Automatisierung der Zukunft: Sicher und Smart
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- Emma Berger
- vor 8 Jahren
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1 Mit Industrie 4.0 entstehen hochgradig vernetzte Systemstrukturen mit einer Vielzahl von beteiligten Menschen, IT-Systemen, Automatisierungskomponenten und Maschinen. Das Zusammenspiel von Safety und Security sowie die Verteilung der Steuerungsintelligenz sind wesentliche Erfolgsfaktoren für das Gelingen von Industrie 4.0. Industrie im Wandel (Beispiel Maschinenbau) Gestern in Zukunft Mechatronik, eine Teilaufgabe Mechatronik, die ganzheitliche Aufgabe Sicherheitstechnik Maschinendynamik MECHANIK Getriebetechnik Design MECHA- TRONIK (?) Hardware ELEKTRONIK Sensorik Antriebstechnik INFOR- MATIK Oktober 2014 vhs-4business Industrie Thementag 4.0 Industrie 4.0 Die Begriffe Industrie 4.0, Internet of Things oder aber SmartFactoy beschreiben die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen. Informationstechnologie (IT) und die Automatisierung (AUT) werden eng miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass in Zukunft eine hochvernetzte Industrie das Wertschöpfungspotential für Unternehmen steigern und gleichzeitig Kosten reduzieren kann. 1
2 Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktion Mit Industrie 4.0 entstehen hochgradig vernetzte Strukturen, die alle Automatisierungsgeräte, IT-Systeme und die gesamte Netzwerk-Infrastruktur umfassen Konsequente Folge ist: Industrie 3.0 Ein zunehmender Bedarf an - Kommunikation - an Sicherheitsmechanismen (Safety und Security) Eine sehr flache Hierarchie der Automatisierungspyramide ein hoher Grad der Modularisierung der Maschinen und des Equipments Eine ausschließlich funktionale Orientierung anstatt einer Geräteorientierung Industrie 4.0 Die Komplexität steigt, das Sicherheitsverständnis ändert sich Die eigentliche Herausforderung besteht darin, die beiden Welten, Automatisierung und IT, zu praktikablen Lösungen zu verbinden. Wie komplex das sein kann, zeigt das Beispiel Sicherheit: Wenn alles mit allem dezentral kommuniziert, steigt gleichzeitig auch der Bedarf an abgesicherter Kommunikation. Dieser umfasst gleichermaßen die Aspekte der Safety (Maschinensicherheit) wie auch die Anforderungen der Security (Betriebssicherheit). 2
3 Thementag 2015 Industrie 4.0 Handlungsfelder und Herausforderungen Herausforderung: Zielkonflikte in den Prioritäten Automatisierung TOP1 TOP2 IT-Welt Verfügbarkeit Produktivität Integrität Verlässlichkeit TOP1 TOP2 Vertraulichkeit TOP3 TOP3 Vertraulichkeit Integrität Verlässlichkeit Verfügbarkeit Produktivität Der Bereich Safety zeichnet sich bereits durch große Investitionssicherheit und Rechtssicherheit aus. Das liegt auch an der Ordnung durch Normen und Standards: Dinge wie ein Safety Integrity Level (SIL) sind klar definiert und eine Einteilung in Gefährdungsklassen und Risikoabschätzungen möglich. Herausforderung: Zielkonflikte in den Prioritäten Automatisierung TOP1 TOP2 IT-Welt Verfügbarkeit Produktivität Integrität Verlässlichkeit TOP1 TOP2 Vertraulichkeit TOP3 TOP3 Vertraulichkeit Integrität Verlässlichkeit Verfügbarkeit Produktivität 3
