E-PAPER - INDUSTRIE 4.0 THEMENSCHWERPUNKT Visionen - Use Cases - Lösungen - IT&Production
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E-PAPER
SONDERTEILE, BRANCHENSPECIALS, THEMENSCHWERPUNKTE
Bild: © kzenon/Fotolia.com
THEMENSCHWERPUNKT
INDUSTRIE 4.0
Visionen - Use Cases - Lösungen
INDUSTRIE 4.0 | DIGITALISIERUNG
Ulrich Sendler: Das Gespinst der Digitalisierung
Die besondere Rolle der
Industrie beim digitalen Umbruch
Der Amtsantritt von US-Präsident Donald Trump, die Abstim-
mung für den Brexit und die Abschaffung demokratischer
Grundregeln in Ungarn, Polen und der Türkei haben nach Mei-
nung von Ulrich Sendler (Bild) eines gemeinsam: „Die aktuel-
len Angriffe auf die demokratischen Freiheiten kamen nicht
durch einen Militärputsch, sondern durch demokratische Ab-
stimmungen zustande.“ Der Autor des bei Springer erschiene-
nen Sachbuchs `Das Gespinst der Digitalisierung’ vermutet,
dass dieses Bröckeln gedachter demokratischer Gewissheiten
etwas mit einer allgemeinen Entwicklung in der Welt zu tun
hat, die einem großen Teil der Menschheit Angst macht: mit
der globalen Digitalisierung, der digitalen Vernetzung und
dem Eindringen künstlicher Intelligenz in scheinbar jede Ritze
unseres menschlichen Lebens. Ulrich Sendler ist seit mehr als
drei Jahrzehnten als Fachjournalist, Technologieanalyst und
Autor rund um die Digitalisierung der Industrie tätig. Sein
Buch Industrie 4.0 wurde in China ein Bestseller. Im folgenden
Gastbeitrag liefert Sendler Einblicke in sein aktuelles Buch.
Bild: Ulrich Sendler
Auf jeder Konferenz im Industrieumfeld wird jetzt über die digitale Transformation der
Industrie gesprochen. Aber die sehr spezielle Rolle, die die Digitalisierung der Industrie
für den gesamtgesellschaftlichen Umbruch spielt, kommt dabei in der Regel nicht zur Spra-
che. Meist wird nicht einmal verstanden, dass es nicht um die Anwendung von Google-
und Facebook-Rezepten etwa auf den Maschinenbau geht. Es wird dringend, diese Fragen
zu adressieren. Denn es bleibt nicht viel Zeit, um sie für den Standort Deutschland richtig
zu beantworten. Mein Buch 'Das Gespinst der Digitalisierung' soll dazu beitragen.
ie gut es der Industrie geht, ten geht, wie stabil die Demokratie als tie und der Sozialstaat Früchte der in-
W wie viele Mitarbeiter sie be-
schäftigt, wie viel ihre Wert-
schöpfung zum Bruttoinlandsprodukt
bisher beste aller Regierungsformen ist.
Die Stabilität der Demokratie und der
Wohlstand in einem Land hängen des-
dustriellen Revolution sind. In der zwei-
ten Hälfte des 18. Jahrhunderts entstan-
den – nach rund zweitausend Jahren
beiträgt, sind einige der Hauptkriterien halb so eng mit einer gesunden Industrie Pause – die ersten demokratischen Verfas-
dafür, wie gut es dem Land und den Leu- zusammen, weil die moderne Demokra- sungen der Neuzeit in den drei Ländern,
IT&Production 2/2019
DIGITALISIERUNG
RACKMOUNT SYSTEME
KISS SERIE 1/2/4U
Industrietauglich und flüsterleise
in denen zur selben Zeit die industrielle Re-
volution begann: in England, Frankreich
Kann die deutsche Industrie
den Unterschied zum Silicon
d
und den USA. Der Zusammenhang gilt lei- Valley machen?
der auch umgekehrt. Wie die Industrie sich
auf den digitalen Umbruch einstellt, hat Es gibt noch einen Grund, warum die Digitali-
großen Einfluss darauf, wie stark die Men- sierung der Industrie so wichtig für die Zukunft
schen im Land auf den demokratischen ist. Die smarte Fabrik ist eben keine Erweite-
Rechtsstaat setzen, wie wichtig ihnen die rung des datenrechtsfreien Raums Silicon Val-
individuellen Freiheiten sind. Oder wie hef- ley. Wie die Industrie die Digitalisierung von
tig sie zurück in die vermeintlich bessere Produkt, Produktion und produktbasierenden
Vergangenheit wollen, weg vom Rechts- Dienstleistungen realisiert, kann den großen
staat und hin zum Nationalismus. Unterschied zu den Internetgiganten und
ihrem Daten- und Machtmissbrauch machen.
Führungsmächte aus Und dem Standort Deutschland eine gute Zu-
der Wirtschaft kunft bescheren. Mit dem Internetprotokoll
IPv6 ist der verfügbare Adressraum so groß ge-
In den USA und in Großbritannien wurde worden, dass Haut und Haar, Blatt und Wurzel
die Industrie über Jahrzehnte bis auf ei- rund um den Erdball mit jeweils Billionen von
nige Reste abgebaut, während sich Fi- individuellen Internetadressen versehen wer-
nanzinvestoren und vor allem in den USA den könnten. Also natürlich auch alle Produkte,
die Internetgiganten als neue Führungs- Geräte, Maschinen und Anlagen. Deshalb kön-
Kontrons ind
industrietaugliche
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trie
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taug
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lich
l che
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mod
modulare
dulare
mächte etablierten. Resultate sind eine nen künftig alle industriellen Erzeugnisse
Rackmount Systeme
y peziell für
wurden speziell
p
tiefe Spaltung der Gesellschaft, der Brexit neben ihrer traditionellen Funktion zusätzlich
anspruchsvolle Umgebungsbedingungen
und Präsident Trump. In Deutschland, wo mit integrierten Diensten in Form von Apps
entwickelt und eignen sich daher perfekt
2011 mit Industrie 4.0 früher als in irgend- aufwarten. Das, was wir bisher nur von mobi-
für 24/7 Anwendungen mit erhöhten
einem anderen Land die digitale Fabrik len Computer-Endgeräten kennen, kann mit
Temperaturanforderungen und hoher
auch ins Zentrum der Regierungspolitik allem gemacht werden. Aber wie, ist nicht aus-
mechanischer Beanspruchung.
rückte, sind nach wie vor rund 24% der gemacht und entschieden.
Beschäftigten in der Industrie tätig. Und
trotz starker AfD-Fraktion ist die Demo- Mindsphere-Daten gehören INDUSTRIETAUGLICHES DESIGN
kratie derzeit nicht unmittelbar den Anwendern robust und zuverlässig im Dauereinsatz
bedroht. Frankreich und Präsident Macron
sind ein gutes Beispiel dafür, wie schnell Siemens beispielsweise hat mit MindSphere HOHE RECHENLEISTUNG
eine charismatische Führungspersönlich- eine Cloud-Plattform für entsprechende Indus- 8th Gen Intel® Core i7/i5/i3 oder
keit mit Konzept und Perspektiven für die trie-Apps eingerichtet. Dabei gehören die Daten Dual Intel®Xeon®
Zukunft das Ruder in Richtung Demokratie aber – im krassen Gegensatz zu den bekannten
herumreißen und die Rückwärtstreibenden Plattformen von Amazon, Apple, Facebook, LOW NOISE DESIGN
zur Bedeutungslosigkeit verdammen kann. Google oder Microsoft – bei Siemens den Kun-
INDUSTRIE 4.0 | DIGITALISIERUNG
Ulrich Sendler: Das Gespinst der hier ein weites Feld öffnet, in dem sich
Digitalisierung – Menschheit im staatliche Sorge für das Wohl der Bürger
Umbruch – Auf dem Weg zu beweisen muss. Welche Produkte für den
einer neuen Weltanschauung,
täglichen Gebrauch, aber auch in der Me-
Springer Fachmedien Wiesba-
den, ISBN 978-3-658-21896-6 dizin oder Altenpflege, welche produkt-
(als e-book -21897-3) basierenden Dienste sind im Sinne der
Menschen sinnvoll und welche nicht?
