Industrie revolutionieren: Die Zukunft vernetzter Geräte

Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit digitaler Technologie wird die Vision eines vernetzten Fertigungssystems, das wahrnehmen, analysieren und reagieren kann, bald Realität. Diese Vision – „Intelligent Edge“ genannt – kombiniert Rechenleistung, Datenanalytik und fortschrittliche Konnektivität, um Reaktionen viel näher dort zu ermöglichen, wo die Daten erfasst werden. Sie bringt die aufkommenden Internet-of-Things (IoT)- und Industrie-4.0-Fähigkeiten auf die nächste Stufe.

Cybersicherheit spielt in dieser Vision eine komplexe Rolle. Einerseits können technologische Fortschritte zu verbesserten Cybersicherheitsfähigkeiten führen. Andererseits können solche Fortschritte, wenn sie ohne Berücksichtigung von Privatsphäre, Datenintegrität oder Netzwerkresilienz gebaut werden, die Cyber-Risiken dramatisch erhöhen.

Die Fähigkeiten, die den Intelligent Edge ermöglichen, umfassen künstliche Intelligenz (KI), Rechenhardware, Netzwerkfähigkeiten und Standardprotokolle. Fortschritte in diesen Bereichen haben zusammengewirkt, um Komponenten zu verbinden, die die Verwirklichung von Industrie 4.0 beschleunigen. Die Schlüsselkomponenten, die neue Arbeitsweisen, neue Produkte und Dienstleistungen sowie neue Wertschöpfung ermöglichen, sind:

• KI treibt bereits eine breite Palette von Anwendungen an. Cloud-basierte KI gekoppelt mit Echtzeit-Datenverarbeitung ermöglicht es KI, anspruchsvolle Aufgaben zu bewältigen. Beispielsweise kann KI autonom auf Prozesseffizienzen, Qualitätsmängel und vermutete Cyberangriffe am Edge reagieren, mit kontinuierlichem Lernen im Kern.
• Rechenhardware und Firmware werden kleiner, robuster und energieeffizienter, während Steigerungen der Rechenleistung Virtualisierung, Automatisierung und andere auf die Betriebsabläufe und Ziele eines Nutzers zugeschnittene Funktionen ermöglichen. Am Edge können Daten erfasst, verschlüsselt, integriert, verarbeitet und gespeichert werden mit immer höherer Geschwindigkeit, Reaktionsfähigkeit und Sicherheit.
• Das Wachstum bei der Einführung und Bereitstellung sowohl von 5G-Mobilfunk als auch Wi-Fi 6 kann die sichere Bereitstellung immer komplexerer Systeme vernetzter Geräte vorantreiben. Diese Fortschritte in drahtlosen Technologien können mehrere aktuelle Netzwerkeinschränkungen adressieren:
  • Flexiblere und skalierbare Bereitstellungen.
  • Verbesserte Zuverlässigkeit, Datenkapazität, Datengeschwindigkeiten, Latenz und Gerätedichte.
  • Unterstützung für WPA3-Verschlüsselung und Schlüsselmanagement.
  • Präzise Ortung vernetzter Geräte.
  • Niedrigere Stromverbrauchsverhältnisse (und damit reduzierte Größenanforderungen für vernetzte Geräte).
• Eines der Schlüsselkonzepte, das frühen Computernetzwerken ermöglichte, zum Internet zu werden, auf das wir heute angewiesen sind, war die Einführung eines universellen Kommunikationsprotokolls, das Netzwerken und Geräten erlaubt, unabhängig von ihrer spezifischen Konstruktion zu kommunizieren. Verbesserte Standards und Protokolle werden同样 das Wachstum des IoT und insbesondere des Industrial IoT vorantreiben. Diese Standards und Protokolle umfassen:
  • IO-Link – (IEC 61131-9) definiert standardisierte Verkabelung, Steckverbinder und ein Kommunikationsprotokoll für intelligente Sensoren und Aktoren. IO-Link ermöglicht auch den Zugriff auf zusätzliche Informationen über Sensorzustand und -kondition.
  • OPC UA – eine Erweiterung des OPC-Interoperabilitätsstandards, der seit Mitte der 1990er Jahre für Datenaustausch zwischen operativen Technologiegeräten genutzt wird. Die neuere Unified Architecture bietet plattformunabhängige Kommunikation zwischen Geräten mit zusätzlicher Verschlüsselung und Authentifizierungssicherheit bei zukunftssicherer Erweiterbarkeit.
  • MQTT – ein bidirektionales Messaging-Protokoll, entwickelt für Gerät-zu-Cloud- und Cloud-zu-Gerät-Kommunikation. Dieses Protokoll erlaubt minimale Prozessorgrößen und optimierte Netzwerke, mit eingebauter Zuverlässigkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit für IoT-Netzwerke.
  • Lightweight Cryptography – aufkommende standardisierte kryptografische Algorithmen, die zur Verschlüsselung von Kommunikation in eingeschränkten Umgebungen wie bei IoT eingesetzt werden können.

