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Technik und Anwendungen

Wie Blockchain und die Industrie zusammenpassen

Einige Experten sehen in der Blockchain-Technologie das Potenzial, die Wirtschaft grundlegend zu verändern. Es geht vor allem um Vertrauen und Sicherheit. Also um zwei Voraussetzungen, um den bereits jetzt aufblühenden Markt rund um das Internet of Things weiter zu beflügeln. Doch wie könnte ein im Grunde einfacher Ansatz, Daten zu speichern und zu verwalten, dieses Versprechen erfüllen?

Blockchain | Grundlagen | Industrie

Bild: ©monsitj / Stock.adobe.com

 

Während die Begriffe Digitalisierung und Industrie 4.0 selbst in weite Teile der Gesellschaft vorgedrungen sind, können sich die wenigsten etwas konkretes unter der Blockchain-Technologie vorstellen. Vor allem IT-Fachleute sprechen gar von einer Revolution, ähnlich wie sie einst das Internet mit sich brachte. Speziell in der Finanzbranche erregte die Datenbanktechnologie bereits in Form des Bitcoin Netzwerks Aufmerksamkeit. Doch was steckt eigentlich dahinter? Es geht um Vertrauen und Sicherheit in einer Zeit, in der immer mehr Dinge im Internet of Things (IoT) und Maschinen in der Smart Factory miteinander vernetzt kommunizieren. Grundlegend ist Blockchain eine Datenbank-Technologie zum Speichern und sicherem Management von Daten. Ihren Ursprung hat die Blockchain nach der Finanzkrise 2008 in der Internetwährung Bitcoin, bei der Geldwerte ohne eine zentrale Vertrauensinstanz, also einer Bank, überwiesen werden können. Mittlerweile findet diese Technologie zusammen mit darauf aufbauenden Anwendungen ihren Weg in andere Branchen wie die produzierende Industrie.

Nach heutigem Maßstab sicher

Der Definition nach ist die Blockchain eine unveränderbare, hochverfügbare und verteilte Datenbank, in der alle Daten, die in Sie geschrieben werden, revisionssicher sind und über eine Verschlüsselung vor fremden Zugriff abgeschirmt werden können. Elementare Einheiten sind die Transaktionen, wobei zwei Parteien Informationen austauschen. Die Blockchain ist wie ein Hauptbuch, in das alle Transaktionen eingetragen werden. Das fortlaufende Protokoll dokumentiert chronologisch jede Veränderung eines beliebigen Datenbestands und stellt sicher, dass alle Teilnehmer des Netzwerkes immer die gleiche Kopie der Blockchain besitzen. Nach einer bestimmten Zeit werden die Transaktionen zu Blöcken zusammengefasst und darüber eine Prüfsumme gebildet. Dieser Hash-Wert kann als digitaler Fingerabdruck verstanden werden. Danach werden die Blöcke an die Kette – Blockchain heißt übersetzt Blockkette – angehangen und über ein Peer-to-Peer-Netzwerk verteilt, in dem alle Teilnehmer sowohl Client- als auch Server-Aufgaben übernehmen. Manipulationen und Änderungen an der Datenbank ließen sich daher sofort erkennen und gelten somit als ausgeschlossen.

Mitglieder verifizieren die Daten

Transparenz und Nachvollziehbarkeit sind zwei essentielle Eigenschaften der Datenbanktechnologie, jeder hat jederzeit im Netzwerk die Möglichkeit, die Daten in Echtzeit zu überprüfen und weiß so, was wann wo passiert. Alle Mitglieder des Netzwerks verifizieren sozusagen die Daten. Die dezentrale Natur der Blockchain, also die Verteilung im Netzwerk, hat auch den Vorteil, dass bei einem Ausfall von einem oder mehreren Knoten alle anderen noch genug Kopien vorhalten, um den Datenverlust wieder auszugleichen. Bei einer zentralen Serverstruktur ist es meist mit einigen Herausforderungen und Zeitverlust verbunden, Daten wiederherzustellen.

Offene Netze und Hyperledger

Bei Blockchains kann zwischen verschiedenen Arten unterschieden werden: offene Netzwerke (unpermissioned), wie beispielsweise Bitcoin und Ethereum und private beziehungsweise konsortiale Systeme wie Hyperledger. Diese Unterscheidung ist wichtig, da in offenen Blockchains quasi jeder mitmachen kann, da die Software frei verfügbar und keine besondere Anmeldung notwendig ist. Bei den permissioned ‚Chains‘, welche gerade im Industrieumfeld und Lieferketten von Bedeutung sind, müssen Nutzer vor Zugang ins Netzwerk eine Art Onboarding-Prozess durchlaufen. Diese Legitimation des Nutzers soll sicherstellen, dass nur berechtigte Teilnehmer im Netzwerk kommunizieren. Das Vertrauen in dieser Infrastruktur entsteht vor allem mit dem Onboarding-Vorgang und der Vorteil dieser Blockchain liegt eher im Teilen von Daten (jeder hat exakt denselben aktuellen Informationsstand) oder Protokollieren von Aktionen.

