Einführung in Industrie 4.0 Neue Sicherheitskultur für die Industrie 4.0

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1 Einführung in Industrie 4.0 Neue Sicherheitskultur für die Industrie 4.0 Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Fachbereich Maschinenbau Technische Universität Darmstadt Otto-Berndt-Straße Darmstadt Folie 1

2 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Fachbereich Maschinenbau Leitung: Prof. Dr.-Ing. R. Anderl 20 Wissenschaftliche Mitarbeiter 4 Technisch-administrative Mitarbeiter, 60 Wissenschaftliche Hilfskräfte Internationale Kompetenzen und Erfahrungen im Bereich: Informationsmodellierung Virtuelle Produktentwicklung, 3D-Produktentstehungprozess / Optimierung Prozess Integration Industrie Oktober 2014 Fachbereich 16 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Folie 2

3 Industrie 4.0 Eine Einführung Industrie 4.0 steht für die 4. industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Grundlage sind sogenannte Cyber-Physische Systeme, die bezogen auf moderne Steuerungssysteme, eingebettete Softwaresysteme und eine Internetadresse besitzen. Damit werden zukünftige Produkte und Produktionsmittel kommunikationsfähig und können flexibel vernetzt werden. Folie 3

4 Industrie 4.0 eine prägnante Einführung Industrie 4.0 Video (siehe: Quelle: acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Oktober 2013) Folie 4

5 Zukunftsprojekte Industrie 4.0 und Smart Service Welt Die Bundesregierung hat diese Bedeutung der Zukunftstechnologien erkannt und ist initiativ geworden, insbesondere durch die Zukunftsprojekte Industrie 4.0 und Smart Service Welt. Die Umsetzung des Zukunftsprojektes Industrie 4.0 wurde auch in den Koalitionsvertrag aufgenommen. Folie 5

6 Förderprogramme im Kontext Industrie Projekte, davon 26 Einzelprojekte 33 Projete im Spitzencluster It s OWL 4 Projekte im ERANET-MANUNET Verbund 14 Projekte 4 Querschnittsthemen Recht IT-Sicherheit Zukunft der Arbeit Normung Folie 6

7 Plattform Industrie 4.0 Gemeinsames Projekt der Verbände - ideelle thematische Zusammenarbeit Geschäftsstelle (GS) Vorstandskreis (VK) Lenkungskreis (LK) Wissenschaftlicher Beirat AG 1 AG 2 AG 3 AG 4 Folie 7

8 Der internationale Wettbewerb Folie 8

9 Verständnis von Industrie 4.0 Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen. Quelle: Plattform Industrie Januar 2015 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Prof. Dr.-Ing. R. Anderl 9 Folie 9

10 Ansätze für Smarte Systeme Wertschöpfung durch Funktionsintegration Wertschöpfung durch Cyber-Physische Systeme Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) Strukturüberwachung (Structural Health Monitoring) Ferndiagnose (Remote Diagnosis) Fernsteuerung (Remote Control) Kommunizierende, selbststeuernde Systeme Cyber-Physische Systeme erlauben Kommunikation, Monitoring, Steuerung Folie 10

11 Industrie 4.0: Cyber-Physische Systeme (CPS) Verständnis CPS Cyber-physische Systeme umfassen nach Lee (2010) zwei Sichtweisen: cyberizing the physical for specifying physical subsystems with computational abstractions and interfaces and physicalizing the cyber for expressing abstractions and interfaces of software and network components to represent physical systems dynamics in time [LEE2010] Folie 11

12 Industrie 4.0: Bauteile sind Informationsträger Identifikation, Lokalisierung, Adressierung, Vernetzung Folie 12

13 Industrie 4.0: Internettechnologien Das Internet der Dinge, der Dienste und Daten Das Internet der Dinge Vernetzte Objekte auf Basis von Internettechnologien Erkennung und Identifikation durch Nutzung von IPv6-Adressen (128 bit Adressraum) Vorteile: Erkennbarkeit und Lokalisierbarkeit Fähigkeit zur Kommunikation und Vernetzung Jedes physische Objekt könnte mit einer IPv6-Adresse ausgestattet werden Das Internet der Dienste Bereitstellung Internet basierter Dienste für Smart Products und Smart Factory Konzepte: bedarfsorientierte und produktgebundene Dienstleistungen, Wissensbereitstellung und Dienste zur Steuerung des Produktverhaltens Ansätze für das Zusammenwirken von Menschen, Maschinen und Systemen und verbesserte Wertschöpfung Das Internet der Daten Daten werden über Internettechnologien gespeichert und verteilt Cyber-physische Systeme werden enorme Datenmengen erzeugen Dienste basierte Prozessorganisation Wichtig: Entwicklung einer Sicherheitskultur nachhaltige Vertrauensbasis schaffen Smart Production Procecces Smart Logistics Smart Engineering Beherrschung großer Datenmengen: Vernetzung von Produkt- und Produktionsdaten Folie 13

