Virtual Fort Knox: Zuverlässiges und sicheres Cloud Computing für Industrie 4.0

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1 Virtual Fort Knox: Zuverlässiges und sicheres Cloud Computing für Industrie 4.0 Hannover Messe 2014 Forum Industrial IT Gerhard Schwartz 7. April 2014

2 Agenda Warum Cloud? Wegen Industrie 4.0 MES, M2M... Besondere Anforderungen Virtual Fort Knox Die sichere Industrial Cloud für Industrie 4.0 Warum NonStop? 2

3 Warum Industrie 4.0? Mehr Flexibilität Kollaboration in der Industrial Cloud Neue Geschäftsmodelle Zukunftssicherheit Konzentration auf Kernkompetenzen Stärkung der Marktposition Verlagerung von IT Funktionen Kosteneinsparungen 3

4 Virtual Fort Knox (VFK) Vision einer sicheren, föderativen Plattform für die Kooperation der Maschinen- und Anlagenbauer 4 Forschungsinitiative, entstanden im Rahmen des Spitzenclusterwettbewerbs 2011/2012 unter Federführung des Fraunhofer Institut IPA Pilotprojekt des Wirtschaftsministeriums des Landes Baden-Württemberg Eine vertrauenswürdige Plattform für Entwicklungs- und Produktionskooperationen im industriellen Mittelstand Die Umsetzung eines neuen Sicherheits-, Vertrauens- und Geschäftsmodellparadigmas Zunächst eine regionale Community-Cloud VFK Architektur ist erweiterbar und replizierbar, z.b. für nationale / internationale Communities, komplexe Wertschöpfungsketten wie etwa im Automotive - Bereich

5 Vorteile von Industrie 4.0 Beispiel: Einführung einer MES-Lösung Monate Herkömmlicher Ablauf Anforderungsanalyse Request for Information Lastenhefterstellung Kauf-, Bauentscheidung Design und Implementierung / Einkauf und Kundenanpassung Roll out / Stabilisierung Abnahme Stunden Neuer Ablauf im VFK Der Kunde informiert sich auf der Plattform* und erwirbt die für ihn passenden Services / Apps Bei Bedarf werden dezentrale Komponenten geliefert Inbetriebnahme* Skalierung nach Bedarf Funktionserweiterung nach Bedarf 5 Eine wenig flexible, von Anfang an komplette und kostenintensive Lösung Eine den Ansprüchen des Kunden entsprechende, flexible und erweiterbare Lösung * durch Hersteller und/oder Community

6 Herausforderungen für den (industriellen) Mittelstand Wirtschaftliches Spannungsfeld Preisdruck Fachkräftemangel (Demografische Entwicklung) Erosion des Qualitätsvorsprungs Globalisierung Produktbezogenes Spannungsfeld Individuelle Kundenwünsche (Losgröße 1) Wachsende Komplexität und Variantenvielfalt Kürzere Innovationszyklen Sinkende Wartezeitakzeptanz IT-Spannungsfeld Aufwändige Datenanalyse Fehlende Interoperabilität der Systeme Abhängigkeit von den Abnehmersystemen System- und Schnittstellenvielfalt Hohe Anschaffungskosten für komplexe und häufig überdimensionierte Lösungen Organisatorisches Spannungsfeld Begrenzter finanzieller und personeller Investitionsspielraum Sicherheit & Recht Schutz des eigenen Knowhow Schutz der Geschäftsbeziehungen

7 Vier Lebenszyklen in der industriellen Fertigung Digitale Durchgängigkeit des Engineering über die gesamte Wertschöpfungskette Vertikale Integration und vernetze Produktionssysteme Produkt Planung Entwicklung Konstruktion Rapid Prototyping Produktion Gebrauch & Wartung Recycling Verschrottung Technologie Fabrik Planung Entwicklung Investitionsplanung Konstruktion Engineering Aufbau & Anlauf Produktion Produktion Produktion Virtuelle Inbetriebnahme Instandhaltung & Optimierung Instandhaltung & Optimierung Modernisierung Recycling Modernisierung Demontage Rückbau Auftrag Konfiguration und Bestellung Produktion Auftragsbearbeitung Fertigungsaufbauplanung Kommissionierung & Versand Auslieferung 7 Quelle: Prof. Bauernhansl Fraunhofer IPA

8 Vier Lebenszyklen in der industriellen Fertigung Digitale Durchgängigkeit des Engineering über die gesamte Wertschöpfungskette Vertikale Integration und vernetze Produktionssysteme In Zukunft Digitale Dienste CAx PLM ERP B2B PPS MES CRM Service Aggregierte Dienste Produkt Planung Entwicklung Konstruktion Rapid Prototyping Gebrauch & Wartung Recycling Verschrottung Technologie Fabrik Planung Entwicklung Investitionsplanung Konstruktion Engineering Aufbau & Anlauf Produktion Virtuelle Inbetriebnahme Instandhaltung & Optimierung Instandhaltung & Optimierung Modernisierung Recycling Modernisierung Demontage Rückbau Auftrag Konfiguration und Bestellung Auftragsbearbeitung Fertigungsaufbauplanung Kommissionierung & Versand Auslieferung 8 nach Prof. Bauernhansl Fraunhofer IPA