Welche sollten vielleicht sogar gefördert
werden, welche eher verboten? Uns hier
am Vorgehen der früheren industriellen
Führungsmacht USA zu orientieren, wäre
keine gute Idee. Dort wurde bewiesen,
dass die Industrie und generell die Wirt-
schaft auf sich gestellt sehr schnell den
Fokus auf das Gemeinwohl verlieren kön-
nen. Schließlich sollte die Industrie sich
nicht das Blaue vom Himmel erwarten,
das nun scheinbar mit Cloud, KI und Big
Data Analytics im Angebot ist. Die Tech-
nologie ist sehr weit vorangekommen,
aber weit entfernt davon, Wunder zu
Bild: Springer Verlag GmbH
vollbringen. Was KI und Maschinenlernen
können, hängt weiterhin vom Menschen
ab, der dafür Programme schreibt und Da-
tenmodelle definiert. Wenn wir die Fach-
leute haben. Womit ein weiteres Groß-
thema angeschnitten ist. Unser Bildungs-
Kuh namens ‘Privatisierung ist gut – Staat netzung den Menschen und ihre Daten system, ebenfalls entstanden mit der In-
ist schlecht’ in völlige Vergessenheit gera- werden nicht für heimliche Werbege- dustriegesellschaft, müssen wir ebenso
ten ist: Die Grundbedürfnisse der Gesell- schäfte missbraucht. neu erfinden wie das Rechts- und Sozial-
schaft müssen vom Staat garantiert wer- system. Für eine Gesellschaft, in der die
den. Sie dürfen nicht vom Geschäftsmodell Künstliche Intelligenz – vom Menschen immer weniger Zeit für die Be-
eines Unternehmens abhängen. Für die di- Menschen richtig eingesetzt streitung ihres Lebensunterhalts aufbrin-
gitale Gesellschaft benötigen wir neue gen müssen, weil ihnen das die Maschi-
staatliche Infrastrukturen, denn das Digitale Eine Schwäche der digitalen Transforma- nen immer häufiger abnehmen, rücken –
hat bereits neue menschliche Grundbedürf- tion der Industrie liegt darin, dass sie sich neben Kenntnissen zur Beherrschung und
nisse geschaffen: Internetzugang, soziale noch fast ausschließlich mit der Digitali- Gestaltung der digitalen Technologien –
Vernetzung, Zugang zu Wissen und Infor- sierung der Produktion befasst. Die wei- Kreativität und umfassende menschliche
mationen, und das alles weltweit. Das tere Automatisierung, das Maschinenler- Fähigkeiten ins Zentrum. Die KI nimmt uns
würde die heutigen Internetgiganten ent- nen von Maschinen und Robotern, der das nicht ab. Schon das Wort künstliche
weder aus einem Gebiet nach dem ande- Einsatz von künstlicher Intelligenz und Big Intelligenz übrigens sollte mit großer Vor-
ren vertreiben, oder sie müssten sich ein Data Analytics zur weiteren Optimierung sicht gebraucht werden. Mit menschlicher
Geschäftsmodell einfallen lassen, das zu der Fertigung und des Anlagenbetriebs – Intelligenz hat sie nur so viel zu tun, als
der neuen Gesellschaft passt und den Men- das ist aber nur eine Seite der Medaille. sie von Menschen entwickelt wird. Dem
schen dient, nicht ausschließlich ihrem Pro- Die andere sind die Produkte und vor Menschen mit seinen Gefühlen und seiner
fitstreben. Positive Beispiele gibt es bereits, allem die Dienste, die über vernetzte Pro- Empathie, mit seiner Kreativität und sei-
und es werden mehr. Barcelona etwa baut dukte künftig angeboten werden können. nem künstlerischen Gestaltungsdrang,
sich ein kommunales Netz, das die Daten Diese Seite der industriellen Digitalisie- und vor allem mit seinem Bedürfnis nach
aller Einwohner umfasst und zugleich ga- rung kommt momentan noch viel zu kurz. gemeinsamen Projekten, frei gestaltet
rantiert, dass diese Daten geschützt sind Das liegt daran, dass sie ein Abschiedneh- von freien Individuen, wird keine Ma-
und den Bürgern gehören, nicht der Stadt men von den gewohnten Produkten und schine je auch nur nahekommen. Hier ver-
und keinem Konzern. nebenan.de ist ein so- zugehörigen Geschäftsmodellen bedeu- läuft die Grenze zwischen Mensch und
ziales Netzwerk, das vor drei Jahren in Ber- tet. Dieser Abschied ist aber unausweich- Maschine. Wir sollten sie kennen und zu
lin gegründet wurde. Es ist das Gegenstück lich. Besser ist es, wenn die Industrie ihn schützen verstehen. ■
zu Facebook, hat allein in Deutschland be- selbst und aktiv in Angriff nimmt, als
reits mehr als eine Million Nutzer und über durch irgendwelche neuen Player dazu
6.000 Nachbarschaften. Hier dient die Ver- gezwungen zu werden. Wobei sich auch www.ulrichsendler.de
IT&Production 2/2019
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Orientierung und Entscheidungssicherheit bei der Digitalisierung in der Produktion
Auf Basis von Manufacturing Execution Systemen (MES) lassen sich die Abläufe in der Produktion digitali-
sieren und damit die Transparenz, Reaktionsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit erheblich steigern. Die Voraus-
setzung dafür ist der optimale funktionale und organisatorische Einsatz des Systems im Unternehmen. Eine
Pre-Study bietet dem Management bereits im Vorfeld des MES-Projekts Orientierung, Entscheidungssicher-
heit und damit auch Risikominimierung.
Die Einführung eines Manufacturing Execution Systems Analyse des Status-Quo
(MES) in die betrieblichen Abläufe ist ein weitreichender • Aufnahme der relevanten Prozesse und IT-Systeme
Schritt. Es geht nicht nur um den Einstieg in die Digitalisierung, • Aktuelle Kennzahlen und Regelkreise
sondern insbesondere darum, einen Nutzen für das Unter - • Industrie 4.0 Readiness (Lean Production & IT)
nehmen, die Mitarbeiter, die Kunden und die Geschäftspartner MES-Einsatzszenarien
zu schaffen. Je besser dieser Nutzen bereits im Vorfeld • Ermittlung von MES-Einsatzszenarien auf
der MES-Einführung erkannt wird, desto höher werden die dem Weg zur Smart Factory
Akzeptanz für das System sowie der sich daraus ergebende Bewertung von Aufwand, Nutzen und Risiko
Return on Investment (ROI) sein. • Priorisierung der Handlungsfelder
• Optional monetäre Bewertung der Potenziale
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häufig der erste Schritt vor der Lastenhefterstellung, Ausschrei- • Ergebnisse und Handlungsempfehlungen
bung, Pflichtenhefterstellung (Blueprint) und Einführung (Pilot- • Abstimmung einer unternehmensspezifischen
bereich/Rollout). Idealerweise startet eine solche Analyse Roadmap zur MES-Einführung
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Management auf einen Wissensstand bzgl. Industrie 4.0 und Vereinbaren Sie einen unverbindlichen
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IT&Production 2/2019
INDUSTRIE 4.0 | KOMMUNIKATIONSPLATTFORM
Team-Kommunikation per App
Mitarbeiter verbinden
Bild: Beekeeper AG
Aus dem privaten Alltag sind Tools wie WhatsApp kaum noch wegzudenken. Firmenintern
ist die Kommunikation über solche Dienste allein schon aus Datenschutzgründen kritisch.
