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Von der Maschine in die Cloud – aber sicher

01 Alle TLM-Verpackungsmaschinen von Schubert werden in Zukunft mit dem „GS.Gate“, einer Gemeinschaftsentwicklung von Genua und Schubert System Elektronik, ausgestattet und so an die Cloudlösung „Grips.world“ angebunden

01 Alle TLM-Verpackungsmaschinen von Schubert werden in Zukunft mit dem „GS.Gate“, einer Gemeinschaftsentwicklung von Genua und Schubert System Elektronik, ausgestattet und so an die Cloudlösung „Grips.world“ angebunden

02 Das „GS.Gate“ wurde von Schubert System Elektronik in Zusammenarbeit mit dem Spezialisten für IT-Sicherheit Genua entwickelt

02 Das „GS.Gate“ wurde von Schubert System Elektronik in Zusammenarbeit mit dem Spezialisten für IT-Sicherheit Genua entwickelt

03 Im „GS.Gate“ sind die Anwendungen zur Kommunikation mit der Maschine und zur Datenverarbeitung strikt von den Sicherheitssystemen getrennt

03 Im „GS.Gate“ sind die Anwendungen zur Kommunikation mit der Maschine und zur Datenverarbeitung strikt von den Sicherheitssystemen getrennt

Eine durchgehende Kommunikation ist eine der Grundvoraussetzungen für die Industrie 4.0. Viele Maschinenbauer und Anwender stellen sich allerdings die Frage, welches Sicherheitsniveau bei einem Datentransfer vom Sensor bis in die Cloud gewährleistet werden kann. So wollen sie ein Einfalltor für Hackerangriffe auf jeden Fall vermeiden. Der IT-Sicherheitsspezialist Genua und Schubert System Elektronik haben sich deshalb zusammengetan und gemeinsam eine hochsichere Lösung entwickelt. Beim Verpackungsmaschinenbauer Gerhard Schubert GmbH ist diese Lösung bereits im Einsatz.
Die Möglichkeiten, die sich durch die moderne Kommunikationstechnologie eröffnen, sind vielfältig. In der Industrie reichen sie von der Erhöhung der Energieeffizienz über bedarfsgerechte Wartung bis hin zur Optimierung der Produktionsplanung. Ganze Produktionsbetriebe sollen so effizienter und damit kostengünstiger arbeiten. In diesem Zusammenhang liefern Zustands- und Leistungsdaten von Maschinen wichtige Informationen, mit denen sich folgende Fragen beantworten lassen: Wann müssen Verschleißteile ausgetauscht werden, bevor sie zu Ausfällen führen? Wie ist die Auslastung der Maschinen, in welchen Produktionslinien sind noch Kapazitäten verfügbar?
Fragezeichen Security
Aus der Anbindung einer großen Zahl von Maschinen an eine Cloudlösung lassen sich – so erhoffen es sich beispielsweise Maschinenbauer – Erkenntnisse darüber gewinnen, wie die Maschinen verbessert werden können. Die Kunden profitieren gleichzeitig von der Überwachung der Maschinen und der vereinfachten Fernwartung. Ein solches System betreibt die Gerhard Schubert GmbH mit „Grips.world“. Der Hersteller von Verpackungsmaschinen hat diese digitale Plattform erstmals auf der diesjährigen Fachmesse Interpack vorgestellt. Mit der webbasierten Plattform sollen die interne Kommunikation und der Austausch mit den Kunden verbessert werden. Maßgebliches Ziel dabei: die Produktion optimieren und die Maschineneffizienz über die gesamte Nutzungsdauer auf hohem Niveau halten. Auf die Plattform können Mitarbeiter der Schubert-Gruppe ebenso wie Kunden, Lieferanten und die TLM-Maschinen zugreifen. Zugang erhält man über jeden Webbrowser, unabhängig von Endgerät oder Betriebssystem.
Industriehardware mit zwei Bereichen
Um die Kommunikation der Maschineninformationen möglichst sicher zu gestalten, hat die Schubert System Elektronik, ein Tochterunternehmen des Maschinenbauers, in Zusammenarbeit mit dem Spezialisten für IT-Sicherheit, Genua, eine neue Lösung entwickelt. Das sogenannte „GS.Gate“ (Bild 2) kann herstellerunabhängig an Maschinen angebunden werden, um Zustands- und Leistungsdaten von Maschinen zu erfassen, zu analysieren und zu filtern sowie sicher an Monitoring-Systeme oder in die Cloud weiterzuleiten. Dabei bietet das „GS.Gate“ auf einer kompakten industriegeeigneten Hardware zwei getrennte Bereiche (Bild 3): In einem können Maschinenhersteller oder -betreiber Anwendungen installieren, die ihre individuellen Anforderungen erfüllen. Von den Anwendungen werden über die gängigen Schnittstellen IO-Link, Gbit-Ethernet oder Industrial Ethernet Zustands- und Leistungsdaten von Maschinen abgerufen und analysiert. Im zweiten Bereich befinden sich Sicherheitssysteme. Ein VPN-Gateway leitet die gewonnenen Informationen ausschließlich über verschlüsselte Verbindungen zu den Monitoring-Systemen oder zur Cloud weiter. Eine integrierte Firewall schützt vor unbefugten Zugriffen und Malware. Administration und Wartung des „GS.Gate“ erfolgen über einen integrierten Zugang für Fernzugriffe, ebenfalls über verschlüsselte Verbindungen.