14 Neue Herausforderungen für die Sicherheit Eine neue Sicherheitskultur führt zu vertrauenswürdigen, resilienten und gesellschaftlich akzeptierten Industrie 4.0-Systemen Quelle: These des Wissenschaftlichen Beirats Der Sicherheitskultur liegt ein ganzheitliches Konzept zugrunde und sie wird im Sinne von Safety und Security verstanden Folie 14

15 Synchroner und asynchroner Betrieb Smart Sensor Sensoren Echtzeit Synchroner Betrieb Etablierte Methoden der IT-Sicherheit Asynchroner Betrieb Internet der Daten Internet der Dienste Smart Aktor Steuerung Kontinuierliche Prozesse Diskrete Prozesse G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y Datenaustausch Kryptografie Aktoren Heute: Trennung von Sicherheits- und Echtzeitwelt Systeme von morgen bringen IT-Sicherheit näher an die physikalischen Prozesse Folie 15

16 Anwendungsszenarien (Use Cases) Anwendungsszenarien stellen den Entwurf von Einsatzbeispielen der Industrie 4.0 Technologie dar und dienen dazu, Industrie 4.0 anhand industrieller Anwendungen zu erklären und Rückschlüsse auf die zu erschließenden Potenziale zu ziehen. Anwendungsszenario: Bauteile sind Informationsträger Anwendungsszenario: Prozess- und Zustandsmonitoring Anwendungsszenario: Additive Fertigung Folie 16

17 Industrie 4.0 Internetbasierte Dienstleistungen Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) Folie 17

18 Industrie Modellfabriken in Deutschland Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) Integration moderner Informations- und Kommunikationstechnik mit leistungsfähiger Automatisierungstechnik zu effizienter Produktionstechnik Erschließen der Industrie Potentiale bildet den zentralen Mehrwert für Unternehmen Folie 18

19 Industrie heute und Geschäftsmodelle von morgen Traditionelle Innovationsprozesse Wertschöpfung durch Produktions- und Lieferketten Zentralisierte Planung und Steuerung Open Innovation Datengetriebene Wertschöpfung Dezentralisierung und Vernetzung Innovationsmanagement, Verwertungsrechte Verkauf von Leistung statt von Produkten, Data Analytics App-Software Marktplätze Individualisierung durch Variantenvielfalt A BC Individualisierung durch Kundeninteraktion Kundenbindung durch Kooperation Lagerhaltung Differenzierung durch Produktqualität Produktion nach Bedarf Differenzierung durch Produkt- und Dienstleistungsqualität Individualisierte Produktion neue Dienstleistungsprofile Folie 19

20 Zusammenfassung Industrie 4.0 gibt neue Impulse zur Entwicklung und Anwendung cyber-physischer Systeme auf dem Weg zum Internet der Dinge, der Dienste und der Daten. Industrie 4.0 erfordert noch Forschungs- und Entwicklungsinitiativen, gleichwohl sind bereits anwendbare Lösungen sichtbar. Impulse für die Industrie: Individualisierung durch Kunden- und Marktinteraktion Produktion nach Bedarf Innovative Geschäftsmodelle durch neue Produkt- und Dienstleistungsqualität Industrie 4.0 erfordert eine neue Sicherheitskultur, die IT-Sicherheit, Zuverlässigkeit, Privatheit und Wissensschutz umfasst! Forschungsbedarf: Grundlagen zu Sicherheit und Wissensschutz für Industrie 4.0 (CASED, BMBF) Bauteile sind Informationsträger -> Smart Factory (IT-Sicherheit, Zuverlässigkeit, Privatheit Wissensschutz) Industrie 4.0 Zustands- und Strukturmonitoring -> Big Data (Wissensschutz) Folie 20

21 Vielen Dank! Source: Potthast Fachschaftenkonferenz Folie 21