OpenLabDays

16. Mai 2019 – abgeschlossen

14. November 2019 – abgeschlossen

25. März 2020

Für sämtliche Fragen, Ideen und Mehr rund um die Thematik „Moderne, sichere Produktionsanlagen“ bietet der OpenLabDay die perfekte Plattform. Bei dieser Veranstaltung bieten Wissenschaftler*innen aus den Projekten CyberProtect und RoboShield, welche sich mit den verschiedenen Aspekten der Sicherheit in Produktionsprozessen beschäftigen, Einblicke in aktuelle Forschungsergebnisse und neuste Technologien wie MRK und KI. In der Form von Keynotes, Fachvorträgen, robotischen Demonstratoren, Testbeds und direktem Austausch mit den anwesenden Wissenschaftler*innen besteht die Gelegenheit, verschiedenste Aspekte der Sicherheit (Safety, Security und Privacy) besser kennenzulernen und mögliche Fragen oder Ideen zu diskutieren. Darüber hinaus gibt es u. a. auch konkrete Angebote für Firmen sowie Möglichkeiten sich über QuickChecks oder Pilot-Demonstratoren an den Projekten zu beteiligen.

Inhalte

  • Vorträge zu neuen Methoden und Technologien für mehr Sicherheit in komplexen Produktionsumgebungen
  • Zahlreiche, robotische Demonstratoren und TestBeds für Security, Safety und Privacy
  • Informationen zu Teilnahmemöglichkeiten über QuickChecks, Schulungen Pilot-Demonstratoren sowie natürlich dem Austausch mit den Wissenschaftlern vor Ort

OpenLabDay 3

Datum: 25.03.2020

Ort: Fraunhofer IPA, Nobelstr. 12, 70569 Stuttgart.

Am Mittwoch den 25.03.2020 findet am Fraunhofer IPA in Stuttgart der dritte OpenLabDay der Projekte CyberProtect und RoboShield statt. Hierbei können Besucher durch Fachvorträge, live Demonstratoren und im Gespräch mit den Experten erfahren, wie moderne, robotische Produktionsanlagen in Zukunft sicherer gemacht werden können.

Highlights

QuickChecks – Ist bei Ihnen alles sicher?

Die QuickChecks im Rahmen der Projekte CyberProtect und RoboShield sind ein kostenloses, individuelles Angebot mit dem Fokus auf Sicherheit (Safety, Security, Privacy) in der Produktion für Firmen aus Baden-Württemberg. Die QuickChecks adressieren die immer komplexere IT-Sicherheit in der Produktion (Security). Unsere Experten helfen Ihnen dabei, kritische Komponenten in Ihrem System zu identifizieren und beraten Sie in Hinblick auf mögliche Lösungen, sodass Sie dennoch weiterhin die Vorteile neuer Technik sicher nutzen können. Gemeinsam können wir prüfen, ob für Ihre Anwendung der Einsatz von MRK, KI oder OpenSource von Vorteil ist und ob dadurch bzw. welche möglichen Risiken entstehen (Safety und Security). In modernen, industriellen Fertigungsprozessen werden an vielen Stellen Daten erfasst. Wichtig ist es möglicherweise versteckte personenbezogene Daten zu identifizieren und diese zu schützen, ohne die Wirksamkeit der Produktion einzuschränken (Privacy). Gerne unterstützen wir dabei solche Daten zu identifizieren und sie zu schützen.

Wirtschaftlichkeitssteigerung in der sichereren Mensch-Roboter-Kollaboration

Der Kunde besitzt derzeit noch kein dediziertes Wissen und keinen Erfahrungsschatz zur Einführung von MRK-Applikationen (Mensch-Roboter-Kollaboration) in der industriellen Produktion. Gemeinsam mit Experten des Fraunhofer IPA sollen im Rahmen des Technologieservice mehrere Ziele verfolgt werden:

  • Abschätzung der Produktivität einer roboterbasierten, hybriden Automatisierungslösung mittels Simulation unter Berücksichtigung normativer Rahmenbedingungen wie Sicherheitsabstände, sichere Robotergeschwindigkeiten, Schutzbereichsverletzungen, usw.
  • Empfehlungen zur Steigerung der Produktivität auf Basis der zuvor erarbeiteten Ergebnisse
  • Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von MRK-Lösung (ROI-Betrachtungen)
  • Strukturierte Einführung in die normativen Rahmenbedingungen bei der Entwicklung und Implementierung von MRK-Arbeitsplätzen (Wissen aufbauen durch “Learning by Doing”)

Lernlabor Cybersicherheit - Weiterbildung im Bereich IT-Sicherheit

Das Lernlabor Cybersicherheit bietet ein berufsbegleitendes, praxisnahes Weiterbildungs- und Schulungsangebot zum Thema IT-Sicherheit an. Insbesondere existieren Schulungen mit speziellem Fokus auf die IT Sicherheit in Produktionsumgebungen. Damit Schulungsteilnehmer die in der Theorie gelernten Inhalte noch während der Schulung in der Praxis einsetzen können, wurde ein praxisnaher Schulungsaufbau entwickelt. Der Aufbau enthält einen Prozess der durch verschiedene industrielle Steuerungskomponenten gesteuert wird. Dabei kommen mehrere industrielle Protokolle wie Profinet, S7 und OPC UA zum Einsatz.

KI-gestützte, kollaborative Montage komplexer, mechatronischer Baugruppen

Im Demonstrator „KI-gestützte Montage„ wird am Beispiel der Montage einer Baugruppe die Vorteile von intelligenten Softwarekomponenten in einer dynamischen Automatisierungsapplikation präsentiert. Mittels eines KI-basierten Vision Systems werden beliebig positionierbare Bauteile klassifiziert und lokalisiert. Hierbei wird automatisiert das für die Montagesequenz notwendige nächste Objekt identifiziert und vom Roboter gegriffen.

Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration durch Geschwindigkeitsanpassung und intelligente Bahnplanung

Der Demonstrator zeigt, wie feste Sicherheitszonen zum Verlangsamen und Stoppen eines Roboters durch eine dynamische Geschwindigkeitsanpassung auf Basis kontinuierlicher Abstandsüberwachung ersetzt werden können. Eine intelligente Bahnplanung ermöglicht Roboterbewegungen, welche möglichst wenig mit den erwarteten Bewegungen des Menschen interferieren. Außerdem werden Techniken zur sicheren Handführung präsentiert.

CARA – automatisierte Risikobeurteilung mittels Regel-basiertem Expertensystem

Bei CARA handelt es sich um ein Regel-basiertes Expertensystem, das die Risikobeurteilung bei Mensch-Roboter-Kollaborationsapplikationen unterstützen soll. In einem ersten Schritt identifiziert das System mögliche Gefährdungen, für die es in einem weiteren Schritt geeignete Schutzmaßnahmen vorschlägt. Sollten sich für eine konkrete Anwendung mehrere Schutzmaßnahmen als geeignet erweisen, erfolgt eine Priorisierung auf Basis der Auswirkungen auf Kosten, Zykluszeit und Flexibilität der Anlage. Neben dem unterstützenden Einsatz bei der Risikobeurteilung kann CARA darüber hinaus in der frühen Designphase zum Einsatz kommen, um Kosten und Zykluszeit abzuschätzen. Die Funktionsweise von CARA kann im Rahmen eines CARA-TestBeds, bspw. im Rahmen der Open-Lab-Days, begutachtet werden.

Angreifbarkeit von unzureichend geschützter Kommunikation in ROS

Der Demonstrator präsentiert das Szenario „KI-basierte Erkennung und Klassifikation von Schrauben mittels eines tiefen neuronalen Netzes“. Beispielhaft werden in diesem Best Practices für die Nutzung des Open Source Frameworks ROS2 dargestellt. Des Weiteren zeigt der Demonstrator die Problematik einer fehlenden Absicherung in einem Netzwerk am konkreten Beispiel einer Man-in-the-Middle-Attack mit direkter Auswirkung auf die Klassifikation. Durch Nutzung der zuvor integrierten Schutzmechanismen , auf Basis der Best Practices, wird präsentiert, wie mit minimalem Aufwand das bestehende Risiko drastisch reduziert werden kann.