Die App Beekeeper kann Abhilfe schaffen: Sie bietet Unternehmen eine Kommunikations-
plattform, mit der sich alle Mitarbeiter datenschutzkonform verbinden können.
ie Holcim (Schweiz) AG und 1.500 Mitarbeiter verbinden wendergruppen in eine Online-Community
D Holcim S.p.A. (Italien) – Tochter-
gesellschaften der weltweit tä-
tigen Unternehmensgruppe Lafarge Hol-
Die Unternehmen, die als eine Markenre-
gion geführt werden, benötigten ein Tool
war ebenfalls Teil der Anforderungen. Die
Wahl fiel auf die Team-Telekommunikati-
ons-App Beekeeper. Auf der Kommunika-
cim – bieten Baustoffe und Lösungen zur Teamkommunikation für den operati- tionsplattform für Unternehmen laufen
für die Bauindustrie. Zu ihrem Produkt- ven Einsatz in ihren Produktionsstätten. Es operative Systeme und Kommunikations-
portfolio gehören Zement, Zuschlag- galt, rund 1.500 Angestellte zu verbinden. kanäle zusammen. Die Kommunikation
stoffe und Transportbeton für ein breites Die Werker in der Produktion sollten kann über das Smartphone, die Web-Ver-
Anwendungsspektrum, darunter Infra- ebenso verbunden werden wie Mitarbeiter sion oder Digital Signage-Bildschirme er-
struktur-, Gewerbe- und Wohnungsbau- an entfernten Standorten. Außerdem soll- folgen. Durch das Integrieren von beste-
projekte. Die Produkte kommen zum Teil ten Unternehmensinformationen schnell henden Systemen, wie dem ERP-System,
in sehr anspruchsvollen Umgebungen an die jeweiligen Teams übertragen wer- kann die Plattform zum zentralen Kommu-
zum Einsatz – vom Unterwasserbau, den. Ein weiteres Kriterium bei der System- nikations- und Kollaborationshub des Un-
Hochhäusern, Niedrigenergiehäusern bis auswahl war der Wunsch, einen multifunk- ternehmens ausgebaut werden. Gemein-
hin zu komplexen geologischen Bedin- tionalen und möglichst sicheren digitalen sam mit den Werksleitern hat die Ge-
gungen wie Tunneln. Holcim Schweiz Raum für die Werksmitarbeiter in unter- schäftsleitung eine Matrix erstellt, die mo-
und die Holcim Italien werden als eine schiedlichen Sprachen zu schaffen. Die Zu- natlich aktualisiert wird und die Mitarbeiter
Marktregion geführt. sammenführung von lokalen Holcim-An- in Bezug auf Sprache, Hierarchieebene in
IT&Production 2/2019
KOMMUNIKATIONSPLATTFORM | INDUSTRIE 4.0
Bild: Holcim AG Wartungsinformationen
Werksleiter und Mitarbeiter tauschen
sich über die App zudem über Aktualisie-
rungen der Gerätewartung aus, wie Neu-
anschaffungen oder Verbesserungen der
bestehenden Bauinfrastruktur. Da Holcim
mit unterschiedlichen Designbüros und
anderen Unternehmen der Baubranche
zusammenarbeitet, bildet Beekeeper eine
Plattform, um über Termine der Partner
zu informieren, bei denen deren Neuhei-
Die Holcim-Unternehmensgruppe produziert vor allem ten vorgestellt werden.
Baustoffe und ganze Lösungen an die Bauindustrie.
Informationen über
neue Projekte
der Organisation und Zugehörigkeit zu Ge- Intranet eingeführt
schäftseinheit und Werk gruppiert. Die Auch werden neue Partnerschaften und
Kommunikationskampagnen sind entspre- Vor kurzem hat Holcim sein neues Firmen- Bauverträge über die App geteilt. In den
chend angepasst, und der Fertigungsbe- Intranet ‘Connect’ eingeführt und den neuen Kommunikations-Streams beschreiben die
trieb nutzt einen offiziellen News-Stream, digitalen Hub über Beekeeper angekündigt. Mitarbeiter den Umfang, die Region und
um Informationen an die Mitarbeiter zu Dabei zeigen beispielsweise Screenshots, den Projektbereich für die relevanten
verteilen. Über direkte Chat-Nachrichten wo Kalender, E-Mail-Postfächer und mitar- Teams. So kündigte die Firma beispielsweise
sollen Mitarbeiter motiviert und einbezo- beiterbezogene Materialien zu finden sind. Fortschritte beim Ausbau eines Steinbruchs
gen werden. In einigen der Werke wurden Das Kommunikations-Tool bietet darüber hi- in ihrem Schweizer Kieswerk in Kehrsiten
Onboarding-Sitzungen für die Einführung naus einen zentralen Ort für die gemein- (Oberzingel) an. Die Mitarbeiter wurden
von Beekeeper durchgeführt. Dort jene Be- same Nutzung von Ressourcen. mittels Bildmaterial und schriftlichen Up-
triebsleiter dabei zu haben, die häufig Bee- dates auf dem Laufenden gehalten.
keeper nutzen und das neue Kommunika- Sicherheitsanweisungen
tionstool unterstützen, war im Projekt ent- für die Mitarbeiter Digital Workspace
scheidend, um das Rollout auch auf Werks-
ebene zum Erfolg zu verhelfen. Das Unternehmen nutzt Beekeeper zudem, Mit der Einführung der Anwendung gelang
um Sicherheitshinweise an seine Mitarbei- es der Unternehmensgruppe, einen um-
Übersetzungsfunkton integriert ter weiterzugeben. In regelmäßigen Ab- spannenden Kommunikationraum zu etab-
ständen finden beispielsweise Workshops lieren, der die Mitarbeiter über Hierarchie-
Da in der Belegschaft viele unterschiedliche statt, in denen Strategien entwickelt wer- ebenen und Sprachen hinweg zusammenb-
Sprachen gesprochen werden, hat sich die den, um Gefahren und Risiken für die Mit- ringt, informiert und einbezieht. ■
direkte Übersetzungsfunktion des Tools als arbeiter zu minimieren. Zentrale Thesen aus
ein wichtiger Mechanismus erwiesen, um diesen Sitzungen werden in die Kommuni-
die unternehmensweite Kommunikation zu kations-Streams von Beekeeper hochgela- Der Autor Dr. Cristian Grossmann ist Gründer und
vereinfachen. Durch einen Klick wird der zu den. Werksleiter können die App nutzen, CEO der Beekeeper AG.
übersetzende Text in der Standardsprache um mit ihren Mitarbeitern in Kontakt zu
des jeweiligen Telefons angezeigt. treten und Fragen zu beantworten. www.beekeeper.de
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INDUSTRIE 4.0 | ARBEITSSICHERHEIT
Konformitätsbeurteilung modularer Anlagen
Ist sie sicher oder nicht?
Bild: SmartFactoryKL / A. Sell
Zukünftige Fabriken könnten aus modularen, sich stetig wandelnden Maschinenver-
bünden bestehen. Die Sicherheit dieser Anlagen stets aufs Neue zu beurteilen, dürfte
eine ganz neue Herausforderung werden. Ein neues Konzept ebnet den Weg zu einer
automatischen Konformitätsbewertung modularer Anlagen mit der Bewertung der
Maschinensicherheit. Aktuell arbeitet TÜV Süd mit Unternehmen aus Industrie und
Forschung an Vorschlägen für diese Standardisierung.
oderne Anlagen werden immer beherrschen. Die Gründe dafür können duktionsanlage kann neue Abhängigkei-
M komplexer. Trotzdem müssen sie
flexibel und vor allem wirt-
schaftlich produzieren, wobei die Maschi-
vielfältig sein: Hohe Verfügbarkeit, flexi-
ble Adaption neuer Technologien und
individuelle Massenfertigung sind häu-
ten an Schnittstellen (mechanisch, elek-
trisch, informationstechnisch) erzeugen.
