Produktion als Teil der neuen Mobilität: On-Demand-Connectivity

Viele denken bei der Industrie 4.0 nicht an mobile Datenverarbeitung. Stattdessen wird bei der Digitalisierung in den meisten Organisationen vorrangig an die Umstellung ihrer Maschinenparks gedacht. Dieser Fokus ist wichtig, bedarf aber einer Ergänzung um das Thema Mobilität.

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Auch wenn Industrieanlagen als stationär wahrgenommen werden, müssen IT-Entscheider bedenken, dass Industrie 4.0 direkt mit dem Thema Mobilität verknüpft ist

Dabei sollte man sich zunächst vor Augen führen, dass Digitalisierung von Geschäftsprozessen und die zunehmende Vernetzung sich selbst steuernder Produktionsprozesse und Logistikketten kein Phänomen im Vakuum ist – im Gegenteil: Smarte Sensoren werden immer kleiner, günstiger und vernetzter. Zudem erleichtert die Umstellung von IPv4 auf IPv6 die Standardisierung der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M). Marktreife Angebote zur Big-Data-Analytik sowie existierendes Fog- und Cloud-Computing erhöhen die Leistungsfähigkeit und das vorhandene Markt-Know-how für das industrielle Internet of Things (IIoT) zusätzlich. All dies sind Voraussetzungen für den Beginn einer neuen Ära der globalen Mobilität – auch in der Produktion.

Es geht um die Integration von Anlagen in ein mobiles Ökosystem, in dem jeder Endpunkt interaktionsfähig ist. Allerdings ist die Kompatibilität der genutzten Kommunikationsprotokolle nur ein Teil des digitalen Fortschritts. Genauso wichtig für einen Industrie-4.0-Betrieb ist die nahtlose Konnektivität und mobile Erweiterbarkeit von Systemen – dies wird häufig übersehen, vor allem wenn IT-Entscheider immer noch in traditionellen Mustern von statischen Fertigungsstandorten denken.

Als im letzten Jahrhundert die ersten ICS&SCADA-Anlagen begannen, innerhalb von Unternehmensnetzwerken direkt miteinander digital zu kommunizieren (Industrie 3.0), hat man nicht erwartet, dass man solche Insellösungen später auch über die Grenzen der Firmen-Firewalls hinaus vernetzen könnte. Ähnlich darf man jetzt nicht erwarten, dass Maschinen und Endpunkte in der Zukunft fest an einem Ort bleiben.

Um dieses Potenzial von IIoT voll ausschöpfen zu können, müssen die Geräte für den jeweiligen Einsatzzweck jederzeit Daten senden und empfangen können – und zwar unabhängig vom jeweiligen Ort. In der Praxis haben sich Funkmodule (3G/LTE) zum Datenaustausch bewährt, da sie im Vergleich zu LAN/WLAN-Ansätzen weniger Cyber-Angriffsfläche bieten. Zudem bieten sie die inhärente Möglichkeit zur starken Verschlüsselung am Kommunikationspunkt und weitere Cyberschutzmechanismen zur Geräteauthenifizierung und Daten-signatur. Zum Einsatz kommen hierbei typischerweise die in den eSIMs bereitgestellten Kryptofunktionen. Entsprechende zellulare Gateways können zudem in bestehenden Industrieanlagen nachgerüstet werden.

Die Herausforderung liegt in der großen Anzahl und der Heterogenität der Geräte. Laut Bundeskriminalamt sollen bis zum Jahr 2020 mehr als eine Milliarde Geräte mit dem Internet verbunden sein – größtenteils IoT-Endpunkte – und jedes fünfte deutsche Unternehmen sei bereits im Jahr 2016 Opfer eines erfolgreichen Cyberangriffs geworden. Zudem geht das BKA noch im Detail auf das Thema Industrie 4.0 ein. Einerseits sind Zertifizierung und Sicherheit wichtige Grundpfeiler der Digitalisierung. Daher sollten Protection-Profile-Vorgaben für gesicherte digitale Identitäten in Sensoren, Maschinen und Anlagen (Hardware Root of Trust) unbedingt eingehalten werden. Zudem ist der Schutz von Zertifikaten und PKI-Schlüssel essenziell.

