Die Verwaltungsschale als Katalysator der Industrie 4.0

„Land der Dichter und Denker“ oder „Land der Ideen“: Deutschland ist sichtlich stolz auf seine Leistungen in Wissenschaft, Literatur und Ingenieurskunst. Und auf seine akribische Bürokratie, die auf absolute Präzision einer Aussage oder Angabe abzielt. In Kombination entstehen daraus bei der Benennung technischer Begriffe oft ungelenke Wortschöpfungen. Aktuelles Beispiel hierfür ist die Verwaltungsschale. Deren innovatives Potenzial und zentrale Bedeutung für die Industrie 4.0 lassen sich anhand des Begriffs nicht direkt erschließen.

Was ist eine Verwaltungsschale?

Die Verwaltungsschale ist eine standardisierte, vollständige digitale Beschreibung eines Assets. Es handelt sich um die sehr deutsche Übersetzung des englischen Begriffs Asset Administration Shell (AAS).

Ein Asset ist im Grunde alles, was sich als Teil einer Industrie 4.0-Lösung anschließen lässt. Zum Beispiel Maschinen und Anlagen oder Produkte sowie deren einzelne Komponenten. Die AAS enthält darüber sämtliche Informationen. In einer vernetzten Industrie ermöglicht sie den Austausch und die Interaktion zwischen unterschiedlichen Assets, Systemen und Organisationen.

AAS = Metamodell

Die Verwaltungsschale ist aktuell das Schlagwort in der Digitalisierung. Wie bei vielen neuen Themen gehen die Definitionen auch hier auseinander. Häufig sind sie recht weit gefasst. Von sehr konkret, wie der AAS als Umsetzung des Digitalen Zwillings für Industrie 4.0, bis hin zur lockeren Beschreibung der AAS als „Datenstecker“ oder „Integrationsstecker“ für digitale Ökosysteme.

Ich bevorzuge die Darstellung der Verwaltungsschale als ein Metamodel zur Selbstbeschreibung eines Assets. Mit diesem Metamodell lassen sich weitere Modelle erzeugen, um Informationen gesammelt bereitzustellen. Durch den Einsatz von Software werden diese Modelle dann zum „Leben erweckt“. Über Schnittstellen können Unternehmen sie anderen Stakeholdern (zum Beispiel Lieferanten oder Partnern) zur Verfügung stellen.

Konzept und Anwendung der Verwaltungsschale

Als digitales Abbild eines Assets stellt die Verwaltungsschale durch seine Teil- bzw. Submodelle Informationen oder Funktionen zu einem bestimmten Kontext bereit. Beispiele hierfür sind unter anderem

  • digitale Typenschilder,
  • technische Dokumente,
  • die Komponenten- beziehungsweise Asset-Struktur,
  • Simulationsmodelle,
  • Zeitreihendaten oder auch
  • nachhaltigkeitsrelevante Informationen wie der CO2-Fußabruck.

Die Daten entstehen entlang der verschiedenen Phasen des gesamten Lebenszyklus. Welche Informationen zu einem Asset von Bedeutung sind, hängt vom konkreten Wertschöpfungsnetzwerk ab.

So werden Submodelle in bestimmten Lebenszyklusphasen initial erstellt, in darauffolgenden Phasen konkretisiert, ausgeprägt und im weiteren Verlauf um Informationen angereichert oder aktualisiert. Dabei bezieht sich die Verwaltungsschale mal auf eine sehr generische (Typ) oder eine sehr konkrete (Instanz) Darstellung eines Assets. So, wie sich Assets über die Zeit verändern (as-defined, as-designed, as-ordered, as-built, as-maintained), verändert sich auch die Verwaltungsschale. Daher können für ein Asset im Verlauf des Lebenszyklus mehrere Verwaltungsschalen existieren.

Wie erfolgt der Informationsaustausch?

Um die Informationen in der Verwaltungsschale im Rahmen seines Wertschöpfungsnetzes zu nutzen, müssen diese zugänglich sein. Der Zugriff erfolgt meist über das Internet beziehungsweise über die Cloud (Repository-gehaltene AAS). Bei intelligenten Systemen kann die Verwaltungsschale auch Teil des Assets selbst sein (Asset-gehaltene AAS).

