Sichere Kommunikation in der Fertigung

In den Hallen des über 150 Jahre alten Fabrikgeländes riecht es nach Gummi. Hier stellt Arntz Optibelt Hochleistungs-Antriebsriemen und -systeme her. Mit einer langen Tradition und dem Fokus auf Qualität und Innovation hat sich das Unternehmen einen Namen in der Antriebstechnik erworben. Bei einem Gang durch das zentrale Prüffeld lässt sich feststellen, wo die Produkte überall zum Einsatz kommen. Fahrräder mit Riemenantrieb stehen im Gang.

In einem Prüffeld wird gerade ein Dauertest mit einem Aufsitzrasenmäher durchgeführt. Ein anderer Raum bietet Platz für ein Transportband. Gegenüber wird es laut. Zwischen zwei großen Motoren wurde ein überdimensionierter Antriebsriemen gespannt; die Testmaschine nimmt fast den gesamten Raum ein.

Das Ziel: Produktionsprozesse überwachen und optimieren

 Wer aufmerksam durch die Fabrikgebäude geht, sieht sie an jeder Stelle: kleine Schaltschränke, die meist unter der Decke angebracht sind und in denen sich Netzwerktechnik befindet. Das war nicht immer so. Vor über zehn Jahren bekamen Maik Hagemeyer und seine Kollegen aus der Betriebsmittelentwicklung die Aufgabe, ein System zur Maschinendaten- respektive Betriebsdatenerfassung (MDE/BDE) einzuführen. Die Fabrik sollte also digitaler werden.

„Dass das mit einem klassischen IT-Netzwerk nicht funktioniert, stellte sich schnell heraus“, so Hagemeyer. Es gab zahlreiche Insellösungen und Behelfskonstrukte. Zudem war das Netzwerk instabil und konnte als Class-C-Netzwerk lediglich eine begrenzte Anzahl an Teilnehmern integrieren. Es musste folglich ein stabiles und zuverlässiges Produktionsnetzwerk aufgebaut werden. Dabei stand die ausfallsichere Datenverbindung zu den Maschinen im Fokus, um die Fertigungsprozesse besser überwachen und optimieren zu können.

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Kathrin Veigel

Die Umsetzung: hochverfügbare Switching-Infrastruktur verbindet IT und OT

Um diese Herausforderung zu bewältigen, wandte sich Arntz Optibelt an die Netzwerkspezialisten von Phoenix Contact. Gemeinsam wurde ein umfassendes Netzwerkkonzept für den Produktionsstandort Höxter entwickelt. „Wir haben im ersten Schritt großen Wert auf die Verfügbarkeit gelegt“, berichtet Martin Hecker, der das neue Netzwerk bei Arntz Optibelt seitens Phoenix Contact entworfen hat. Dazu wurde die IT über eine hochverfügbare Switching-Infrastruktur mit der OT verbunden. Jede Halle ist mit einem eigenen Netzwerksegment angebunden. Um die Ausfallsicherheit zu erhöhen, ist die Anbindung redundant ausgelegt. In den Fertigungshallen sind die Netzwerk-Teilnehmer in Ringstrukturen verbunden, die durch gängige Industrieprotokolle abgesichert werden. Die dafür notwendige Netzwerktechnik kam ebenfalls von Phoenix Contact.

Damit das Konzept den Anforderungen entspricht, wurde es zunächst in einem Pilotbereich getestet. Nach der erfolgreichen Prüfung wurde das Netzwerk sukzessive auf weitere Produktionsstandorte in China, Rumänien, Mexiko und andere deutsche Standorte ausgerollt. Das Netzwerk-Design war von Anfang an so konzipiert, dass der Schwerpunkt zwar auf der Verfügbarkeit liegt, jedoch gleichzeitig eine zukünftige einfache Erweiterung der Netzwerksicherheit im Rahmen der laufenden Modernisierung möglich ist.

Das Ergebnis: Mikrosegmentierung schützt vor Cyber-Angriffen

Genau diese Weitsicht kam den Beteiligten wenige Jahre später zugute, als die IT zusätzliche Anforderungen an die Security des Fertigungsnetzwerks stellte. „Inzwischen ist unser Produktionsnetzwerk systemkritisch geworden. Wenn es ausfällt, steht die Fertigung“, erklärt Maik Hagemeyer. Security wurde somit zu einem kritischen Faktor. Die IT wollte alle Kommunikationsbeziehungen, die zwischen den Hallen sowie zwischen Hallen und dem überlagerten IT-Netzwerk stattfinden, über Firewalls regulieren. Nach einer gemeinsamen Beratung fand das Expertenteam von Arntz Optibelt und Phoenix Contact eine gute Lösung.

Eine klassische IT-Firewall routet in die Subnetze und überwacht die Kommunikationsbeziehungen zwischen Produktion und IT sowie zwischen den Subnetzen/VLANs. Darüber hinaus wurde eine Mikrosegmentierung eingeführt: Jede einzelne Fertigungsanlage wird durch industrielle Security-Router weiter geschützt. So lassen sich Broadcaststürme verhindern und Zugriffe in die Profinet-Anlagen absichern. Dieser zusätzliche Schutz des Produktionsnetzwerks kam gerade noch rechtzeitig: 2024 wurde Arntz Optibelt Ziel eines starken Cyber-Angriffs, der auch Teile der IT lahmlegte. Zum Glück konnten die Angreifer aufgrund des sicheren Netzwerkkonzepts nicht auf das Fertigungsnetzwerk zugreifen.

Der Vorteil: Generierung individueller Firewall-Regelsätze

Um das wachsende Netzwerk gut managen zu können, setzt Arntz Optibelt inzwischen auf ein professionelles Netzwerkmanagement. Mit der Netzwerkmanagementsoftware von Phoenix Contact lassen sich die im Feld eingesetzten Geräte einfach konfigurieren und überwachen sowie Firewall-Regelsätze basierend auf den Kommunikationsbeziehungen generieren. Gemeinsam mit Arntz Optibelt sind hier neue Wege beschritten worden. Die Software zum Gerätemanagement wurde flexibel auf einer containerbasierten Plattform umgesetzt. „Das ist das Schöne an der Zusammenarbeit. Wir lernen und profitieren voneinander“, berichtet Maik Hagemeyer.

Insgesamt standen die Spezialisten von Phoenix Contact im kompletten Ablauf zur Seite. Martin Hecker: „Wir haben das Netzwerk-Design erstellt sowie am Standort Höxter beim Rollout unterstützt. Die Mitarbeitenden von Arntz Optibelt sind von den Kollegen und mir geschult und bei der Weiterentwicklung des Netzwerks begleitet worden. Außerdem haben wir neue VLANs angelegt und bei der Identifizierung von Netzwerkstrukturen sowie dem Monitoring und der Konfiguration geholfen.“ Die Installation des Netzwerks lief ebenso gemeinsam ab. Die vielen Switch-Boxen, die überall in der Produktion verteilt montiert worden sind, wurden bereits fertig von Phoenix Contact geliefert. Inzwischen wird bereits die dritte Generation von Switch-Boxen eingesetzt, bei deren Entwicklung die Erfahrungen von Arntz Optibelt maßgeblich mit eingeflossen sind.

„Die Kooperation mit Phoenix Contact macht wirklich Spaß. Unser nächstes gemeinsames Projekt ist bereits in Arbeit“, berichtet Maik Hagemeyer. Im Projekt entwickelt das Team ein standardisiertes Fernwartungskonzept, um sicher auf Maschinen zugreifen zu können. Auch hier wird wieder eine Lösung von Phoenix Contact zum Einsatz kommen.