Das bedeutet, dass eine erneute sicher-
nensicherheit oberste Priorität hat. Um diese fige Herausforderungen. Durch die Mo- heitstechnische Betrachtung notwendig
Anforderungen zu erfüllen, arbeitet TÜV Süd dularisierung und Flexibilisierung von wird. Diese Neubewertungen stehen
in der Technologie-Initiative SmartFactoryKL Produktionsanlagen kann die Komplexi- dem Flexibilitätsziel jedoch entgegen
mit. Ziel der Mitarbeit an der Demonstrati- tät der Gesamtanlage gekapselt und da- und könnten einen Flaschenhals bil-
ons- und Forschungsplattform ist es, ein durch beherrschbar gemacht werden. den. Um bereits heute die Modularität
Konzept zur automatisierten Zertifizierung Gleichzeitig steigt jedoch der Aufwand, einer Anlage, beispielsweise für Serien-
modularer Anlagen zu erstellen. um den Sicherheitsanforderungen ge- maschinen, zu ermöglichen, werden alle
recht zu werden, die in der europäi- möglichen Varianten und Konfiguratio-
Komplexität nimmt zu schen Maschinenrichtline (2006/42/EG nen betrachtet, bewertet und validiert.
bzw. 9. ProdSV) definiert sind. Die Ver- Dieses Vorgehen ist für modulare Indus-
Die Komplexität von Anlagen ist für in- änderung der Konfiguration einer aus trie 4.0-Anlagen aber nur bedingt ziel-
dustrielle Anwender oft kaum noch zu einzelnen Modulen bestehenden Pro- führend. Durch die sich ständig ändern-
IT&Production 2/2019
ARBEITSSICHERHEIT
den Technologien und die Forderung nach lassen sich automatisch aus den Profilen der
Losgröße 1 kann vorab nicht abgeschätzt Module ableiten, erstellen, speichern und ar-
werden, welche Anlagenkonfigurationen in chivieren. Erfüllt der Maschinenverbund alle
der Zukunft benötigt werden. Anforderungen an die Maschinensicherheit,
wird die Konformitätserklärung erzeugt. Zu-
In fünf Phasen strukturiert sätzlich werden Schlüssel generiert, die die
IDs aller Safety-Aktoren, Sensoren und der
Risikobeurteilungen müssen heute, trotz Soft- Sicherheitssteuerung, die Typologie sowie
ware-Unterstützung, letztendlich manuell er- den erreichten Performance Level enthalten.
stellt werden. Betreiber könnten daher von Nach der Übertragung an die zuständige Si-
einer automatisierten Bewertung erheblich cherheitssteuerung prüft diese, ob die Keys
profitieren, denn sie sparen Zeit und Kosten. richtig und die angeschlossenen Komponen-
Das neue Konzept der SmartFactoryKL-Initia- ten erreichbar sind und generiert ihrerseits
tive umfasst dabei fünf Phasen. einen vergleichbaren Schlüssel, ergänzt um
die Paketlaufzeiten. Dieser wiederum wird
Discovery-Phase: In der Discovery-Phase wird zurück an den Server übertragen und dort
zum neuen Maschinenmodul eine Datenverbin- geprüft und abgespeichert. Hat der Maschi-
dung aufgebaut, das Modul identifiziert sowie nenverbund die Phasen eins bis vier erfolg-
dessen Eigenschaften an den Server übertra- reich absolviert, erfolgt die Freigabe durch
gen. Die Eigenschaften sind in der Verwaltungs- den Server bzw. Cloudservice.
schale abgelegt und dienen als Grundlage für
die weitere Konformitätsprüfung. Hürden überwinden
Die anschließende Validierungsphase be-
steht aus zwei Schritten. Zunächst wird er- Für eine erfolgreiche Umsetzung gilt es
mittelt, welche Maschine an welcher ande- noch eine Reihe von Punkten zu klären, z.B.
ren angedockt ist, um die Anforderungen an einheitliche Sicherheitsprofile. Auch die
die Schnittstellen der einzelnen Module be- sichere Kommunikation zwischen Cloud und
werten zu können. Das Risikopotenzial und Maschine stellt hohe Ansprüche an den
die sich daraus ergebenden Anforderungen Zertifizierungsprozess. Um eine automati-
an die Sicherheitsfunktion (Performance sche Konformitätsbewertung realisieren zu
Level) unterscheiden sich je nach Modul, Ar- können, müssen außerdem verschiedene
beitsprozess und Material. Im zweiten Voraussetzungen erfüllt sein. Dazu zählen
Schritt wird die Konfiguration anhand von CE-konforme eigensichere Maschinenmo-
Profilen validiert. Diese Profile, die Teilmo- dule inklusive ‘Basis’-Risikobeurteilung. Au-
delle der Verwaltungsschale sind, beinhal- ßerdem muss für jedes einzelne Maschinen-
ten die sicherheitsrelevanten Informationen modul eine vollständige digitale Schnittstel-
der Module und sind für die weitere Bewer- lenbeschreibung vorliegen. Weitere Kriterien
tung von elementarer Bedeutung. für die herstellerübergreifende Verkettung
In der dritten Phase, dem Plausibilitäts- verschiedenster Module sind Interoperabili-
Check, werden die Kommunikationsparame- tät mit einer serviceorientierten, plattform-
ter zur sicheren zyklischen Kommunikation unabhängigen Kommunikation (z.B. OPC UA) –
aus der Verwaltungsschale ausgelesen und sowohl untereinander als auch mit den zen-
eine Plausibilitätsprüfung vorgenommen. Das tralen Fertigungsservern. ■
soll gewährleisten, dass alle Sicherheitsfunk-
tionen die vorgegebenen Reaktionszeiten
erfüllen. Parallel zum Plausibilitäts-Check er-
folgt die digitale Konformitätsbewertung.
Die dafür erforderlichen Maschineninforma- Die Autoren: Werner Varro ist Teamleiter Smart
tionen (u.a. Maschinen-ID und Konfiguration, Automation bei TÜV Süd Product Service, Michael
Safety-Eigenschaften sowie geplanter Ar- Pfeifer ist Geschäftsfeld-Admin Maschinensicherheit
beitsprozess) werden in Form von Profilen bei TÜV Süd Industrie Service.
an einen Cloudservice oder an einen Server
am Standort übermittelt. Die erforderlichen
Performance Level ergeben sich aus den An-
forderungen durch die Verkettung der Mo-
dule. Die Risikobeurteilung und weitere Un-
terlagen, die die Maschinenrichtlinie fordert, www.tuev-sued.de
INDUSTRIE 4.0 | HAFTUNGSREGELUNGEN
Vernetzte Maschinen und das Recht
Eine Frage der Haftung
Bild: ©Vege / Fotolia.com
Die Digitalisierung verspricht neue Anwendungen, Geschäfts modelle und Märkte.
Doch die zunehmende Vernetzung birgt auch unterschiedliche Risiken. Beispielsweise
stellt sich die Frage der Haftung, wenn bei vernetzten Maschinen etwas schiefläuft.
er haftet für vernetzte Maschi- tungsschnittstellen mit tauglichen Pass- US-Herstellern häufig Auflagen, die die
W nen? Eine naheliegende Ant-
wort ist zunächst der Herstel-
ler einer Komponente. Aber: Ein Hersteller
wörtern abzusichern – die teils heute noch
anzutreffende Kombination aus dem Zu-
gangsnamen ‘admin’ und dem Passwort
Verwendung eines Produkts – wie bei-
spielsweise Software – in Umgebungen
wie Krankenhäusern oder militärischen
muss mit seinem Produkt nicht unter allen ‘0000’ entspricht dabei nicht dem Stand Einrichtungen verbieten oder einschrän-
Umständen die maximale Sicherheit bieten. der Technik. Gerade im Zusammenspiel ken. Besondere Vorsicht ist geboten,
Maßgeblich ist zuallererst die für den Her- zwischen vernetzten Geräten potenzieren wenn personenbezogene Daten betrof-
steller erkennbare Verwendung des Pro- sich IT-Sicherheitsrisiken. Eine sorgfältige fen sind. Ein solch datenschutzrechtlicher
dukts. Die nach dem Stand von Wissen- Abschottung der Komponenten und prä- Personenbezug kann sehr schnell vorlie-
schaft und Technik vorhersehbaren Einfalls- zise Schnittstellendefinition, und die Ver- gen: Schon wenn nur mittelbar ein
tore müssen abgesichert sein. Je größer die wendung sicherer Kommunikationsproto- Datum auf einen Menschen bezogen
drohende Gefahr, desto bessere Schutz- kolle ist unabdingbar. werden kann, gilt der gesamte Datensatz
maßnahmen muss ein Hersteller einbauen. als personenbezogen. So können bei-
Dabei ist auch ein vorhersehbarer Fehlge- Keine absolute Sicherheit spielsweise rein technische Protokollda-
brauch zu berücksichtigen, das heißt das ten zum personenbezogenen Datum er-
Gerät muss auch gegen naheliegende Be- Jeder Hersteller kann Anweisungen zur wachsen, wenn man beispielsweise an-
dienfehler gesichert sein. Dies gilt jedenfalls Verwendung und zum Betrieb eines Pro- hand der Dienstpläne nachvollziehen
insoweit, wie Sach- oder Körperschäden dukts geben. Eine absolute IT-Sicherheit kann, wann ein bestimmter Mitarbeiter
drohen, beispielsweise durch einen außer ist dabei nicht erforderlich. Viele Herstel- die Maschine bedient hat. Greift der An-
Kontrolle geratenen Roboterarm, der Arbei- ler nutzen die Produktdokumentation, wendungsbereich des Datenschutz-
ter verletzen könnte. Hersteller müssen ihre um besonders riskante Anwendungssze- rechts, gelten vielfältige Einschränkun-
Anlagen auch hinreichend gegen Hacking- narien durch Warnhinweise und Aus- gen. Beispielsweise dürfen dann Service-
Angriffe absichern, wenn sie via Internet er- schluss von Dienstleistungen auszu- mitarbeiter des Herstellers nicht ohne
reichbar sind: Dazu gehört es auch, War- schließen. So gibt es beispielsweise bei weiteres per Fernzugriff auf das Gerät
IT&Production 2/2019HAFTUNGSREGELUNGEN | INDUSTRIE 4.0
zugreifen – in diesem Fall muss regelmä- szenarien die notwendige Sicherheit bie- Betreiber Sicherheitslücken erkennt,
ßig eine sogenannte Auftragsverarbei- ten, sollte sich einen höheren Standard muss er unverzüglich tätig werden und
tungsvereinbarung abgeschlossen wer- vertraglich festschreiben lassen. Denn diese, beispielsweise durch das Aufspie-
den. Bei der Auswahl des Dienstleisters wenn vertraglich vereinbarte Maßstäbe len von Patches, schließen.
