leiterplatten gibt es immer noch mechanische Fertigungsschritte, weil die Investition in die vollständige Automatisierung zu hoch wäre oder weil der Betriebsrat den Abbau von Arbeitsplätzen blockiert. So hat der Limburger Leiterplattenhersteller Limtronik zwar drei Fertigungsstraßen für die Leiterplattenbestückung, aber nur eine Röntgenmaschine zur Aufspürung ungeplanter Kurzschlüsse in der fertigen Leiterplatte. Da jede Röntgenanlage eine halbe Million Euro kostet, hat man sich gegen den Kauf von drei Anlagen (eine je Fertigungslinie) entschieden. Machine-to-Machine (M2M) INFORMATION FOTOS: SEITE 18: FESTO; SEITE 19: TELEFONICA steht für die Kommunikation zwischen Maschinen mithilfe von Technologien, die den automatisierten Informationsaustausch zwischen zwei oder mehr (End-)Geräten ermöglichen ohne dass dabei ein Mensch die Hand im Spiel hätte. Mithilfe der Verknüpfung von Informations- und Kommunikationstechniken findet M2M-Kommunikation in der Industrie beispielsweise bei der Fernüberwachung, -kontrolle und -wartung von Maschinen Anwendung. Aber auch in eher alltäglichen Gegenständen wie zum Beispiel Kaffeeautomaten kommt M2M schon lange zum Einsatz. Die Industrie sieht in der zunehmenden Automatisierung und der darin wachsenden Bedeutung von M2M-Kommunikation ein großes Marktpotenzial: So erwartet der deutsche Branchenverband M2M Alliance, dass bis zum Jahr 2020 rund 50 Milliarden Maschinen und Geräte vernetzt sein werden. Das wären dann fünf bis sieben Geräte pro Erdenbewohner. Auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sieht für M2M in Bezug auf das Internet der Dinge signifikante Chancen für die Wirtschaft und fördert die Forschung diesbezüglich im Rahmen des Programms IKT

20 TITEL INTERNET DER DINGE In der Produktion der Zukunft wachsen virtuelle und reale Welt zusammen. Für die Fertigungsprozesse in Industrie 4.0 bedeutet das zunehmende Automatisierung und Vernetzung. Und ganz neue Möglichkeiten der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Von wirklicher Industrie 4.0 kann eigentlich auch erst gesprochen werden, wenn die kaufmännische IT mit der Produktions-IT kommuniziert. Bis dahin ist noch ein weiter Weg. Da muss vor allem die kaufmännische IT an Schnelligkeit noch zulegen. Im Büro wird halt der Computer noch einmal runter- und wieder hochgefahren, wenn etwas nicht funktioniert. Der Einsatz der gleichen Technik für die Steuerung einer chemischen Anlage könnte tödlich sein. Industrielle Steuerungen sind daher gegenüber einer Microsoft-Software abgespeckter, aber häufig auch schneller. Aus beiden Richtungen wird aber an der Integration gearbeitet. Der in der Produktionssteuerung führende Anbieter Siemens versucht, sich von der Produktionssteuerung her über IT-Systeme für Wartung, Instandhaltung und Einkauf der kaufmännischen IT zu nähern. Die bei kaufmännischer Software führende SAP versucht ihrerseits, in»die Effizienzreserven von Industrie 4.0 liegen nicht wie in der bisherigen Automatisierung in, sondern zwischen den Wertschöpfungsstufen.«UWE HARDER Leiter Consulting bei EPLAN Software & Service die Produktionssteuerung einzudringen. Industrie 4.0 schafft ganz neue Wettbewerbsverhältnisse. Sie muss daher schnell althergebrachte Animositäten zwischen Maschinenbauern, Elektrotechnikern und Informationstechnikern abbauen. Kooperation nicht Abgrenzung ist das Gebot der Stunde. Industrie 4.0 ist eine kooperative Aufgabe, ohne Kooperation zwischen Software- und Hardwareanbietern, zwischen Lieferanten und Kunden, zwischen Industrie und Forschung und auch zwischen Zulieferern geht es nicht. Hier sind in den vergangenen Jahren viele erfolgreiche Netzwerke und Industriecluster entstanden. Das ist gut so, denn die Zeit drängt. Wer heute sagt, Industrie 4.0 betrifft mich nicht, der ist morgen auf der Verliererseite, warnt Roland Bent. Er ist Geschäftsführer von PHOENIX CONTAKT im ostwestfälischen Blomberg und seit wenigen Wochen Vorsitzender der DKE. Um seiner Prognose Gewicht zu verleihen, erinnert Bent an Kodak. Der amerikanische Filmhersteller hat auch die Digitalisierung in der Fotografie verpasst und sich völlig vom Fotomarkt zurückziehen müssen. Industrie 4.0, ist Bent überzeugt, ist kein Trend, Industrie 4.0 ist eine Veränderung der Produktion historischen Ausmaßes. Industrie 4.0 ist aber nicht nur eine technische Herausforderung, die über entsprechende Investitionen heute lösbar ist. Ohne einen gleichzeitig mit der Vernetzung erfolgenden Methoden- und Organisationswechsel ergibt sich kaum eine Effizienzsteigerung, ist sich Uwe Harder sicher, Abteilungsleiter bei dem Software- und Beratungsunternehmen EPLAN in Monheim (Loh- Gruppe). Die Effizienzreserven von Industrie 4.0 liegen nicht wie in 20

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