Angesichts dieser und anderer aufkommender und fortschreitender Technologien scheint die Vorstellungskraft die einzige Grenze für die Breite und den Umfang von Anwendungen vernetzter Geräte zu sein. Hier sind einige Beispiele, die bereit sind, von Durchbrüchen zu profitieren:

• Autonomes Fahren: Im Kern dieser visionären Zielsetzung für die Automobilindustrie steht das Konzept der Vehicle-to-Everything (V2X)-Konnektivität. Dies wird universelle Protokolle für Kommunikation, fortschrittliche Echtzeitverarbeitung und hohen Datendurchsatz nutzen, mit einem konzertierten Fokus auf den Schutz von Datenintegrität und Privatsphäre.
• Drahtloses Sensing und Standortverfolgung: Verfolgung von Versandcontainern, Paketen, Fahrzeugflotten, Lieferdrohnen oder anderen Assets kann in Echtzeit erfolgen, um Effizienzdaten zu liefern sowie Diebstähle, Fälschungen und andere Sicherheitsrisiken zu verhindern.
• Vernetzte Realität: Aufbauend auf den Konzepten von Augmented, Virtual und Extended Reality (AR/VR/XR) können vernetzte Geräte Dinge wie Fernwartung von Maschinen durch einen ortsfernen Techniker, visuelle Bedrohungsüberwachung und immersive Trainingssimulationen für neue Mitarbeiter ermöglichen.
• Überwachung und Steuerung kritischer Infrastruktur: Intelligent Edge Computing wird die breitere Bereitstellung intelligenter Überwachungsgeräte an kritischer Infrastruktur wie Straßen, Schienen, Stromleitungen, Smart Grids, Gebäuden, Brücken und Versorgungsunternehmen ermöglichen. Intelligente Systeme, die Fehler, Bedrohungen, Cyberangriffe oder potenzielle Ausfälle erkennen, können Schwachstellen identifizieren und proaktiv korrigierende Maßnahmen einleiten.
• Smart Factories: Kleinere, intelligentere und drahtlose Geräte können in größerem Maßstab in Fabriken und Lieferketten eingesetzt werden, um sicheren Echtzeit-Status von Abläufen auf dem Shopfloor und im Feld zu liefern. Prädiktive Methoden, modellbasiertes Design und Digital-Twin-Architekturen ermöglichen die Echtzeit-Identifikation und -Überwachung jeglicher Prozess- oder Sicherheitschwächen.

Wenn wir in die Zukunft von Edge Computing, vernetzten Geräten und IoT blicken, spielt Cybersicherheit eine entscheidende und integrale Rolle. Jede Technologie und jede Anwendung kann gelingen oder scheitern, basierend darauf, wie Cybersicherheit in das Framework eingebaut wird. Dies wird manchmal als Trustworthy Network of Things (TNoT) bezeichnet. Das Ziel der von NIST in Zusammenarbeit mit der Industrie geleiteten TNoT-Bemühung ist es, „IoT-Geräte vor dem Internet zu schützen und das Internet vor IoT-Geräten zu schützen“, indem die Sicherheit und Robustheit groß angelegter IoT-Bereitstellungen verbessert wird.

Die dezentrale Natur der Zukunft – einschließlich entfernter vernetzter Geräte, Intelligent-Edge-Gateways, entfernter Server und verteilter Nutzer – erfordert sorgfältige Planung und Überlegung, wie Daten gesammelt, verarbeitet und genutzt werden. Dies umfasst Prinzipien der Entwicklung eines vertrauenswürdigen Ökosystems von Technologiepartnern, Sicherheit von Geräten und Protokollen sowie die Wahrung der Integrität und Genauigkeit von Daten. Es wird auch einen signifikanten Anstieg an Cybersicherheitsbewusstsein, Bildung und Training erfordern, um die sichere Bereitstellung, Nutzung, Überwachung und Wartung dieser neuen Technologien zu gewährleisten.

Wenn Sie Hilfe bei der Datenstrategie Ihres Fertigungsunternehmens benötigen, Cybersicherheitsfragen haben oder mehr darüber erfahren möchten, wie vernetzte Geräte in der Zukunft Ihres Unternehmens sein könnten, wenden Sie sich noch heute an Ihr lokales MEP Center!

Dieser Blog ist Teil einer Serie, die für den National Cybersecurity Awareness Month (NCSAM) veröffentlicht wurde. Weitere Blogs der Serie umfassen Creating a Culture of Security von Celia Paulsen, If You Connect It, Protect It von Zane Patalive, Suspicious Minds: Non-Technical Signs Your Business Might Have Been Hacked von Pat Toth und Securing Internet-Connected Medical Devices von Jennifer Kurtz.