Der Informationsaustausch erfolgt auf verschiedenen Wegen:

  • Über Dateien, sogenannte AASX-Files (AAS Typ 1).
  • Über eine Server-Client-Interaktion, zum Beispiel via RestAPI (AAS Typ 2).
  • Mittels Peer-to-Peer-Interaktion (AAS Typ 3). Dabei bauen Verwaltungsschalen unter Anwendung der sogenannten I4.0-Sprache eigenständig Kontakt zueinander auf. Dies ermöglicht es, Aufgaben kooperativ durchzuführen.

Herstellerübergreifende Standards verbinden

Für welche Art der Verwaltungsschale man sich auch entscheidet: Wichtig ist, dass Empfänger und Bereitsteller dieselbe Sprache sprechen. Dafür muss der Austausch konkreter Informationsinhalte standardisiert sein. In Anbetracht der Menge an Branchen, Szenarien, Assets und Funktionen sind das immens viele Teilmodelle, die es zu standardisieren gilt.

Organisationen und Vereine wie die Industrial Digital Twin Association (IDTA), bestehend aus Forschungsinstituten, Industrieunternehmen und Software-Anbietern, nehmen sich dieser Mammutaufgabe an. Die rasant wachsenden Mitgliederzahlen sowie der rege Austausch auf Messen und Fachtagungen verdeutlichen den hohen Stellenwert für die Industrie. Hierbei gilt es, kleine und mittelständische Unternehmen nicht abzuhängen, sondern bestmöglich in die Standardisierungsarbeit einzubinden.

Wir treiben das Konzept der Verwaltungsschale voran

Die Verwaltungsschale ist Dreh- und Angelpunkt für erfolgreiche Industrie 4.0-Szenarien. Sie ermöglicht herstellerunabhängige Interoperabilität und vereinfacht die Integration aller Arten von Assets zu einem kollaborativen Wertschöpfungsnetzwerk. Sie steigert durch eine lückenlose Transparenz des Echtzeit-Zustands jedes Assets die Effizienz innerhalb der Produktionsprozesse. Und sie bietet darüber hinaus ein umfassendes Sicherheitskonzept zum Schutz der Daten.

Innerhalb kürzester Zeit hat sich die Verwaltungsschale damit von einem theoretischen Konstrukt zu einer realen Praxisanwendung gewandelt. Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie arbeiten wir als Mitglied der IDTA und im Rahmen der Forschungsprojekte ESCOM und Flex4Res daran, die Technologie in der industriellen Breite nutzbar zu machen.

Anwendungsfall kennenlernen

In CONTACT Elements for IoT können Sie Verwaltungsschalen Ihrer Assets anlegen, verwalten und teilen. Wie Unternehmen davon profitieren, lesen Sie in unserem Blogbeitrag „Die Verwaltungsschale in der Praxis“.

Mit dem Passwort zu mehr Cybersecurity

Heute ist wieder der „Ändere dein Passwort-Tag“. Eine gut gemeinte
Initiative für mehr IT-Sicherheit. Die ursprünglich aus dem militärischen Kontext der 1960er-Jahre stammende Empfehlung, das Passwort regelmäßig zu wechseln, findet sich auch heute noch in vielen Unternehmensrichtlinien wieder. Moderne Richtlinien wie das aktuelle BSI Grundschutzkompendium und die NIST Digital Identities Guidelines streichen diese Anforderung, denn es gibt effektivere Strategien, die Passwortsicherheit zu erhöhen:

Passwortlänge schlägt -komplexität

Zuallererst gilt: Ein starkes Passwort muss nur dann geändert werden, wenn es
den Verdacht gibt, dass es enthüllt wurde.

Angreifer können heute mit automatisierten Systemen Milliarden von Passwörtern innerhalb kürzester Zeit ausprobieren. Insbesondere wenn diese Systeme über das Netzwerk erreichbar sind oder Zugriff auf die Passwort Hashes haben und daher effektiv offline ausprobiert werden können. Die Komplexität des Passwortes ist daher vollkommen gleichgültig, wenn es zu kurz ist. Die Empfehlungen für die Länge schwankt zwischen 8 bis zu mindestens 14 Zeichen. Fortschritte bei Angriffswerkzeugen wie zum Beispiel Hashcat und durch schnellere, spezialisierte Hardware zum Passwortraten treiben diese Anforderungen immer weiter in die Höhe.

Compliance-Richtlinien verlangen heutzutage individualisierte Zugangsdaten. Damit entfällt die Gefahr, dass ein Passwort vielen Leuten bekannt ist und so auch die Notwendigkeit dieses regelmäßig zu ändern. Ein langes Passwort für genau eine Person für genau einen Dienst. Ziemlich sicher.