Blockchain-Technologie könnte sich besonders in der Logistik schon bald etablieren.

Bild: ©sdecoret / Stock.adobe.com

Kluge Verträge

Die wohl zukunftsträchtigste Blockchain Anwendung, die derzeit diskutiert wird sind Smart Contacts. Dies sind webbasierte Computerprotokolle, die Verträge abbilden und automatisiert abwickeln. Die Vertragspartner legen in Computeralgorithmen fest, welche Bedingung zu welcher Entscheidung (wenn-dann) führt. Im Produktionsumfeld können beispielsweise Daten aus einer SPS-Steuerung über eine Middleware in die Blockchain geschrieben und somit revisionssicher gespeichert werden. Auch hier können direkt über anschließende Smart Contacts andere Aktionen ausgelöst und somit die Maschine aktiv in den Wertschöpfungskreislauf eingebunden werden.

Anwendungsbeispiele

Heutige Supply Chains erwarten eine hohe Informationsdichte, nach Möglichkeit die Originaldaten eines Produktionsprozesses. Die direkte Anbindung der Maschine soll Datenverlust und Datenmanipulation durch manuelle Eingriffe ausschließen. Innerhalb eines zertifizierten Produktionsprozesses wird dadurch eine kontinuierliche Qualitätskontrolle möglich. Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) und kommende Predictive Maintenance-Standards müssen anfallende Daten in ein vertrauenswürdiges System übernehmen und vorhalten können. Die Anbindung der Maschine an eine Blockchain könnte bestehende Prozesse vereinfachen und auch Abrechnungsmodelle wie Pay-per-Use in Echtzeit ermöglichen. Bisher lag diesen Modellen meist eine Schätzung sowie eine nachträgliche Verrechnung zu Grunde. Im Bereich Logistik könnten Züge oder Schiffe mit eigener digitaler Brieftasche – einem Wallet – ähnliche Abläufe bei der Einfahrt in Bahnhöfe oder Häfen anstoßen. Hier sind zurzeit zahlreiche Inter- und Transaktionen sowie Bezahlvorgänge zwischen Logistikern notwendig. Eine prüfende und verwaltende Zwischeninstanz würde mit Einsatz einer Blockchain überflüssig, Medienbrüche werden durch die Verwendung einer gemeinsamen Datenbasis gemindert und zeitaufwendige Arbeit wie die Verwaltung von Dokumenten beschleunigt. Des Weiteren sind Anwendungen im Asset-Management denkbar, wenn etwa Sensordaten von Maschinen und Anlagen in einer Blockchain gespeichert werden. Plagiate von Bauteilen ließen sich via Blockchain unterbinden und so kostenintensive Rückrufaktionen durch defekte Bauteile vermeiden. Die gesamte Lieferkette wird vertrauenswürdig, weil beispielsweise alle im Rahmen der Fristwahrung gleichberechtigt auf demselben Stand sind und eine durchgängige Nachvollziehbarkeit – beispielsweise des Standorts – zu jedem Zeitpunkt möglich ist. Auch in der Verwaltung und Organisation von Dokumenten ließe sich eine Blockchain einsetzen. Hierbei unterstützt die Technologie bei der für jeden transparenten und manipulationssicheren Ablage von unternehmensübergreifenden Dokumenten. Es können digitale hochverschlüsselte Datenräume geschaffen werden, in denen Informationen ausgetauscht werden können. Es können Berechtigungen vergeben und entzogen werden, beispielsweise Lese-, Schreib- oder andere Nutzungsrechte. Die Datenablage erfolgt dezentral.

Noch ganz am Anfang

Die Blockchain Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, birgt aber enormes Potenzial für alle industriellen, wirtschaftlichen aber auch gesellschaftlichen Bereiche, angefangen von der Digitalisierung von Supply-Chain-Prozessen bis hin zur digitalen Identität im Gesundheitswesen. Unternehmen sollten sich deshalb schon heute mit dem Thema Blockchain auseinandersetzen und abwägen, ob ein Einsatz in ihrem Unternehmen sinnvoll und zweckmäßig ist.

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