Sichere Wertschöpfung dank digitaler Zwilling

Die unternehmensübergreifende Vernetzung wird dadurch erschwert, dass sich Industriepartner keinem zentralen Plattformanbieter anvertrauen möchten und aus Sicherheitsbedenken auch keine gegenseitige Öffnung ihrer Netzwerke realisieren können. Doch das lässt sich lösen. Ein Beispiel.

Ein Unternehmen, das mit seinen Röntgenröhren und -strahlern auch Flughäfen zur Sprengstoffdetektion bedient, setzt auf individualisierte Produktion. Um wechselnden und speziellen Kundenanforderungen gerecht zu werden, setzt die Firma Petrick deshalb auf die Digitalisierung und auf Technologien wie etwa digitaler Zwilling, aber auch Blockchain. Damit will man im Kundendialog Lösungen auch abseits des herkömmlichen Denkens umsetzen.

Digitale Identität

Die Digitalstrategie des Unternehmens fusst auf einem adaptierten Smart-Factory-Ansatz. Neben der Kostenreduktion durch Prozessoptimierung rückte schnell das firmeninterne Produktcontrolling in den Fokus. Gemeinsam mit der Batix Software AG wurde die Plattform Digital Quality Review System (DiQS) entwickelt und eingeführt.

Petrick-Geschäftsführer Andre Nikolaus dazu rückblickend: «Die interne Qualitätssicherung erfordert eine lückenlose Dokumentation der Produktion. Hier hatten wir einen guten Standard. Dieser konnte aber nur mit enormem Personalaufwand sichergestellt werden. Die Fehlerquote war trotzdem signifikant unbefriedigend. Heute haben wir eine für uns passende digitale Lösung mitentwickelt und erfolgreich eingeführt.»

Digitaler Zwilling

Seit 2018 werden alle relevanten Informationen in der Produktion direkt erfasst. Das Unternehmen setzt dabei auf das Konzept des digitalen Zwillings. Diesem Ansatz bescheinigt der Gartner Data Science Trend 2018 (vgl. https://gtnr. it/2pvcdUp) ein immenses Potenzial.

Positive Effekte

Mithilfe von DiQS wird für jede Röntgenröhre ein virtuelles Abbild – ein digitaler Zwilling – erzeugt. Gleichzeitig werden Betriebsprozesse und Workflows mit Kunden und Lieferanten konsequent digitalisiert und integriert. Die Herstellung jedes Produktes kann nun virtuell geplant werden, wodurch Transparenz, Effizienz und Qualität gleichermassen erhöht werden. Der Einsatz der Lösung generierte für das Unternehmen kurzfristig u.a. folgende Vorteile:

  • virtuelles Abbild eines Produktes, Prozesses oder Dienstes
  • ständigen Informationsaustausch über Schnittstellen
  • vielfältige Anwendung, meist in der Produktionstechnik
  • Repräsentation von Sensordaten
  • einheitliches Format verschiedener Informationen
  • Nutzung von Simulationsmodellen zur Optimierung von Arbeitsabläufen
  • Nutzung der Daten für Ursachenforschung im Fehlerfall
  • Erhöhung von Effizienz und Qualität
  • Auslastungsoptimierung und Fehlervorhersage

Die digitale Bearbeitung beziehungsweise Begleitung der Produktion führt zu einer Reduzierung der Komplexität und damit zu einer signifikanten Kostenersparnis. Durch die direkte Rückkopplung des Reklamationsprozesses zur betrieblichen Innovation wird diese nachhaltig und wertschöpfend gestaltet. Ein umfangreiches Statistikmodul zeigt sämtliche relevanten Parameter der Produktion und erlaubt Rückschlüsse auf Engpässe und Fehlerquellen. Vorteile bezüglich Produktion sind zusammengefasst:

  • digitale Repräsentation jedes Werkstückes und dessen aktuellem Arbeitsschritt
  • digitale Dokumentation aller einzelnen Produktionsschritte
  • Digitalisierung und Archivierung des kompletten Lebenszyklus eines Produktes
  • Warnmeldungen bei Toleranzüberschreitungen
  • Managementansicht zur Produktionsüberwachung und Eingreifen bei Produktionsstau
  • Vergleich zwischen Ist-Zustand des digitalen Zwillings und dem Soll-Zustand aus dem ERP
  • valide Fehler- und Ausfallstatistiken
  • usw.

Die sehr guten Erfahrungen aus dem Projekt «Digitaler Zwilling» gaben dem Unternehmen die nötige Sicherheit, sich gemeinsam mit Batix anderen digitalen Herausforderungen in Forschungs- und Entwicklungsprojekten zu widmen. Der Unternehmenserfolg wird gemäss Geschäftsführer in Zukunft massgeblich von der Fähigkeit abhängen, sensible Daten smart und flexibel zu teilen. Dies schafft im gesamten Betriebsökosystem eine valide Form digitalen Vertrauens.

«In den vergangenen Jahren haben sich durch den wachsenden Wert von Daten auch die Bedrohungsszenarien verschärft. Dabei ist nicht nur ein Datendiebstahl kritisch, sondern auch bereits ein Verlust der Kontrolle über die eigenen Daten und damit über das inne liegende Wertschöpfungspotenzial. Wir und unsere Partner haben erkannt, dass wir unsere Daten für die Wertschöpfung in agilen Kooperationen nutzen müssen, um zukünftige Marktanforderungen bestmöglich zu bestehen und unsere Wettbewerbsfähigkeit entscheidend zu verbessern»

Andre Nikolaus
Petrick GmbH

Vertrauensvolle Kollaboration

Die unternehmensübergreifende Vernetzung von Betrieben wird durch den Fakt erschwert, dass sich Industriepartner keinem zentralen Plattformanbieter anvertrauen möchten und aus Sicherheitsbedenken auch keine gegenseitige Öffnung ihrer Netzwerke realisieren können. Diese Hürde wird durch die Schaffung einer von allen Akteuren überprüfbaren Vertrauensstelle, dem MES Hub, genommen. Er gewährleistet die unternehmensübergreifende, unkomplizierte, sichere und damit vertrauensvolle Kollaboration. Die Einbeziehung von Daten aus dem MES-Spektrum erfordert weder das Vertrauen in einen zentralen Plattformanbieter noch eine gegenseitige Öffnung der Unternehmenswerkzeuge.