9 Industrie Horizontale Wertschöpfungsnetzwerke 9

10 Anforderungen an zukünftige digitale Dienstleistungen Prozesse und Anwendungen Rollen-, situations- und anforderungsgerechte Versorgung mit Informationen Vertikale und horizontale Durchgängigkeit der IT- Werkzeuge über Lebenszyklen hinweg Modulare Lösungen (Granularität) Erhöhung des Anteils kreativer Arbeitsprozesse Professioneller, effizienter IT-Betrieb und Gewährleistung der IT-Sicherheit Integration von Altanwendungen (Interoperabilität) Interaktion verschiedenster Wissenselemente (realitätsnahe Abbildung) Unabhängigkeit der Produktionsprozesse von lokaler IT-Unterstützung Kooperationen Dynamisches Gestalten von föderativen Wertschöpfungsnetzwerken Analyse kooperativer Marktstrategien Einbindung von Zulieferer- und Abnehmersystemen sowie Dienstleistern Vertrauensbasierte Konzepte für Verlässlichkeit und Sicherheit Multimandantenfähigkeit Pay-per-Use Lizenzmodelle Ergänzung von Entwicklungs- und Produktionskompetenzen Beherrschbarkeit der Produktkomplexität Integration von Produkt und Service

11 Funktionale Plattform für Digitale Dienstleistungen Kunde Partner ISV Marktplatz-Portal und Dienste-Broker Aggregierte Dienste Aggregierte Dienste CRM ERP PLM CAx PPS MES Mandantenfähige, föderative Datenbanken MSB: Integrationsplattform, Workflow-Steuerung CPS CPS Anlage CPS Maschine CPS Produkt Zentrale und regionale, dezentrale IT-Infrastruktur (Server, Netzwerk, ) 11 CPS: Cyber-Physikalisches System Technische Plattform

12 Alles Heil kommt aus der Cloud??? Industrielle Prozesse haben besondere Anforderungen, hauptsächlich in Bezug auf Sicherheit und Zuverlässigkeit Hoher Anteil an Maschine-zu-Maschine Kommunikation (M2M) Ein wichtiger Unterschied zur üblichen Bürokommunikation: Menschen sind geduldig und können improvisieren für Maschinen trifft dies nicht zu Bereits kleine Funktionsabweichungen oder Verzögerungen können ernste Störungen und teure Produktionsausfälle zur Folge haben Cloud, ja bitte aber nur mit absoluter Zuverlässigkeit! 12

13 Verfügbarkeit und Datenintegrität haben seit jeher höchste Priorität in der Industrial IT Verfügbarkeit: Vermeidung von teuren Ausfallzeiten Vermeidung von Staus in der Wertschöpfungskette Schutz der Produktionsprozesse (Unfallgefahr, Beschädigung der Waren und Produktionseinrichtungen, Umweltschäden, etc. ) Datenintegrität: Voraussetzung für die Funktion der Produktionsprozesse Datenverlust durch Absturz der Datenbank meist schwerwiegender als zeitweiser Ausfall der IT Beispiel: Datenverlust eines Lagersteuerungssystems macht die manuelle Neuerfassung der Bestände und deren aktueller Lagerpositionen erforderlich 13

14 Produktionssteuerung heute Oft noch getrennt von der kommerziellen IT, z.b. bei KMU Enterprise Resource Planning ERP Kommerzielle IT Prozeßrechner Ebene Techn. Betriebsführung SPS Funktionale Lücke Manuelle Tätigkeiten Speicher- Programmierbare Steuerungen 14 14

15 Integration von kommerzieller und industrieller IT vielfach schon eingeführt, bessere Rationalisierung und höhere Flexibilität Enterprise Resource Planning ERP Kommerzielle IT Fertigungssteuerung (Manufacturing Execution System) Prozeßrechner Ebene PPS techn. Betriebsführung MES SPS Produktionsplanungssystem Industrial IT hochverfügbar zeitnahe Reaktion Speicher- Programmierbare Steuerungen 15

16 Industrie 4.0, Migration zur Cloud: Anbindung an konventionelle Cloudarchitektur? Standard Cloud Infrastructure Private Cloud Cust.2 Virtual Private Cloud (VPC) Partner 17 Partner n VPC Partner n Broker Virtualisierung Prozeßrechner Ebene SPS Anschluß der Automatisierungstechnik an Amazon & Co. wäre sehr mutig Speicher- Programmierbare Steuerungen 16