Passworte sind keine Wiederholteile

Hand aufs Herz, haben Sie nicht auch schon mal das identische oder ein sehr ähnliches Passwort für mehrere Dienste verwendet? Das sollten Sie sich schnell abgewöhnen, denn so führt ein erfolgreicher Angriff auf einen Dienst automatisch zu einem erfolgreichen Angriff auf weiteren. Vor allem die Verwendung bereits privat genutzter Passwörter im Unternehmensumfeld ist besonders kritisch.

Moderne Passwortrichtlinien stellen sicher, dass Passworte abgelehnt werden, die in Listen erbeuteter Passwörter vorkommen. Die Webseite haveibeenpwand zum Beispiel zeigt an, ob ein Passwort erbeutet wurde. Moderne Systeme bieten hier Schnittstellen, um Passworte dahingehend zu prüfen. In CONTACT Elements können Sie diese ganz einfach aktivieren:

from cdb.sig import connect
from cdb.authentication import check_pwned_password
connect(‚password_acceptable_hook‘)(check_pwned_password)

Passwort-Manager statt Einheitsbrei

Passwortwiederholung ist schlecht, kurze Passwörter auch. Benutzer stehen vor der Herausforderung, sich eine große Anzahl langer Passwörter im Kopf zu merken. Auf einen Zettel schreiben und diesen unter der zu Tastatur verstecken oder an die Pinnwand zu kleben ist keine Lösung, da eine Kamera das Passwort abfilmen kann.

Besser ist es, einen Passwort-Manager zu verwenden. Dieser kann lange Passwörter erstellen, verwalten und erleichtert per Copy und Paste die Eingabe. Leider blockieren einige Unternehmen, getrieben von der Sorge, dass ein Trojaner die Passwörter in der Zwischenablage abfangen, die Copy und Paste-Methode in ihren Anwendungen und verhindern damit die Verwendung eines Passwort-Managers. Bei einem Trojaner-Befall ist diese Maßnahme jedoch meist wirkungslos und Unternehmen sollten die Benutzer anleiten, einen Passwort-Manager zu benutzen, um Ihre IT-Sicherheit zu erhöhen.

Vorsicht vor Wegelagerern und Trickbetrügern

Selbst das stärkste Passwort schützt nicht vor Angriffen, wenn es abgefangen wird. Das geht oft erstaunlich einfach. Verbindungen ohne ein Mindestmaß an Sicherheit wie Transport Layer Security (TLS) sind ein offenes Buch für jeden Angreifer. Auch ältere Netzwerkprotokolle wie Kerberos bieten zahlreiche Einfallstore. Ransomware nutzt diese aus, um sich im Firmennetz auszubreiten. Sobald sich ein Administrator auf einem befallenen Rechner anmeldet, hat der Angreifer die Zugangsdaten und kurz darauf sind goldene und silberne Tickets erstellt und die Windows-Domäne ist fest in der Hand des Angreifers. Auch hier steht und fällt die Sicherheit mit dem Passwort, da dieses in die Berechnung der Authentifizierungstickets eingeht und aufgrund der symmetrischen Verschlüsselung dem Angreifer ermöglicht, aus dem Ticket das Passwort zurückzurechnen.

Sicherheit durch mehrere Faktoren steigern

Eine Empfehlung, um die Schwächen von Passworten zu umgehen, ist es, weitere Faktoren einzubeziehen. Das funktioniert sehr gut aus der Perspektive der Sicherheit. Ein zweiter Faktor erhöht in praktisch jedem Fall die Sicherheit deutlich. Dabei ist es in den meisten Fällen zweitrangig, ob es sich um Einmalpassworte wie TANs per SMS, zeitbasierte Codes wie Definition Time-based One-time Password (TOTP) oder auch schlichte Bestätigungsemails mit Links handelt.

Die Schattenseite von zweiten Faktoren ist der zusätzliche Aufwand und die Auswirkungen auf die Usability. Helpdesk Prozesse werden komplizierter, Benutzer müssen geschult werden und Anmeldevorgänge passieren oft langsamer.