Der MES Hub ermöglicht die transaktionsorientierte Einbindung von Akteuren und ist auf Datenminimierung und Kontrolle durch die Akteure bezüglich der Verwendung ihrer Daten ausgerichtet. Er wird zeigen, dass digitale Technologien geeignet sind, in agilen und dezentralen Kooperationsszenarien wichtige Daten des Fertigungsmanagements gewinnbringend und wertschöpfend einzusetzen. Diese Technologien können – so der Ansatz – auch ohne die Einbeziehung dominanter Intermediäre eingebunden werden. Insbesondere sollen die Datenhoheit für die einzelnen Akteure sowie der Schutz und die Sicherheit der Fertigungsdaten gemäss Anforderungen an die IT-Sicherheit in der Datenschutz-Grundverordnung dauerhaft gewährleistet werden.

Die Projektergebnisse haben darüber hinaus grundsätzlich branchenübergreifende Relevanz. Die ab 2020 zur Verfügung stehende Plattform soll vollständig als Open-Source-Software offengelegt werden, sodass die Quellcodes und implementierten Sicherheitsstandards durch alle zukünftigen Nutzer verifizierbar sind und das Vertrauen in die Plattform erhöht werden kann. Zur grösstmöglichen Nachnutzung wird hierbei eine freie und möglichst ohne Restriktionen belegte Open-Source-Lizenz eingesetzt werden.

Planung und Sicherheit als Herausforderung

Derzeit sind am Markt vereinzelt Konnektoren verfügbar, die jedoch zumeist nur den Austausch von Daten auf der Ebene von Enterprise-Resource-Planning-(ERP)-Systemen adressieren. Der Austausch direkt auf MES-Ebene wird neben den technologischen Schranken vor allem auch als Sicherheitsrisiko (Fertigungsdaten verlassen das eigene Haus) wahrgenommen und ist technisch nicht marktverfügbar. Problematisch ist vor allem die individuelle Anbindung von MES-Systemen zur Übermittlung von Maschinen- und Betriebsdaten in bilateralen Kooperationsszenarien zu sehen. Die hierfür verfügbaren Schnittstellenlösungen sind zeit- und kostenintensiv und genügen den Anforderungen an agile Wertschöpfungsverbünde nicht oder nur unzureichend, insbesondere da die Bedenken der Unternehmen zur Sicherheit und Besitzhoheit ihrer Daten nicht gelöst werden. An dieser Stelle setzt der MES Hub an und verbindet aktuellste Technologien auf einem neuartigen Umsetzungsweg.

Technologischer Lösungsansatz

Es ist geplant, die Blockchain-Technologie auf Basis des Hyperledger-Projektes zu integrieren, einer public/private Blockchain. Hyperledger ist ein Dachprojekt von Open-Source-Blockchains und verwandten Tools, das 2015 von der Linux Foundation gestartet wurde. Ziel des Projekts ist es, die branchenübergreifende Zusammenarbeit durch die Entwicklung von Blockchains und Distributed Ledgers voranzutreiben. Dabei wird ein besonderer Schwerpunkt auf die Verbesserung der Systeme gelegt, sodass sie in der Lage sind, globale Geschäftsvorgänge grosser Technologie-, Finanz- und Lieferkettenunternehmen zu unterstützen. Nachteil dieser Technologie ist die Notwendigkeit, bei jeder Transaktion (über das Internet) miteinander zu kommunizieren und ein hoher Energieaufwand; jedoch gilt der Sicherheitsgrad als exzellent.

Um den MES Hub praxisnah zu konzipieren, soll der Einsatz von Blockchain Technologien jedoch keinesfalls als unabdingliches Muss-Kriterium betrachtet werden. Vielmehr soll im Rahmen des Projekts ergebnisoffen die optimale Vertrauens- und Sicherheitstechnologie ausgewählt werden, die den Ansprüchen an Geschwindigkeit, Transparenz, Sicherheit und Implementierbarkeit der Industriepartner am besten gerecht wird. Der Transport der konkreten Betriebs- und Maschinendaten soll dem Branchenstandard entsprechend über hierfür vorgesehene Protokolle zur Machine-to-Machine- (M2M)-Kommunikation erfolgen (z.B. MQTT). Diese Standards sollen durch den MES Hub um eine Verschlüsselungs- und Vertrauenskomponente ergänzt und somit zur sicheren unternehmensübergreifenden Nutzung erweitert werden. Es wird überdies geprüft, ob die im Projekt vorgesehene Implementierung von BlockchainTechnologie in den MES Hub mithilfe des Hyperledger und seinen Subprojekten bestehenden Grundlagen beschleunigt werden kann. Die experimentelle Erprobung und Implementierung neuester digitaler Technologien versetzten den Hersteller für Röntgenröhren und -strahler in die Lage, Optimierungspotenziale zu nutzen. Innovationen können ohne Brüche in den Geschäftsalltag wertschöpfend und sicher integriert werden. Das sichert die eigene Zukunftsfähigkeit nachhaltig.