hat zudem der Betriebsrat ein Wörtchen verfehlt werden, muss der Lieferant
mitzureden, denn Geräte, die dazu dafür auch geradestehen. Dabei ist es IT-Sicherheit nicht abwälzen
zweckentfremdet werden können, Leis- wichtig, neben einer tauglichen Haf-
tung oder Verhalten von Mitarbeitern tungsklausel, die auch mittelbare Schä- Die Unternehmensleitung muss dafür
auszuwerten, unterliegen der betriebli- den in angemessener Höhe einschließt, Sorge tragen, dass IT-Sicherheitsrisiken
chen Mitbestimmung. auf eine auskömmliche Verjährungsrege- vermieden werden, denn sie haftet
lung zu achten, denn gerade bei langle- dafür. Anweisungen und Maßnahmen für
Nicht zwingend Schadenersatz bigen Maschinen kann es sonst zu der Si- die Sicherstellung der IT-Sicherheit soll-
tuation kommen, dass etwaige Gewähr- ten ordnungsgemäß dokumentiert sein.
Ein Produktfehler führt nicht zwingend leistungsrechte bereits abgelaufen sind. Anhaltspunkte dafür ergeben sich aus In-
zu Schadenersatz. Nur wenn die Ma- Abseits solcher Einschränkungen haften dustrienormen (z.B. IEC62443) oder dem
schine nicht die Sicherheit bietet, die ein Hersteller oder Lieferant jedenfalls dann, vom Bundesamt für Sicherheit in der In-
Kunde berechtigterweise erwarten kann, wenn sie den Kunden bewusst über die formationstechnik (BSI) herausgegebe-
haftet der Hersteller. Dass vielleicht noch fehlende Sicherheit ihrer Produkte täu- nen IT-Grundschutzkatalog. ■
höhere Sicherheitsstandards möglich ge- schen oder nicht aufklären – in Einzelfäl-
wesen wären, oder andere Produkte am len sogar mit Geld- und Haftstrafen.
Markt einen besseren Standard bieten, Doch auch der Betreiber einer Anlage Der Autor Jens Nebel
ist für sich kein ausreichender Grund, ein muss seiner Verantwortung gerecht wer- ist Fachanwalt für IT-Recht
Produkt als gefährlich anzusehen. Wer den: Er muss zunächst selbst seinen Be- bei der Essener Kanzlei Kümmerlein.
bestimmte Erwartungen an die IT-Sicher- darf ermitteln und definieren. Zudem
heit hat oder sich nicht sicher ist, ob die sollte er den Lieferanten über die Ver-
Produkte in den beabsichtigten Einsatz- wendungszwecke informieren. Wenn der www.kuemmerlein.de
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IT&Production 2/2019INDUSTRIE 4.0 | INTERNET OF THINGS
Edge Computing, Apps
Bild: © Zivica Kerkez/Shutterstock.com
und Selbstbestimmung
Mit dem Leitspruch ‘Vom Sensor in die Cloud’ wird um das Thema Internet of Things
geworben. Viele verfügbare IoT-Lösungen bringen erhobene Daten zwar in die Cloud,
lassen genau dort die Anwender jedoch mit ihren Daten allein. IoT beginnt zwar beim
Sensor, es hört aber nicht in der Cloud, sondern erst beim Menschen auf. Erst mit sei-
nem Wirken wird aus der Datenerfassung eine echte IoT-Lösung. Dieses Praxisbeispiel
zeigt die Rolle von Industrie-Apps in einem flexiblen IoT-System, bei der die Anwen-
der stets die Hoheit über ihre Daten behalten.
ür die Installation und Inbetrieb- von außerhalb aus. Der Zugriff über VPN wurde als Antwort auf diese Herausfor-
F nahme einer mobilen Alarmie-
rungslösung in einer chemisch-
technischen Anlage bestehen besondere
steht jedoch nicht allen Technikern zur
Verfügung und falls doch, ist der Verbin-
dungsaufbau im Smartphone oft um-
derung eine Alarmierungslösung auf
Basis eines Internet of Things erarbeitet.
In Kombination mit Industrie-Apps
Anforderungen. Wartungstechnikern ständlich. Deshalb versuchen noch immer konnte die Reaktionszeit auf Störungs-
müssen auch in Bereitschaft Störmeldun- Wartungstechniker, nachdem eine Stör- meldungen sowie die benötigte Zeit zur
gen zur Verfügung stehen, um Störun- meldung per SMS empfangen wurde, die Beseitigung der Störung deutlich redu-
gen schnellstmöglich zu beseitigen. Al- zur Entscheidungsfindung notwendigen ziert werden, da Wartungstechnikern alle
lerdings schließen Vorschriften zur Informationen telefonisch einzuholen. relevanten Informationen jederzeit zur
Daten- und Prozesssicherheit den Zugriff Das ist weder digital noch im Sinn einer Verfügung standen — ohne dass die IT
auf Dienste des Unternehmensnetzwerks Industrie 4.0. Im Rahmen einer Studie dabei Bauchschmerzen bekam.
IT&Production 12/2018INTERNET OF THINGS | INDUSTRIE 4.0
Alarme per IoT an die relevante Stelle in der dazugehö- den, welche Daten auf welchem Knoten
rigen App geleitet. So kann umgehend verarbeitet, vorgehalten und bereitge-
Zum Einsatz kam der Alarmhub von Elco. reagiert werden, ohne noch lange nach stellt werden. Durch diese Architektur ist
Diese Automatisierungslösung vereint die der Quelle der Nachricht zu suchen. Eine das Produkt in der Lage, sich auf die Ge-
Konzepte des Internet of Things mit Alarmmeldung wird nun also über Push- gebenheiten vor Ort anzupassen. Eine
denen der klassischen Prozessüberwa- Dienste an ein Smartdevice ausgeliefert. letzte Baustelle: die Push-Netzwerke wer-
chung und -steuerung. Ein sogenannter Dabei werden keine Alarmdaten und den durch Apple und Google betrieben.
