Mehr Sicherheit, Flexibilität und Effizienz in der SmartFactoryOWL

Lemgo /

Die SmartFactoryOWL in Lemgo wurde mit einem leistungsfähigen Zeitserver ausgestattet, der es ermöglicht, die vernetzten IT- und OT-Systeme mit einer Genauigkeit von besser als 100 Nanosekunden (ns) zu synchronisieren. Das Zeitsignal wird dabei von einem GPS-Empfänger auf dem Dach des Gebäudes von Satelliten empfangen und von einem hochstabilen Uhrwerk geführt. Für den Transport von Zeitinformationen werden optimierte Protokolle wie Precision Time Protocol (PTP), IEEE 802.1AS und das Network Time Protocol (NTP) genutzt, um die Uhrzeit an die Serversysteme, Maschinen- und Anlagensteuerungen (SPS), Feldgeräte, Gebäudesteuerungen usw. zu übertragen.

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Alexander Biendarra und Tim Lohrmeier haben einen neuen Zeitserver installiert (www.tsn-testlabor.de)

Diese hochgenaue Zeit wird mannigfaltig verwendet, um Systeme, Produktions- und IT-Prozesse zu optimieren oder überhaupt erst zu ermöglichen: So wird zum Beispiel das 5G-Campusnetzwerk in der SmartFactoryOWL hochgenau zeitsynchronisiert. Dies ist die Grundlage des deterministischen Medienzugriffs auf die Funkschnittstelle eines 5G-Netzwerks: Damit sich 5G-Netzwerke nicht stören, müssen besonders im TDD (Time Division Duplex)-Medienzugriffsverfahren die Sendezeiten genau eingehalten werden. Auf Basis einer solchen robusten drahtlosen Kommunikation kann echtzeitkritische Kommunikation für z.B. Fahrerlose Transportsysteme (FTS, EN: Automated Guided Vehicle, AGV) aber auch modulare Produktionselemente flexibel implementiert werden. Die Flexibilität einer Produktion steigt damit insgesamt.

Eine durchgängige Vernetzung von der Feldebene (OT) bis in das Internet unter Einbezug von drahtlosen und drahtgebundenen Kommunikationstechnologien bringt Mehrwerte für die Produktion – zugleich werden die Systeme komplexer und es entstehen Einfallstore für Cyberangriffe.  Maßnahmen zur Verteidigung zielen darauf, diese Einfallstore durch Verschlüsselung von Daten und Kommunikationsverbindungen, regelmäßiges Updatemanagement, Firewalls und organisatorische Maßnahmen zu schließen. Eine Garantie, dass alle Einfallstore geschlossen sind, ist jedoch nie gegeben. Deshalb ist es wichtig, Angriffe schnellstmöglich zu identifizieren, um Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Dabei soll das Verhalten eines IT-Systems maschinell gelernt und dann zur Laufzeit beobachtet werden, um Anomalien, die auf einen Cyberangriff hindeuten könnten, zu erkennen. Modelliert werden dabei Abfolgen von Events wie Öffnung von VPN-Kanälen, Update oder der Zugriff auf Steuerungen. Zeitsynchronisierte Security-Events machen diese Modellierung und Anomalieerkennung dabei präziser und wirkungsvoller. Auf diese Weise sorgt eine hochgenaue Zeitsynchronisation für mehr Sicherheit in der Produktion.

Auf Basis von Prozess- und Sensordaten können Produktionssysteme präzise überwacht, Fehler diagnostiziert und hinsichtlich ihrer Effizienz optimiert werden. Dabei ist die zeitliche Abfolge von auftretenden Ereignissen oft von hoher Bedeutung, um z.B. die Ursache von Fehlern zu lokalisieren. In der SmartFactoryOWL werden die entsprechenden Daten mit hochgenauen Zeitstempeln von synchronisierten Uhren versehen. Die Prozessdaten werden auf Basis der Technologien OPC Unified Architecture (OPC UA) und Industrie 4.0-Verwaltungsschalen (Asset Administration Shell, AAS) interoperabel und herstellerübergreifend modelliert und übertragen. Somit träg die zeitsynchronisierte digitale Infrastruktur zu einer Steigerung der Effizienz einer Produktion bei.

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Timo Siekmann betreibt 5G-Campusnetze in der SmartFactoryOWL (www.5g-anwendungszentrum.de)
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Dr.-Ing. Jens Otto und Felix Specht zeigen eine KI-basierte Lösung zur Erkennung von Cyberangriffen (www.cybersecurity-owl.de)
© Centrum Industrial IT e.V.
Florian Pethig arbeitet an interoperablen Digitalen Zwillingen basierend auf internationalen Standards wie OPC UA und der Industrie 4.0-Verwaltungsschale (Asset Administration Shell). Mit ihnen können der manuelle Aufwand für die Systemintegration und das Data Engineering reduziert, Produktionsumgebungen optimiert und neue Geschäftsmodelle in Datenökosystemen ermöglicht werden.
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Dr.-Ing. Holger Flatt hat Retrofit-Methoden entwickelt, um Prozessoptimierungen und Diagnosen durchzuführen (https://www.iosb-ina.fraunhofer.de/de/geschaeftsbereiche/intelligente-sensorsysteme.html)