QSelect – Verschlüsselte Videodokumentation für die interaktive Qualitätssicherung

Der Demonstrator QSelect mit integriertem 4Crypt Video bildet drei Arbeitsschritte der Qualitätssicherung ab. Im ersten Schritt werden Bauteile, hier eine lackierte Motorhaube, auf Fehler geprüft und diese digital direkt am Werkstück markiert. Im zweiten Schritt wird das Bauteil in der Nachbesserung behandelt. Die gefundenen Fehler werden dabei millimetergenau auf das Bauteil projiziert. Sobald ein Fehler ausgebessert wurde, wird dies wieder digital im System gespeichert, sodass Fehler durchgängig dokumentiert sind. Der dritte Baustein ist die verschlüsselte Videodokumentation kritischer Arbeitsschritte, 4Crypt Video. Diese kommt bspw. zum Einsatz, um die Kontrolle einer Schweißnaht zu dokumentieren.

Wandlungsfähige, flexible Produktion durch flexible Sicherheitskonzepte

Anhand des Demonstrators wird gezeigt, wie flexible und zugleich wirtschaftliche Produktionsanlagen im Umfeld der Mensch-Roboter-Kollaboration möglich sind. Dazu werden in dem Demonstrator neue Sicherheitstechnologien genutzt, um den Arbeitsplatz eines Menschen im Umfeld von stationären und mobilen Robotern abzusichern. Unter anderem wird demonstriert, wie sichere, drahtlose Kommunikation und sichere Lokalisierung genutzt werden können, um die Schutzfelder eines stationären Roboter mit dem eines mobilen Roboters zu verschmelzen.

Automatisierte Sicherheitskonfiguration - Sicherer Zustandsautomat

Im Rahmen dieses Teilprojekts wurde ein Regel-basiertes Expertensystem entworfen, das auf Basis der Sicherheitsressourcen, des Prozessablaufs und eines Regelwerks aus Sicherheitsverhalten das Sicherheits-SPS Programm für die Anlage erstellt. Um dies zu ermöglichen, werden Ressourcen mit Sicherheitsfähigkeiten verknüpft und in einer Datenbank abgelegt. Das Sicherheitsprogramm selbst wird aus sicheren Zuständen und Sicherheitsverhalten aufgebaut und kann auch über unsichere Signale aus der Prozesssteuerung getriggert werden. Mit diesen Fähigkeiten ist das Programm für den unterstützenden Einsatz bei der Erstellung von Sicherheitsprogrammen für F-PLC und bei der Parametrierung von Sicherheitskomponenten vorgesehen.

Automatisierungspotentialanalysen zur Bewertung bisher manueller Montageschritte

Die Automatisierungs-Potenzialanalyse des Fraunhofer IPA erlaubt es, systematisch Möglichkeiten zu identifizieren, wie bisher manuelle Montagebereiche durch Automatisierung rationalisiert werden können.
Zunächst wird im Rahmen einer APA der Ist-Zustand in der Produktion vor Ort erhoben. Mithilfe eines eigens hierfür entwickelten Analysetools wird jeder Montageschritt, respektive Prozessschritt sowohl auf seine technische Machbarkeit als auch auf die erzielbaren Einsparungen untersucht. Ergebnis ist eine nachvollziehbar dokumentierte Aussage zur Automatisierbarkeit für jeden untersuchten Montageschritt/-prozess.

ISuTest - Industrial Security Testing in modernen Produktionsanlagen

In modernen Produktionsanlagen spielen industrielle Automatisierungs- und Kontrollsysteme (IACS) eine große Rolle. Durch fortschreitende Vernetzung gewinnt außerdem ihre Robustheit und Sicherheit an Bedeutung. Das hier vorgestellte TestBed legt den Fokus auf Sicherheit im Sinne von Security: Schutz vor absichtlichen Angriffen eines Menschen. Hochvernetzte IACS sind anfällig für Angriffe aus der Ferne, da sie zum einen für einen Angreifer aus dem Netzwerk zu erreichen sind und zum anderen Einfluss auf den Produktionsprozess nehmen können. So besteht für einen Angreifer prinzipiell die Möglichkeit ohne physischen Zugang Schäden am Produktionsprozess zu erwirken.