Edge Controller, hier in Form einer lokalen
Serverkomponente in der Produktion des Der Aufbau des Alarmhubs ermöglicht es, dass sich die
Kunden vor Ort, realisiert die Prozessüber- technische Lösung an die Gegebenheiten vor Ort anpasst.
wachung und generiert im Falle einer
Funktionsstörung oder Grenzwertüber-
oder -unterschreitung einen entsprechen-
den Alarm. Mittels Sofortnachricht wer-
den verantwortliche Mitarbeiter auf
ihrem Smartphone benachrichtigt. Die
Mitarbeiter innerhalb des Produktions-
netzwerks können nun weitere Informa-
Bild: Elco Industrie Automation GmbH
tionen zur Störung über WLAN aus dem
Edge Controller herausziehen. Nur darin
sind die Daten im vollen Umfang gespei-
chert. Für die Mitarbeiter außerhalb des
Produktionsnetzwerks wurde ein Cloud-
Zugangspunkt geschaffen. Dieser ermög-
licht den Zugriff auf Informationen, die
im Vorfeld als notwendig aber nicht kri- damit potenziell sensible Prozessinforma- Auch wenn nur Nummern und Datensalat
tisch eingestuft wurden. Der Edge Con- tionen über externe Netzwerke übertra- über diese Dienste übertragen werden
troller versorgt den Cloud-Zugangspunkt gen. Über die Push-Netzwerke werden und die Verbindungen verschlüsselt sind,
mit Daten. Durch ihren mehrstufigen Auf- nur nichtssagende Nummern übermittelt. was immerhin schon deutlich sicherer ist
bau mit Edge Controller und Cloud-Zu- Die Zuordnung zu einem bestimmten als die gute alte SMS, ist es vielen Betrei-
gangspunkt konnte die Alarmierungsan- Alarm erfolgt erst in der Industrie-App, bern nicht einerlei. Deshalb haben Ent-
wendung Mitarbeiter unabhängig von dort sind alle Namen, Bezeichner, Be- wickler einen Push-Dienst erstellt, der als
ihrem Aufenthaltsort mit Informationen schreibungen und auch Übersetzungen selbst-gehostete Variante im eigenen
zur Störung versorgen, ohne dabei die Si- für die Mehrsprachigkeit in den sicheren Netzwerk installiert werden kann.
cherheit zu vernachlässigen. Bereichen des Smartphones hinterlegt.
Impulsgeber Mensch
Daten zum Menschen bringen Selbst bestimmen
Bei der Ausarbeitung der Alarmierungs-
Apps für Geräte wie Smartphones und Unter Sicherheitsaspekten ist Datenarmut lösung gingen die Entwickler in kleinen
Tablets spielen eine bedeutende Rolle für die Devise. Aber es wird gerade in sol- Schritten vor und bezogen die War-
IoT-Umgebungen, weil sie Daten ortsun- chen Anwendungsfällen, bei denen ein tungstechniker schon früh mit ein. Es
abhängig zum Menschen bringen. Apps ortsunabhängiger Zugriff auf Informatio- wurde geklärt, welche Informationen für
formen Mehrwerte aus den in der Cloud, nen gewünscht ist, nicht klappen, den Zu- die Entscheidungsfindung notwendig
Edge oder anderswo gespeicherten griff auf Daten komplett einzuschränken. sind, um die Datenmenge zu reduzieren,
Daten, indem sie diese aufbereiten, z.B. in Die dahinter verborgenen Bedenken soll- die über den Cloud-Zugangspunkt be-
Form von Sofortnachrichten im Fehlerfall. ten allerdings ernst genommen werden. reitgestellt wird. Insgesamt zeigte die
Hierfür kommt eine Besonderheit der Deshalb ist von vornherein eine genaue Studie, dass bei der Entwicklung einer
mobilen Betriebssysteme zum Einsatz: Analyse der Anwendungsszenarien, der IoT-Applikation vom Entwurf über die
die Push-Dienste. Ein Push-Dienst ermög- dafür benötigten Daten sowie Untersu- Realisierung bis hin zum Betrieb erst der
licht es, Benachrichtigungen an eine App chungen zu möglichen Bedrohungspoten- Mensch die Impulse liefert, die eine Lö-
zu senden, auch wenn diese nicht geöff- zialen Pflicht. Daten werden zu Informa- sung erfolgreich machen. ■
net ist. Eine solche Push-Benachrichti- tionen verdichtet, bewertet und den Si-
gung oder Sofortnachricht wird als Sys- cherheitszonen zugewiesen. Erst jetzt Der Autor: Dr. Stefan Hennig ist
temnachricht verarbeitet und angezeigt; darf über technische Umsetzungen disku- Head of Business Unit Software/IoT bei
das Smartphone wird also in jedem Fall tiert werden. Durch die Möglichkeit der Elco Industrie Automation GmbH.
‘Alarm schlagen’. Berührt der Anwender Kaskadierung des Alarmhubs von der
die Sofortnachricht, dann wird er direkt Edge bis zur Cloud kann gesteuert wer- www.elco-automation.de
IT&Production 12/2018INDUSTRIE 4.0 | AUSREISSERERKENNUNG
Fehler mit Outlier Detection erkennen – oder verhindern
Data Science kommt
Ausreißern auf die Spur
Eine Bohrung wird fehlerhaft ausgeführt. Ein Bauteil wird falsch im Bauraum platziert.
Der Materialnachschub wird unterbrochen. All das sind typische Szenarien, die sich
negativ auf die Produktion auswirken und sie im schlimmsten Fall lahmlegen können.
Hilfe leistet die sogenannte Ausreißererkennung, englisch Outlier Detection, die
Fehler anhand von Maschinendaten erkennen und beheben kann. Oder noch besser:
Fehler schon im Voraus zu vermeiden.
ie Menge erfasste Maschinenda- tigt wird.“ Es gilt also, aus den unzähligen den Erwartungen entsprechen“, erläutert
D ten steigt rapide an. Warum es
überhaupt nach zu Fehlern in der
der Produktion kommt, schildert Dr.
Daten aussagekräftige Erkenntnisse zu
gewinnen und daraus Handlungsempfeh-
lungen abzuleiten. Genau das ist Aufga-
der Datenfachmann. „Im Falle von ein-
oder zweidimensionalen Datenmengen
ist der Mensch oft noch in der Lage, Aus-
David Breyel, Data Scientist bei Connyun: bengebiet der Data Science Experten bei reißer zu erkennen. Heutzutage aber lie-
„Das Sammeln von Daten allein bringt Connyun. Eine zentrale Rolle spielt dabei fern Maschinen große, hochdimensionale
keinen Mehrwert. Nur in wenigen Fällen die Ausreißererkennung oder Outlier De- Datensätze. Ohne Computerunterstüt-
liefert ein Messwert direkte Informatio- tection. „Als Ausreißer bezeichnet man zung geht da nichts.“ Wie aber funktio-
nen, zum Beispiel ob ein Ersatzteil benö- einfach gesagt Datenpunkte, die nicht niert die Outlier Detection?
IT&Production 12/2018AUSREISSERERKENNUNG | INDUSTRIE 4.0
Outlier Detection in der Praxis
Den Ablauf und praktischen Nutzen eines Ausreißererkennungsprojektes illustriert folgendes Beispiel. Eine Firma produziert
ein komplexes Produkt aus verschiedenen Teilzusammenbauten. Eine dieser Zusammenbauten besteht aus Bauteil A mit einer
Länge von 100mm und Bauteil B mit einer Länge von 150mm. Plötzlich tauchen in der Produktion Zusammenbauten mit deut-
lichen Längenabweichungen auf: Sie sind zu kurz. Wird die Ursache nicht entdeckt und behoben, drohen Engpässe in der Pro-
duktion. In einem solchen Fall könnten Data Scientists auf Ausreißersuche gehen. Die Datenanalyse beginnt beim Warenein-
gang und der manuellen Qualitätskontrolle: Hier vermessen die Mitarbeiter der Firma eine zufällige Auswahl der Teile per
Hand und tragen das Ergebnis in einer Excel-Tabelle ein. Ein Ausreißer fällt schnell ins Auge: Für das normalerweise 100mm
lange Einzelteil A tauchen an einigen Stellen Werte von 10 auf.
Klassifiziert als Fehler
Dieser Ausreißer wird jedoch schnell als Fehler klassifiziert: Ein Mitarbeiter hat die Länge statt in Millimetern in Zentimetern angegeben.