Allerdings muss dies Hand in Hand mit dem Aufbau eines flexiblen Ökosystems gehen, denn sonst sind die Investitionen in Modernisierung nicht nachhaltig angelegt. Je nach Art des IIoT-Endgerätes sind die Anforderungen an Performance, Datenvolumen und Cyberschutz verschieden. In der Praxis spielen deshalb neben der Sicherheit die Themen Provisionierung und Inklusion der Mobilfunknetzbetreiber eine große Rolle. Wenn es zu einem Wechsel des Mobilfunkanbieters oder des Gerätestandortes kommt, entstehen hohe Folgekosten für die Verwaltung der SIM-Karten oder durch unerwartete Roaming-Kosten.

Beispielsweise braucht ein Smart Meter ständige Verbindung zum Internet, allerdings sind die Latenzwerte der Kommunikation weniger kritisch als beispielsweise bei vernetzen (halb-)autonomen Fahrzeugen. Grundsätzlich muss man bedenken, dass es in periodischen Abständen zu Vertragsveränderungen mit den Mobilfunkanbietern kommt.

Fest verbaute SIM-Chipkarten mit Festlegung auf einen einzigen Mobilfunkbetreiber ohne Möglichkeit zur Online-Modifikation sind daher zu unflexibel und nicht mehr zeitgemäß. Aus operativer Sicht müssen manuelle Eingriffe minimiert werden; daher macht es Sinn, dass eSIM-Provisionierung und Management über die stark abgesicherte Luftschnittstelle funktionieren.

Moderne eSIM-Angebote schließen so die Lücke zwischen Sicherung der Produktion, Digitalisierung und globaler Konnektivität. Neben den technischen Voraussetzungen geht es um den flexiblen Anschluss an ein nahtloses Ökosystem. Dazu sollten keine proprietären Systeme eingesetzt werden und es bedarf Rahmenabkommen für eine kompatible eSIM-Provisonierung auf Basis der GSMA-Vereinbarungen.

Falls beispielsweise Rahmenabkommen in bestimmten Einsatzregionen fehlen, kann trotz bestehender Mobilfunkinfrastruktur aufgrund von teuren Roaming-Gebühren oder unzureichender Netzabdeckung keine mobile Verbindung hergestellt werden. Um solche Limitierungen zu vermeiden, sollte man stets einen Blick auf die Partner eines Mobilfunkanbieters und dessen globale Abdeckung legen. Digitalisierung kennt keine Ländergrenzen und zukünftige Entwicklungen können in kurzer Zeit neue Märkte eröffnen – auch in Schwellen- und Entwicklungsländern.

Die Digitalisierung der Produktion ist damit mehr als ein Update von Anlagen oder die Anschaffung von vernetzten Maschinen. Damit Unternehmen am Markt bestehen können, müssen sie sich ein digitales Ökosystem schaffen, in das sie einfach und jederzeit neue Endpunkte integrieren können. Daher müssen IT-Entscheider bedenken, dass Industrie 4.0 direkt mit dem Thema Mobilität verknüpft ist. Natürlich ist der Druck groß, denn keine Organisation möchte zurückfallen. Zwar lassen sich Maschinenparks recht schnell vernetzen, allerdings darf dies nicht ohne nachhaltige Strategie geschehen. Ansonsten drohen Probleme mit der Infrastruktur, sodass die Performance und die Erweiterungsfähigkeit unzureichend sind. Deshalb sollten die Modernisierungsmaßnahmen immer auf den Anschluss in ein offenes Ökosystem abzielen, das eine spätere Erweiterung erlaubt und globale Konnektivität garantiert – ohne versteckte Limitierungen oder Folgekosten.