KI-basiertes, intelligente Schutzfeld für kollaborative Schraubmontage

In dieser kollaborativen Schraubanwendung arbeiten Mensch und Roboter Hand in Hand. Die Position der frei platzierten Bauteile wird automatisch erkannt. Sobald der Werker eine Schraube einsetzt, wird sie als Aufgabe für den Schrauber des Roboters vorgemerkt. Dank 3D-Kollisionsvermeidung steuert der Roboterarm stets die ihm nächste erreichbare Schraube an und verschraubt sie. Mittels tiefer neuronaler Netze kann das System erkennen ob sich ein autorisierter und geschulter Werker, eine unautorisierte Person oder niemand im Arbeitsbereich aufhält. Dabei wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters entsprechend angepasst, um die Sicherheit der Anwender sicherzustellen.

Überwachungsroboter: Niedliches Spielzeug oder gefährliches IoT-Gerät?

Anhand des Demonstrators wird exemplarisch gezeigt, welche Auswirkungen der Einsatz von unausgereiften Sicherheitsmechanismen haben kann. Die vom Hersteller des gezeigten Roboters eingesetzten Mechanismen entsprechen nicht dem Stand der Technik und konnten von den Forschern innerhalb kürzester Zeit gebrochen werden, sodass es Ihnen möglich war den Roboter zu kontrollieren, auch ohne sich zuvor zu authentifizieren.

Nutzungskontrolle in einem Predictive-Maintenance-Szenario in der Produktion

Der Demonstrator zeigt die Herstellung geheimer Rezepturen aus den Inhalten unterschiedlicher Tanks. Ein externer Dienstleister erhält Zugriff auf Prozessdaten, um die Anlage zu warten, soll aus diesen Daten allerdings keine Rückschlüsse auf Rezepturen ziehen können. Die Anlage ist als OPC UA-Server implementiert, die Wartungskonsole als OPC UA-Client. Beide Komponenten sind in eine Nutzungskontrollinfrastruktur eingebettet. Diese ermöglicht die Durchsetzung von Zugriffs- und Nutzungseinschränkungen auf Daten – auch noch nachdem der initiale Zugriff erfolgt ist. Mittels Nutzungskontroll-Policies kann bspw. die Update-Rate vergröbert werden, mit welcher der externe Dienstleister lesend auf die Prozessdaten zugreifen kann, oder auch die Speicherdauer von Datenpunkten beim Dienstleister. Somit können in der Anlage angemischte Rezepturen gegenüber dem Dienstleister verschleiert werden.

Adaptives Robustheits-Monitoring komplexer Softwaresysteme

Das TestBed zeigt einen architekturgetriebenen Ansatz zur Absicherung von KI-Verfahren auf Basis von Domänenwissen. Als konkretes Szenario wird eine KI-Komponente zur Objekterkennung betrachtet, die durch unerwartete Ereignisse in der operativen Umgebung (z. B. Helligkeitsänderungen) inakkurate Ausgaben erzeugt. Das TestBed soll veranschaulichen, wie durch a priori Wissen über die Domäne und adaptive architekturgetriebene Mechanismen, als Reaktion auf unerwartete Ereignisse, eine Absicherung von KI-Verfahren erzielt werden kann.

OpenLabDay 2 - abgeschlossen

Datum: 14.11.2019  14:00 – 18:00 Uhr

Ort: House of Living Labs (HoLL), FZI Forschungszentrum Informatik, Haid-und-Neu-Strasse 5a, 76131 Karlsruhe

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Agenda

OpenLabDay 1 - abgeschlossen

Datum: 16.05.2019

Ort: Fraunhofer IPA, Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart

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