Die Daten werden korrigiert, bereinigt und erneut analysiert. Das Ergebnis: Bauteil A zeigt keine nennenswerten Abweichungen. Die Ab-
weichungen müssen also bei Bauteil B liegen. Und tatsächlich: Die Tabelle des Wareneingangs zeigt, dass der Zulieferer Einzelteile mit
einem Mittelwert von 150mm Länge und einer Standardabweichung von 1mm produziert. Doch einige der Teile wurden mit Werten rund
um 147,5mm gemessen. Ist dies ab einem bestimmten Zeitpunkt etwa jedes 50. Mal so geschehen? Dann könnte es sich um eine Anomalie
handeln – etwa weil der Zulieferer eine neue Maschine in Betrieb genommen hat, die noch nicht auf das korrekte Maß eingestellt ist.
Vor der Analyse Zufälle erkennen
Die Datenanalyse zeigt jedoch: Nur etwa jedes 200. Bauteil B hat dieses kleinere Abmaß – es handelt sich also um einen Zufall,
und das Problem liegt höchstwahrscheinlich nicht beim Zulieferer. Die Längenabweichung lässt sich nicht mit den Daten des
Wareneingangs erklären. Folglich muss er in der Produktion liegen. Das bestätigt die anschließende Datenanalyse. Sie zeigt
einen deutlichen Ausreißer, in diesem Falle eine Anomalie: Ein Großteil der fehlerhaften Zusammenbauten wurde in der glei-
Bild: Connyun GmbH
chen Schicht gefertigt. Es stellt sich heraus, dass die Mitarbeiter dieser Schicht versehentlich Prototypen von Bauteil B mit
der Eingangsware vermischt haben. Diese Prototypen sind kürzer als die Original-Bauteile. Die Firma unternimmt umgehend
Maßnahmen, um derartige Fehler in Zukunft zu vermeiden.
Ausreißer identifizieren rekt aufgenommene Messungen, die zu- die jeweilige Anomalie abgestimmt, werden
nächst außergewöhnlich erscheinen, aber weitere Operationen auf den Daten durch-
VIele Verfahren – wie One-Class Support mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auf- geführt, um diese Fälle zukünftig automa-
Vector Machines oder Nearest Neighbor treten können und daher unbedenklich tisch zu erkennen und zu vermeiden. Auf
Distance – orientieren sich am menschlichen sind. Anomalien sind Datenpunkte, die den Ausreißern aufbauend erstellen die
Denken. Breyel erklärt: „Miss die Abstände durch bisher nicht betrachtete Effekte auf- Data Scientists zudem Handlungsempfeh-
von den Datenpunkten zueinander und mar- treten und damit einer anderen statisti- lungen, die den Betreibern der untersuch-
kiere diejenigen, die weit entfernt von allen schen Verteilung unterliegen. ten Anlagen Vorteile verschaffen sollen.
anderen sind.“ Sind die Abstände zwischen Dass kann der Versand einer Nachricht an
Datenpunkten nicht sinnvoll messbar, grei- Ausreißer nutzen den Maschinenführer oder Instandhalter
fen der Data Scientist und seine Kollegen sein, der die Prüfung eines Werkstücks auf
auf Verfahren zurück, die nicht abstandsba- Wird ein Ausreißer als Fehler oder Zufall Fehler oder den Tausch eines Teils anstößt.
siert sind, wie die Isolation Forests. „In der identifiziert, wird dies zur Datenbereinigung
Regel wenden wir verschiedene Methoden genutzt. Der Effekt: Die weitere Datenana- Mehrwerte sind möglich
auf einen Datensatz an und verwenden die lyse wird nicht ungewollt beeinflusst oder
erfolgreichste dann weiter, denn kein Da- verfälscht. Wurden erste Ergebnisse erzeugt Zusammenfassend lässt sich sagen, dass
tensatz gleicht dem anderen und oft verur- oder kommen neue Daten zum Projekt die Outlier Detection nicht nur notwendi-
sachen schon die kleinsten Details deutliche hinzu, sollte die Outlier Detection erneut ges Übel zum Bereinigen der Daten, son-
Unterschiede,“ sagt Breyel. durchgeführt und der Datensatz dement- dern elementarer Bestandteil der Daten-
sprechend aktualisiert werden. „Handelt es analyse und damit eine Voraussetzung für
Ausreißer klassifizieren sich um eine Anomalie, so ist der Ausreißer maschinelles Lernen ist. Aber auch ohne
von größerem Interesse als die bereinigten einen Algorithmus dahinter, kann sie den
Sind die Ausreißer identifiziert, werden sie Daten selbst“, betont David Breyel. „Durch Blick auf Mehrwerte lenken. ■
klassifiziert. „Dabei unterscheiden wir zwi- Anomalien identifizieren wir beispielsweise
schen Fehler, Zufall und Anomalie“, erläu- fehlerhafte Werkstücke ohne erneute Be- Der Autor Dr. David Breyel
tert David Breyel. Fehler entstehen z.B. gutachtung. Oder wir entdecken Effekte, ist Data Scientist bei der connyun GmbH.
durch defektes Messequipment oder durch die durch das Umrüsten einer Maschine auf
Tippfehler bei der Eingabe. Zufälle sind kor- eine andere Variante entstehen.“ Genau auf www.connyun.com
IT&Production 12/2018INDUSTRIE 4.0 | TEXT-MINING
Fachliteratur per Algorithmus auswerten
Wissensaufbau mit
Text-Mining
Viele produzierende Unternehmen investieren längst in Fertigungstechnik, die sich der Vi-
sion von cyber-physischen Systemen nähert. Doch das gibt es noch lange nicht von der
Stange, sondern muss zum Teil auf Basis aktueller Forschungen adaptiert werden. Diese
zeitaufwendige Arbeit wiederum können Text-Mining-Analysen unterstützen. Der Analy-
tics-Spezialist Mayato hat sich mit solchen Modellen kürzlich einen Überblick zum Thema
‘Sensordatenanwendungen in der industriellen Fertigung’ verschafft – und gibt Einblicke,
wie sich Literaturreviews so deutlich beschleunigen lassen.
nstrukturierte Daten aus natürlichsprachlichen Texten
U machen einen erheblichen Teil der in Unternehmen ge-
speicherten Informationen aus. Intern archiviert werden
beispielsweise Korrespondenzen, Verträge, Berichte oder Stu-
Bild: Mayato GmbH
dien mit Geschäftsrelevanz. Darüber hinaus sind unzählige Web-
seiten und Services extern über das Internet abrufbar, welche
wertvolle branchenrelevante Informationen in Nachrichten, Pro-
duktreviews oder Pressemitteilungen enthalten können. Für die
Abb. 1: Aufbau des Analysemodells für die automatisierte Literatursynthese
Analyse unstrukturierter Texte mit dem Ziel, Wissen effizient
und effektiv aus einem vorliegenden Korpus abzuleiten, bietet
Text Mining einige etablierte Methoden an. Mit statistischen nen auch Phrasen aus mehreren Wörtern mit Hilfe künstlicher In-
Verfahren oder künstlicher Intelligenz wird den Texten dabei telligenz automatisch identifiziert und daraufhin gezählt werden.
eine semantische Struktur verliehen, anhand welcher das Korpus Diese Phrasen sind häufig besonders aussagekräftig. Abbildung 2
durchsucht, zusammengefasst und beschrieben werden kann. zeigt die häufigsten Wörter und Phrasen des in dem Anwendungs-
Dadurch wird das Wissen aus den Texten schnell und einfach beispiel analysierten Korpus. So lässt sich beispielsweise sofort er-
zugänglich gemacht und kann zudem breiter aufgenommen kennen, dass der Begriff der Echtzeit in diesem Korpus eine sehr
werden. Und genau darum ging es im vorliegenden Projekt: An- wichtige Rolle spielt, oder dass neuronale Netze sehr häufig disku-
wendungsfälle und Herausforderungen der digitalen Fertigung tiert werden. Auf Basis der häufigsten Worte und Phrasen kann ein
mit Bezug zu Sensordatenanwendungen zu überblicken und den erster Begriffskatalog für das Forschungsprojekt angelegt werden.