Single Sign-On – Fluch und Segen zugleich

Benutzer:innen lieben Single Sign-On (SSO), bei dem man nur einmalig ein Passwort und einen zweiten Faktor eingeben muss, um zahlreiche Dienste zu nutzen. Das minimiert den Aufwand enorm – allerdings auch für den Angreifer. Insbesondere, wenn der Zugang nur an einem schwachen Passwort hängt. Ein zentrales Login-System löst auch viele Probleme für Compliance, wenn Benutzer:innen gesperrt oder Reports erstellt werden. Auch die Kosten für Benutzerverwaltung reduzieren sich.

Single Sign-On stellt die oben angeführte Argumentation „Ein Passwort pro Dienst“ auf den Kopf. Wieder steht nur ein Passwort zwischen dem Angreifer und Ihrem System. Kennt der Angreifer das Passwort, so hat er Zugang. Und dann öffnet das Single Sign-On-System dem Angreifer alle Türen.

Phishing erkennen

Auch stärkere Verfahren wie TOTP oder Hardware-Keygeneratoren bieten keinen Schutz, wenn man Passwort und Zugangscode auf einer gefälschten Webseite eingibt. Diese Praxis ist bekannt unter dem Namen Phishing. Die Lösung dagegen lautet Kanal- oder Token-Binding und verknüpft (bindet) den gewünschten Zugang mit dem Kanal, über den der Zugang angefragt wird. Was bedeutet, dass ein Token nur für den Zugang zu Gerät A akzeptiert wird, nicht aber für Gerät B des Angreifers.

Diese Form der Mehrfaktorauthentifizierung ist sehr sicher und mit moderner Hardware oder Mobiltelefonen einfach zu verwenden. Für die Unternehmens-IT ist die Integration in gängige Plattformen dabei relevant. Windows Hello, Apple und Android unterstützen den von der FIDO Alliance spezifizierten FIDO2 / WebAuthn-Standard, um Phishing aufzudecken und Single Sign-On sicher zu machen.

Passworte sind überflüssig!?

Ausgehend vom WebAuthn-Standard gibt es seit 2022 mit Passkeys eine neue Initiative – getrieben von Apple, Microsoft und Google – um Passworte aus Anwendungen und Single Sign-On zu verbannen. Sie können Ihr Passwort bereits heute schon in einen Passkey ändern, wenn Ihr Gerät das unterstützt und 2024 den „Change your Password Day“ dazu nutzen, Ihr Passwort zu löschen und nie wieder verwenden zu müssen.

Mehr zum Thema Cybersecurity

In unserem kostenlosen White Paper „IT Sicherheit für Unternehmen“ erfahren Sie alles zum Aufbau einer verlässlichen IT-Sicherheitsarchitektur zum Schutz vor Cyberattacken.

Mit der Digitalisierungsroadmap zum ganzheitlich digitalen Unternehmen

Die Digitalisierung von Unternehmensprozessen hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Aufmerksamkeit erfahren. Zum einen legte die Corona-Pandemie digitale Defizite schonungslos offen, zum anderen sind Unternehmen in Anbetracht des politischen, gesellschaftlichen und ökologischen Wandels mehr denn je gefordert, agiler und nachhaltiger zu handeln. Motivation ist also ausreichend vorhanden und die Fortschritte in der Digitalisierung werden mehr und mehr sichtbar. Die Umsetzung erfolgt dabei jedoch meist weniger anhand einer Digitalisierungsroadmap, die die Meilensteine und Wegpunkte bis zum Ziel aufzeigt, sondern eher nach der sprichwörtlichen Salamitaktik.

Häppchenweise Digitalisierung birgt Risiken

Wenn ich mit Vertretern mittelständischer Unternehmen über das Thema Digitalisierung spreche, lautet die Antwort häufig: Ja, das machen wir laufend! Als Beispiele folgen dann unter anderem Maßnahmen wie die Erstellung von Policies zur unternehmensweit stärkeren Nutzung der Features von Office-Software, die Einführung eines Tickesytstems oder die Nutzung eines Requirements Management Tools in der Produktentwicklung.

Dies spiegelt die weit verbreitete Praxis wider, Digitalisierungsprojekte bereichs- oder abteilungsweise, bezogen auf einzelne Aufgabenstellungen oder Teilprozesse durchzuführen. Es scheint auf den ersten Blick oft attraktiv, Projekte aus Bereichs- oder Standortsicht zu planen und umzusetzen, denn der Abstimmungsaufwand ist geringer und bereichsspezifische Lösungen können vermeintlich schnell umgesetzt werden.

