Sensoren fällt in der vernetzten Produktion u.a. die Aufgabe zu, verlässliche Daten über den Zustand der Maschinen und ihrer Komponenten sowie über die (nähere) Umwelt bereitzustellen. Die Herausforderung besteht nun darin, die Genauigkeit der Sensordaten zu messen und überdies zu verhindern, dass die Daten manipuliert werden. Dabei übernehmen Digitale Kalibrierscheine eine wichtige Funktion – insbesondere für die sichere digitale Identifizierung der Maschinen und Komponenten bis hin zu Digitalen Zwillingen1http://metrologie-digital.de/sichere-datenkommunikation-und-digitale-identitaeten-durch-metrologie-1
Die Herausforderungen nehmen bei Sensornetzwerken zu, die über Fabrik- und Unternehmensgrenzen hinweg kommunizieren und interagieren. Diesem Thema nimmt sich das Paper Metrological Challenges in Collaborative Sensing: Applicability of Digital Calibration Certificates an.
Zur Zielsetzung:
In diesem Beitrag schlagen wir eine konzeptionelle Lösung zur Verbesserung der Rückverfolgbarkeit von Messungen in IoT-Sensornetzwerken vor. Kurz gesagt, basiert unsere Lösung auf der Verwendung von kryptografischen Gerätekennungen, digitalen Kalibrierungszertifikaten (DCCs) und dem digitalen SI-Datenmodell (D-SI), um die Messdaten von IoT-Sensoren mit Kalibrierungsinformationen anzureichern und damit die Vertrauenswürdigkeit der Daten zu verbessern, d.h. durch die Validierung der Unsicherheit, Integrität und Authentizität von Sensormessdaten.
Die Bedeutung genauer und valider Messdaten lässt sich am Beispiel der Automobilindustrie illustrieren. Bei der Montage der Teile ist es entscheidend, dass alle Hersteller der Lieferkette auf ihre Werkstücke mit gleicher Genauigkeit der Längenmessung zugreifen können. Kommt es zu Problemen, z. B. weil die gefertigten Teile nicht ihre spezifizierten Toleranzen einhalten, muss die Ursache für das Problem ermittelt werden, um weitere Kosten und Verzögerungen zu vermeiden.
Das Fehlen eines Standards für maschinenlesbare digitale Kalibrierinformationen, der die gesamte Kalibrierkette von nationalen Messnormen bis hin zu Low-Cost-Sensoren abdecken würde, führt dazu, dass die Verwendung von Kalibrierinformationen in verschiedenen Systemen eingeschränkt ist. Daher müssen die Kalibrierdaten häufig noch manuell in die Datenmanagementsysteme eingegeben werden, was für Sensornetzwerke mit einer großen Anzahl von Sensoren zu kompliziert und arbeitsintensiv ist.
Auch dann, wenn die Sensoren die Daten genau gemessen haben, bleibt die Gefahr, dass sie beim Versenden manipuliert werden. Um das zu verhindern, sollen die IoT-Geräte schon während ihrer Herstellung mit einem kryptografisch verschlüsselten Identifier ausgestattet werden. Das ist heute schon mit Secure Device Identifiers (DevIDs) auf Basis des IEEE 802.1AR-2018 möglich. Nachteilig daran ist, dass über den Public Key Dritte den Informationsfluss nachverfolgen und die Datenquelle ermitteln können. Eine Lösung verspricht der Einsatz von Selbstsouveränen digitalen Identitäten und bestätigten digitalen Nachweisen. Momentan arbeiten laut den Autoren des Papers die Gruppen W3C Device Identifiers und Web of Things an einem Standard für digitale Identitäten von IoT-Geräten. Das gleiche Ziel verfolgt die Alliance for Internet of Things Innovation (AIOTI)2https://euagenda.eu/upload/publications/identifiers-in-internet-of-things-iot.pdf
In dem Projekt Metrology for Factory of the Future (Met4FoF) soll ein Kalibrierverfahren für industrielle Sensoren entwickelt werden, das dynamische Messungen wie Beschleunigung, Kraft und Druck mit digitaler Datenausgabe (Datenströme) und interner digitaler Vorverarbeitung unterstützt, und darüber hinaus noch die Extrapolation der Messunsicherheit von individuell kalibrierten Sensoren auf andere Individuen des gleichen Typs mittels Co-Kalibrierung und statistischer Modellierung ermöglicht.
Das Projekt SmartCom zielt darauf ab, eine Basis für einen globalen Standard für digitale Kalibrierungszertifikate (DCC) sowie ein standardisiertes Datenmodell und Darstellungsformat für metrologische Daten zu entwickeln3https://www.ptb.de/empir2018/fileadmin/documents/empir/SmartCom/documents_for_download/SmartCom_17IND02_PublishableSummary.pdf. In eine ähnliche Richtung bewegt sich das Projekt GEMIMEG II, das von dem Bundeswirtschaftsministerium finanziell unterstützt wird. Ein wesentliches Vorhaben des Projektes ist die Schaffung sicherer digitaler Identitäten für Sensoren und Digitale Zwillinge. Hierfür soll der Digitale Kalibrierschein (DCC) um Mechanismen des sicheren Identitätsmanagements ergänzt werden.
An allen Projekten ist die Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig federführend beteiligt.
Soviel steht fest: Die Metrologie wird ein unverzichtbarer Bestandteil bei der Einführung sicherer Digitaler Identitäten für Geräte, Maschinen und Komponenten sein.