4 Die Vernetzung von Automatisierungskomponenten erhöht die Komplexität der Systeme, dadurch steigt die Gefahr von unberechtigtem Zugriff. Das Thema Security, also Schutz der Maschine und ihrer Daten vor unberechtigten Zugriffen, ist momentan noch unzureichend gelöst. Produkt- und Knowhow-Schutz kommt als weitere Anforderung hinzu. Es gilt, gemeinsame Standards zu entwickeln. Gefragt sind dabei Methoden zur Erstellung von Sicherheitsarchitekturen und Richtlinien, die den Anforderungen von Safety & Security gerecht werden. Für ganzheitliche Sicherheitskonzepte ist das Zusammenspiel von Safety & Security gefragt mit zunehmend speziell darauf ausgerichtete Systemarchitekturen, die offenen Standards folgen und herstellerübergreifende Betrachtungen mit einbeziehen. Standardisierung: Evolution am Beispiel der Maschinensicherheit Schutzeinrichtungen an einer Presse um 1950 Moderne Pressenlinie in der Automobilindustrie Sicherheit ist (weltweit) akzeptierter Standard für Maschinenbauer und Anwender Überwachungsorgane Berufsgenossenschaft als Versicherung bietet neben Verfügbarkeit und Verlässlichkeit auch Chancengleichheit Elemente der Standardisierung: Prüfbarkeit, Nachweisführung, Abnahmerelevanz mit Notified Bodies BG, TÜV etc. Klar definierte Schritte, wie Anwender zu einer Lösung kommt Normen geben klare Orientierung - auch im internationalen Wettbewerb (CE-Kennzeichnungspflicht) Basismechanismen für die Security nur nach den Bedürfnissen der Safety implementiert Fehler werden aufgedeckt Fehlerzustände führen zu einer Sicherheitsreaktion Reduziertes Risiko unentdeckter Fehler und unentdeckter Manipulation Die beste Security-Maßnahme nützt nichts, wenn diese wegen zu hohem Zeitbedarf oder oft auch wegen Unverständnis und Unwissenheit nicht praktiziert oder schlimmer noch - bewusst umgangen wird. Hier gibt es Analogien zur Funktionalen Sicherheit: Die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen darf durch Safety-Maßnahmen nicht beeinträchtigt werden. Prinzipien aus der Safety-Welt lassen sich also eins zu eins auf die Security-Welt übertragen. 4
5 Modulare Anlagen erfordern verteilte Intelligenz Zu den Treibern für Industrie 4.0 zählen, unter anderem, individuelle Kundenanforderungen an Produkte, höhere Variantenvielfalt und schrumpfende Produktlebenszyklen, was zu kleineren Losgrößen und häufigeren Umkonfigurationen der Produktionssysteme führt. Auf dem Weg in die Zukunft der Fertigungsautomatisierung sind daher Modularisierung und Dezentralisierung zwei der wichtigsten Erfolgsfaktoren. Voraussetzung dafür sind Automatisierungssysteme, die in der Lage sind, die verteilte Intelligenz anwenderfreundlich zu steuern. Anlagen lassen sich dann in übersichtliche, selbstständig arbeitende Einheiten zerlegen. Industrie 4.0 Dezentralisierung der Steuerungsfunktion PLC MC Visu PLC MC Visu PLC MC Visu Remote I/O Remote I/O Remote I/O SensorActuator Sensor Actuator SensorActuator Sensor Actuator SensorActuator Sensor Actuator Reduktion der Komponenten-bezogenen Kosten (Installation, Handling) Modulare Architektur mit Dezentralen Steuerungen Reduktion der System-bezogenen Kosten (Engineering, Wiederverwendbarkeit, Flexibilität) Der modulare Aufbau von Anlagen folgt dem mechatronischen Ansatz. Dieser verfolgt die Philosophie, durchgängig alle am Entstehungsprozess einer Maschine beteiligten Disziplinen zusammenzuführen: Mechanik, Elektrik und Automatisierungstechnik. Durchgängig definiert ist dabei das Zusammenspiel diverser automatisierungstechnischer Einzelkomponenten und den zugehörigen Software-Tools zu einer Automatisierungslösung. Diese Durchgängigkeit erstreckt sich über die vier Ebenen der Automatisierungspyramide (Managementebene, Betriebsführungsebene, Steuerungsebene und Feldebene). Der mechatronische Ansatz erfordert, dass auch Steuerungsfunktionalitäten in die einzelnen mechatronischen Module hinein wandern können. Eine zentrale Rolle spielen die Steuerungssysteme, die diesen Ansatz mit unterstützen können. 5