Experten bei Mayato einen unkomplizierten Zugang zu den in
der Forschungsliteratur angebotenen Lösungskonzepten, Archi- Wortwolken visualisieren Zusammenhänge
tekturen und Verfahren zu verschaffen. Dazu sammelte das
Team Forschungsarbeiten aus Journalen wie dem Journal of Ma- Weiterhin können vorab bereits die Themen aus einem Topic
nufacturing Systems, dem Journal of Intelligent Manufacturing Model untersucht und bezeichnet werden. Für die Visualisierung
und dem Journal of Manufacturing Science and Engineering. An- bieten sich hier Wortwolken an, wie Abbildung 3 für einige Bei-
hand eines zuvor entwickelten Analysemodells sollten die unter- spielthemen zeigt. Die Größe der Wörter gibt dabei jeweils deren
schiedlichen Quellen strukturiert und synthetisiert werden. Abbil-
dung 1 stellt auf einem abstrakten Detaillevel den grundlegenden
Aufbau des Analysemodells dar.
Analyseergebnisse
Bild: Mayato GmbH
Noch bevor durch das Clustering der Literatursammlung automa-
tisiert eine Struktur verliehen wird, gibt schon die Betrachtung der
häufigsten Wörter Aufschlüsse über die wichtigen Themen, Metho-
den und Begriffe im Korpus. Neben alleinstehenden Wörtern kön- Abb. 2: Häufigste Wörter und Phrasen im analysierten Korpus
IT&Production 12/2018TEXT-MINING | INDUSTRIE 4.0
Bild: Mayato GmbH
Wichtigkeit für das jeweilige Thema an. So finden sich unter den
Beispielthemen etwa die Themen ‘Messung der Werkzeugabnut-
zung beim Fräsen mit Vibrationssignalen’ oder ‘Fehlererkennung
in der Montage mit Videodaten’. Experten können diese Themen
mit Hilfe der Visualisierung sehr schnell einordnen und als ein in
dem untersuchten Korpus vorhandenes Konzept mit Bezug zu
den gegebenen Begriffen identifizieren.
Algorithmen übernehmen Synthese
Die Aufgabe des Analysemodelles für die automatisierte Syn-
these der Literatur ist im ersten Schritt, die in hochdimensionale
Vektorrepräsentationen transformatierten Forschungsarbeiten
Abb. 4: Beispiele aus dem Gesamtdendrogramm
Bild: Mayato GmbH
beschriftet mit Forschungstiteln
Abb. 3: Visualisierte Wortwolken
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von oben nach unten wie das Inhaltsverzeichnis eines Buches. Die
extrahierten Schlüsselwörter geben – wie Kapitelüberschriften –
Aufschluss über die enthaltenen Themen. Es lassen sich leicht the-
matische Überschneidungen in nebeneinanderliegenden Clustern
erkennen. Die Kapitelstruktur eines Literaturreviews kann sich so
sehr eng an der Clusterbildung orientieren. Anhand der hierar-
chischen Struktur des Dendrogramms können die Cluster in Unter-
kapitel unterteilt werden oder auch in Überkapitel zusammenge-
fasst. Für die weitere Arbeit mit den Forschungsarbeiten können
die PDF-Versionen anhand der gefundenen Cluster in eine Ordner-
Bild: Mayato GmbH
struktur abgelegt und strukturiert zugänglich gemacht werden. Die
für das Literaturreview des Beispiels von Mayato gebildeten
Hauptkapitel zeigt Abbildung 6 mit Referenz zu den Clustern im
Dendrogramm. Insgesamt bieten die Ergebnisse des Analysemo-
Abb. 5: Gesamt-Dendrogramm beschriftet mit extrahierten Schlüsselwörtern
dells eine erhebliche Erleichterung, wenn es darum geht, hunderte
oder tausende Forschungsarbeiten zu strukturieren und syntheti-
hierarchisch zu clustern. Abbildung 4 zeigt das für das Anwen- sieren. Erschöpfende Literaturreviews können hiervon besonders
dungsbeispiel aus dem Clustering resultierende Dendrogramm und profitieren, da sehr schnell ein strukturierter Überblick über das be-
macht für einige Beispiel-Cluster dessen Teil-Dendrogramm lesbar. trachtete Feld ermöglicht wird. Die Anfertigung des Literaturre-
Die vertikalen Linien in der Dendrogrammdarstellung zeigen, bei views und das Herauskristallisieren der wissenschaftlichen Erkennt-
welchem Distanzschwellwert zwei Cluster in eines zusammenge- nisse – unterstützt durch die Analyseergebnisse – bleibt schließlich
führt wurden, während die horizontalen Linien Aufschluss über die kreative Aufgabe der Forscher.
Distanz zwischen den beiden Clustern geben. Für die Bildung der
Cluster wird ein Distanzschwellwert gesetzt (vertikale gestrichelte Fundament für den Wissensaufbau
Linie), welcher heuristisch oder empirisch bestimmt werden kann.
Beispielsweise das erste oben gezeigte Cluster enthält Arbeiten, Literaturreviews sind ein unverzichtbarer Bestandteil von For-
welche sich mit der Modellierung und Kompensation thermischer schungsprojekten und sie spielen eine wichtige Rolle für den Wis-
Fehler an Werkzeugmaschinen befassen, während das zweite Bei- sensaufbau in forschenden Unternehmen. Das vorgestellte Analy-
spiel sich ausschließlich mit drahtlosen Sensornetzwerken befasst. semodell kann Wissensarbeitern kognitiven Aufwand abnehmen,
Das Dendrogramm kann ebenfalls mit den als Kapitelüberschriften der sonst in die Analyse, Strukturierung und Synthese von Literatur
extrahierten Schlüsselwörtern beschriftet werden, wie Abbildung fließen würde. Es erleichtert Forschern den Umgang mit großen
5 zeigt. Jede Zeile entspricht hier den wichtigsten Schlüsselwörtern Mengen an Literatur und kann einen wichtigen Beitrag zur Steige-
für das jeweilige Cluster. So sieht man beispielsweise in der zwei- rung der Produktivität in der Review-Phase von Projekten leisten.
ten Zeile, dass für das erste Beispiel oben sehr treffend die Schlüs- Den Aufbau und die Organisation von Wissen im Unternehmen
selwörter ‘Real Time Compensation, CNC Machining Center, Ther- kann das Analysemodell damit unterstützen und beschleunigen.
mal Error, Error Compensation’ extrahiert wurden. Die Schlüssel-
wörter sind insgesamt sehr aussagekräftig: Wie das Beispiel zeigt, Ansatz vielfältig übertragbar
ist das Analysemodell dazu fähig, kohärente Literaturcluster zu bil-
den, wie sie ein Mensch unter hohem zeitlichem und kognitivem Die Anwendungsfälle des Analysemodells sind jedoch nicht alleine
Aufwand auch bilden könnte. Das Dendrogramm liest sich dabei auf die Literatursynthese in Forschungsprojekten beschränkt. Über-
all dort, wo große Mengen unstrukturierter Textdaten vorliegen,
die es zu analysieren und zu verstehen gilt, kann das Analysemodell
als Werkzeug eingesetzt werden. Bei den analysierten Texten kann
es sich sowohl um unternehmensexterne Daten aus dem Web han-
deln, wie etwa um Foreneinträge oder Tweets über die Produkte
des Unternehmens, die es im Interesse der Marketingabteilung zu
analysieren gilt, als auch um unternehmensinterne Daten, wie War-
tungsberichte für die Maschinen aus der Produktion, deren Analyse
den Ingenieuren Verbesserungspotentiale in den Wartungsroutinen
für weniger Maschinenstillstände aufzeigen können. Es ist außer-
dem denkbar, Suchmaschinen für unternehmensinterne Textdaten
Bild: Mayato GmbH
zu entwickeln, um für gegebene Queries die relevantesten Texte
aus dem Unternehmen zurückliefern zu können. ■
Der Autor Daniel Krause ist Experte für Datenanalyse bei der mayato GmbH.
Abb. 6: Gesamt-Dendrogramm mit den Kapitelüberschriften des
Literaturreviews www.mayato.com
IT&Production 12/2018Sie können auch lesen