Security by Design
Um an der kritischen Schnittstelle zwischen Maschine und Netzwerk ein hohes Schutzniveau zu erreichen, ist das „GS. Gate“ nach dem Security-by-Design-Prinzip konzipiert: Die Anwendungen zur Kommunikation mit der Maschine und zur Datenverarbeitung sind von den Sicherheitssystemen, die eine externe Kommunikation etwa zur Cloud ermöglichen, strikt getrennt. Diese Trennung reicht bis auf die Betriebssystem- und Hardwareebene. Dadurch wird ausgeschlossen, dass Hacker eine Schwachstelle bei einer Anwendung ausnutzen und dann auch die Sicherheitssys teme aushebeln können. Diese Separationstechnologie setzt Genua auch bei Lösungen im staatlichen Hochsicherheitsbereich ein, um die Anforderungen des Geheimschutzes zu erfüllen. Mit diesem hohen Sicherheitsniveau wird ein geschützter Datenaustausch in Produktionsbereichen ermöglicht – dieser ist Grundvoraussetzung, damit Unternehmen ihre Maschinen vernetzen und die oben beschriebenen Vorteile von Industrie 4.0 nutzen können.
Im Einsatz bei TLM-Verpackungsmaschinen
Bei den Verpackungsmaschinen von Schubert kommt das „GS.Gate“ in den TLM-Verpackungsmaschinen bereits zum Einsatz (Bild 1). Diese modulare Maschinenreihe besteht aus Schachtel-Aufrichte-, Gruppier-, Füll- und Verschließmaschinen sowie Palettierern. Kunden können sich aus den Teilmaschinen individuell ihre Verpackungsanlage zusammenstellen. Das „GS.Gate“ befindet sich funktionell zwischen der Verpackungsanlage und einem Datennetzwerk. Über Status-LED kann der Zustand abgelesen werden. Über einen Schalter lässt sich das Gate in den Fernwartungsmodus versetzen oder die Verbindung zum Internet trennen. Konfigurationsdaten kann der Kunde auf eine C-Fast-Karte schreiben. Das „GS-Gate“ ist einfach im Schaltschrank der Verpackungsanlage montierbar. Ein abgesetztes Anzeigeelement wird über CAN-Bus angebunden. Auf diesem signalisiert eine LED unter anderem, ob der Fernwartungsmodus aktiviert ist.
Die Vernetzung der TLM-Maschinen über die neue digitale Plattform eröffnet neue Möglichkeiten. In Zukunft werden alle TLM-Maschinen mit dem Gate ausgestattet, das an „Grips.world“ angebunden ist. Damit lassen sich die Betriebsdaten jeder Maschine erfassen und analysieren. Schubert strebt dabei eine laufende Zustandsüberwachung in Echtzeit an. „Die Datenanalyse mit ,Grips.world‘ ermöglicht es uns, Probleme zu erkennen, bevor sie entstehen. So können negative Auswirkungen auf die Produktion unserer Kunden vermieden werden“, erläutert Marcel Kiessling, Geschäftsführer der Bereiche Vertrieb, Service und Marketing bei Schubert. „Langfristig können wir mit dem Wissen über den Status der Maschinen die Leistung der Maschinen bei Kunden weiter kontinuierlich steigern.“ Um dem kontinuierlichen internationalen Wachstum Rechnung zu tragen, plant Schubert zudem, sein Serviceteam bis 2019 um 30 % zu vergrößern.
Digitale Zwillinge
Ein zentrales Element innerhalb von „Grips.world“ wird der digitale Zwilling der Maschine sein. Dabei handelt es sich um ein dreidimensionales Abbild der TLM-Maschine, das sich mithilfe des Original-Codes der Verpackungsmaschinensteuerung in Echtzeit bewegen lässt. Die Vorteile für die Kunden liegen in beschleunigten Konstruktionsabläufen und kürzeren Lieferzeiten. Gleichzeitig wird es beispielsweise möglich sein, die komplette Validierung einer Pharmamaschine vorab digital durchzuführen. Ebenso können mit dem digitalen Zwilling Probeläufe mit neuen Produktformaten durchgeführt werden. (ih)

Dr. Jörg Lantzsch ist Fachjournalist und Inhaber der Agentur Dr. Lantzsch. j.lantzsch@drlantzsch.de

Dr. Jörg Lantzsch ist Fachjournalist und Inhaber der Agentur Dr. Lantzsch. j.lantzsch@drlantzsch.de