6 Modularisierung von Anlagen Top-Down Engineering Mit den Prinzipien der Modularisierung von Anlagen lassen sich auch Steuerungsprogramme konsequent in Software-Komponenten zerlegen. Hier haben heutige Systeme ihre Grenzen. Einerseits können zwar Softwaremodule erstellt werden, doch wenn diese durch mächtige, zentrale Steuerungssysteme ausgeführt werden sollen, wird die Inbetriebnahme einzelner Module komplex. Andererseits können lokale Steuerungen für die Automatisierung der Module eingesetzt werden, was dann einen erhöhten Aufwand bei der Erstellung der Kommunikation untereinander bedeutet. 6
7 Die Automatisierung der Zukunft: sicher und smart Höherer Grad der Vernetzung Führt zu höherem Bedarf an Safety- und Security-Mechanismen Safety und Security besitzen ähnliche Vorgehensweisen: Risikoanalyse, Validierung, Abläufe Produkte und Consulting ergeben Lösungen Fokus: ganzheitliche Ansätze Keine Safety ohne Security und umgekehrt Sehr flache Automatisierungshierarchien Durch/für höheren Grad der Modularisierung der Maschine und der Automatisierungslösung Funktionale Orientierung statt einer Gerätesicht Verteilte Automatisierungslösungen - existieren bereits - sind erprobt und bewährt Industrie 3.0 Industrie 4.0 Für eine Automatisierung im Sinne von Industrie 4.0 sind daher Lösungen gefragt, die zum einen in der Lage sind, Steuerungsintelligenz zu verteilen und zum anderen gewährleisten, dass die notwendige Vernetzung mehrerer Steuerungen für den Anwender einfach zu handhaben bleibt. Der modulare und verteilbare Ansatz erlaubt es, die Vorteile einer dezentralen Steuerungsstruktur zu nutzen, ohne die damit üblicherweise verbundene höhere Komplexität bei einer Verteilung der Programme auf unterschiedliche Steuerungen in Kauf nehmen zu müssen. 7
8 Über Pilz Die Pilz GmbH & Co. KG ist mit weltweit Mitarbeitern ein international tätiges Unternehmen in der Automatisierungstechnik. Neben dem Stammhaus in Ostfildern ist Pilz mit 31 Tochtergesellschaften und Niederlassungen auf allen Kontinenten vertreten. Pilz entwickelt und vertreibt Produkte, Systeme und Dienstleistungen für die sichere Automatisierung, darunter Sensoren, Schaltgeräte, Steuerungen und Antriebe sowie die dazugehörige Software. Lösungen von Pilz kommen in allen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus zum Einsatz, darunter auch in der Verpackungs- und Automobilindustrie sowie in den Branchen Windenergie, Transport und Pressen. Die Lösungen sorgen außerdem dafür, dass Gepäckförderanlagen in Flughäfen gefahrlos laufen, Theaterkulissen sich reibungslos bewegen und Seil- oder Achterbahnen sicher unterwegs sind. Pilz gestaltet das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 von Beginn an mit: Die Geschäftsführende Gesellschafterin Susanne Kunschert wurde 2009 durch die Bundesregierung persönlich in die Forschungsunion berufen. In dem zentralen innovationspolitischen Beratungsgremium der Bundesregierung wurde das Zukunftsprojekt ins Leben gerufen. Durch die Mitarbeit in der deutschen Forschungsunion hat Pilz dazu beigetragen, dass Sicherheit für Industrie 4.0 als erfolgskritischer Faktor anerkannt wurde. Heute ist Pilz Mitglied der Forschungsplattform SmartFactory KL und wurde in den Lenkungskreis Allianz Industrie 4.0 BW des Landes Baden-Württemberg berufen. 8
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