Grundsätzlich ist die Durchführung anspruchsvoller Projekte in überschaubaren Schritten eine sinnvolle Vorgehensweise. Schnell Nutzen zu erzeugen und Digitalisierungsfortschritte kontinuierlich sichtbar zu machen, ebenfalls. Allerdings birgt das fragmentierte Vorgehen auch Risiken: Dann nämlich, wenn das Zielbild der Digitalisierung unklar und der Weg dorthin nicht ausreichend beschrieben ist. Hier besteht die realistische Gefahr, wesentliche Ziele von Digitalisierungsprojekten nicht zu erreichen. Wie zum Beispiel die Potenziale neuer, digitaler Geschäftsmodelle nicht auszuschöpfen und damit die digitale Transformation des Unternehmens nicht voranzutreiben. Oder die unternehmensweiten und unternehmensübergreifenden Datenschätze nicht zu nutzen, wenn der Fokus nur auf lokalen Optimierungen liegt.

Die Vorteile einer Digitalisierungsroadmap

Um es vorwegzunehmen: Mit einer Roadmap zur Digitalisierung können Unternehmen die oben genannten Risiken mit wenig Aufwand minimieren. Sie bietet eine verlässliche, mittelfristige Guideline für alle Digitalisierungsaktivitäten im Unternehmen, ausgerichtet auf ein klares Zielbild. Mit ihren unterschiedlichen Perspektiven auf das Thema Digitalisierung adressiert sie sowohl die Fachabteilungen, die IT als auch das Management. Dabei sollte die Digitalisierungs-Roadmap einige wesentliche Informationen beinhalten:

  1. Welchen Digitalisierungsgrad hat das Unternehmen?
    Die Basis der Digitalisierungsroadmap bildet die Bestandsaufnahme des aktuellen Digitalisierungsgrades im Unternehmen. Dazu werden die bereits bestehenden Zielbilder, Anforderungen und Aktivitäten in den unterschiedlichen Unternehmensbereichen und -hierarchien gesichtet. Gängige Reifegradmodelle helfen, den Digitalisierungsgrad des Unternehmens einzuschätzen.
  2. Was ist das Zielbild?
    Steht das Status quo fest, kann ein klares, abgestimmtes Zielbild der Digitalisierung entworfen werden. Das Zielbild enthält einen Überblick über die zukünftigen digital durchgängigen Geschäftsprozesse sowie die zukünftige Applikationsarchitektur und die notwendigen Informationsservices.
  3. Welche Teilschritte sind nötig?
    Ist das Ziel klar geht es darum, die dafür notwendigen Teilprojekte zu definieren und zu beschreiben. Um die Teilprojekte sinnvoll zu priorisieren, werden die benötigten internen und externen Ressourcen sowie die möglichen Projektrisiken abgeschätzt. Mit den zuvor gewonnenen Informationen aus der Bestandsaufnahme wird zudem das Nutzen- und Geschäftspotenzial der einzelnen Digitalisierungs-Teilprojekte hochgerechnet. Damit ist die Berechnung von Business Cases der geplanten Projekte möglich.

    Projektteam und Management sind so in der Lage, über die Teilprojekte und ihre Priorisierung nach objektiven Kosten-/Nutzenkriterien, Ressourcenverfügbarkeit und anderen unternehmens-spezifischen Parametern zu entscheiden. So werden die heutigen Digitalisierungshäppchen zu definierten, bewerteten Teilprojekten innerhalb eines übergreifenden Kontexts.
  4. Wie sieht der Business Case aus?
    Der hohe Konkretisierungsgrad der Digitalisierungsaktivitäten, speziell des aussagekräftigen Business Cases, schafft eine wesentliche Voraussetzung für eine belastbare Finanzierung der Digitalisierungsprojekte. So bieten zum Beispiel spezielle IT-Projektfinanzierer ein flexibles Aufstockungsleasing an, das die Leasingraten an den zu erwartenden Nutzenaufwuchs anpasst. Oder auch die Finanzierung der internen Personalressourcen. Mit solchen Finanzierungsmodellen gelingt die Digitalisierung dann sogar ohne Einschränkungen der Liquidität.

Fazit

In der Vergangenheit wurden häufig nur einzelne Vorhaben gestartet. Aktuell nutzen jedoch immer mehr unserer Kunden die Vorteile der strategischen Planung mit Digitalisierungsroadmaps. Sie bieten mit wenig Aufwand eine verlässliche Orientierung für die Digitale Transformation mit einem klaren Zielbild, konkretem Business Case und alternativen Finanzierungsmöglichkeiten.