17 Virtual Fort Knox: Eine spezielle Cloud für die Industrie Schwerpunkt Fertigungsindustrie, Fokus auf Verfügbarkeit und IT-Sicherheit Auch anwendbar für automatisierte Prozesse in Handel Logistik Versorgungsunternehmen 17

18 Virtual Fort Knox / technische Architektur NonStop SQL Secure database Datenbank - Plattform besonders geschützt gegen externe Angriffe Firma A VFK Bridge Anlagen Host Firma B VFK Bridge Anlagen Host Firma C VFK Bridge Anlagen Host 18 VFK Bridge: Lokaler Werksrechner als Gateway zur Cloud

19 Virtual Fort Knox Eine besonders sichere Datenbank in der Cloud Ausfallsicher und resistent gegen Schadsoftware - mit Katastrophenvorsorge (doppelte Auslegung, räumliche Trennung) Applikationen greifen über Standardschnittstellen zu - ODBC, JDBC etc. Praktisch unbegrenzte Skalierbarkeit - massiv paralleles Datenbanksystem, lineares Leistungswachstum Sichere Abschottung der Daten - Bisher ist kein erfolgreicher externer Angriff bekannt geworden 19

20 Virtual Fort Knox Ein sicherer lokaler Werksrechner zum Anschluß an die Cloud Ausfallsicher und resistent gegen Schadsoftware - Katastrophenvorsorge möglich (doppelte Auslegung, räumliche Trennung) MES Funktionen laufen auf dem lokalen Werksrechner - kurze Latenzzeiten, zeitnahe Steuerung der Produktionsprozesse - unabhängig von der Verfügbarkeit der Cloud Keine sensiblen Daten in der Cloud! - Steuerungsdaten für SPS sen liegen auf dem sicheren Werksrechner - Daten aus Forschung/Entwicklung liegen auf dem sicheren Werksrechner (Fileserver Funktion) 20

21 Anzahl Vulnerabilities Resistent gegen Schadsoftware? Windows Linux VMware HP-UX AIX Solaris NonStop Stand:

22 HP NonStop Server Ausfallsichere und Schadsoftware-resistente Rechner Fehlertolerantes Design auftretende Fehler in der Hardware oder Systemsoftware werden durch automatische Rekonfiguration umgangen (Selbstheilungseffekt). Die Applikation läuft ungestört weiter, es gehen keine Daten verloren und die Benutzer merken nichts von dem Komponentenausfall. Dies ist ein Alleinstellungsmerkmal von HP, andere Hersteller haben keine vergleichbaren Systeme. Resistent gegen Schadsoftware Marktführend im Zahlungsverkehr (Geldautomaten, Kreditkartenzahlungen, Funds Transfer Netze) Eingesetzt in der Telekommunikation (z.b. Steuerung von Mobilfunknetzen) Eingesetzt in der Fertigung, z.b. in der Grundstoffindustrie, bei Automobilherstellern, im Maschinenund Gerätebaubau, etc. 22

23 Technische Infrastruktur VFK Plattform Community Cloud VFK = Virtual Fort Knox HP NonStop VFK Werksrechner Kunde A Kunde B Kunde D Kunde E Kunde C Kunde F VFK Virtual Private Cloud (VPC) Aggregation Layer Partner 1 Partner 2 Partner 3 Partner 4 23 HP NonStop: ausfallsicher & Schadsoftware-resistent HP NonStop VFK Werksrechner VFK Werksrechner: NonStop SQL Secure database Lokales NonStop - System, stellt sicher dass die Produktion auch bei Störungen in der Kommunikation mit der Cloud reibungslos weiterläuft. Remotebetrieb durch VFK Betreiber oder HP möglich. Für Kleinbetriebe auch im VFK als Software as a Service (SaaS) verfügbar HP NonStop VFK Werksrechner

24 Fehlertoleranter Industrierechner HP NonStop, Multi-Cloud-fähig (wichtig z.b. für Zulieferbetriebe) HP NonStop VFK Werksrechner Kunde A Kunde B Kunde A Kunde C Kunde B Kunde C Kunde D Kunde E Kunde D Kunde F Kunde E Kunde F VFK Plattform VFK Community Plattform Cloud (basierend auf HP ccell) Partner Partner 1 3 Partner Partner VFK Community Virtual Private Cloud Cloud (VPC) 2 4 VFK Virtual Private Cloud (VPC) Aggregation Layer (HP ccell Broker) Aggregation Layer (HP ccell Broker) Cloud A Partner 1 Partner 2 Partner 3 Partner 4 HP NonStop: ausfallsicher & Schadsoftware-resistent HP NonStop VFK Werksrechner Cloud B VFK Werksrechner: Ermöglicht auch die Teilnahme an mehreren unterschiedlichen Cloud-basierenden oder konventionellen Wertschöpfungsketten HP NonStop VFK Werksrechner

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Welche Fragen haben Sie? Wir beantworten diese auch gerne auf unserem HP NonStop Stand (hier in der Halle 8, Stand-Nr. E23)