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Digitale Plattform für den industriellen 3D-Druck

Blockchain in der additiven Fertigung

| Autor/ Redakteur: Dipl. Betriebswirt Otto Geißler / Peter Schmitz

Erste Praxisfälle beweisen, dass die hoch skalierbare Hyperledger Fabric Blockchain mit ihrer modularen Architektur vielfache Anwendungsmöglichkeiten zu bieten hat. Indessen ist sie mit ihren extrem flexiblen Berechtigungsvarianten auf den jeweiligen Bedarf anpassbar. Steht der Game-Changer nun bereit?

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Im Kern geht es um die Frage, wie sich die hochsensiblen Daten aus der Komponentenfertigung so austauschen lassen, dass das geistige Eigentum der beteiligten Unternehmen jederzeit geschützt bleibt.
Im Kern geht es um die Frage, wie sich die hochsensiblen Daten aus der Komponentenfertigung so austauschen lassen, dass das geistige Eigentum der beteiligten Unternehmen jederzeit geschützt bleibt.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Die fortschreitende Digitalisierung der Prozesskette und additive Fertigung stellt die Fertigungsindustrie vor neue Herausforderungen in Bezug auf die Absicherung der Daten und des garantierten Schutzes geistigen Eigentums. Denn für die Datensouveränität und Nachvollziehbarkeit der Datennutzung benötigen die Partner beim additiven Fertigungsverfahren eine dezentrale Lösung.

Dies wird umso mehr gefordert, wenn die Fertigung zusehends auch dezentral erfolgt. Das heißt, innerhalb globaler Netzwerke müssen Bauteile idealerweise dort produziert werden, wo sie letztlich auch benötigt werden.

Digitales TechCenter für Additive Manufacturing

Auf diesen Zukunftstrend reagiert nun ThyssenKrupp mit der Plattform „Digitales TechCenter für Additive Manufacturing“. Hier kann der Interessent Beratungs- und Konstruktions-Dienstleistungen sowie die Umsetzung von industriellem 3D-Druck für konzerninterne sowie externe Industriekunden erwarten. Als Basis der Plattform soll jetzt eine Blockchain-Lösung dienen.

„Ziel der Plattform ist eine bessere und sichere Abwicklung von 3D-Druck-Aufträgen in globalen Netzwerken als auch eine engere Zusammenarbeit mit unseren Kunden“, unterstreicht Joachim Stumpfe, Innovation Strategy and Projects bei Thyssen Krupp. „Andererseits sehen wir mit unserem Partner IBM ein großes Potenzial, um Anwenderprobleme effizient zu lösen.“

Für dieses Projekt initiierte ThyssenKrupp mit IBM einen Design Thinking Workshop, indem verschiedene Use Cases und deren Anforderungen alternativ diskutiert und überprüft wurden. „Wichtig war uns dabei, dass immer der Mehrwert für den Kunden im Vordergrund stand“, ergänzt Stumpfe.

Industrial Data Space (IDS) und IBM Fabric

Zwei innovative Technologien prägen die digitale Plattform: die Industrial Data Space (IDS) für einen sicheren Datentransfer und die Hyperledger Fabric als Blockchain-Technologie für die Nachvollziehbarkeit und Unveränderbarkeit der einzelnen Interaktionen und Prozessschritte.

Wobei die Hyperledger Fabric als eine „Private Permissioned Blockchain“ definiert wird, die individuell festgelegte Zutrittsberechtigungen ermöglicht, für die sich die Nutzer registrieren und ihre Anonymität ablegen müssen. Dies hat zur Folge, dass sich Zugriffe auf einzelne Daten innerhalb der privaten Blockchain nochmal granular nachtunen lassen, indem sogenannte Unterkanäle beziehungsweise Untergruppen eingeführt werden können.

Flexibilität schafft Vertrauen

Solche flexiblen Berechtigungen sind im B2B-Bereich unabdingbar, um das notwendige Vertrauen herzustellen. Nur auf diese Weise ist es möglich, selbst erbitterte Wettbewerber auf eine Industrieplattform zu locken. Man stelle sich vor, die teilnehmenden Unternehmen wollen unterschiedliche Preisstellungen aushandeln, welche natürlich nicht jeder in der Blockchain sehen darf. Die sogenannte Need-to-Know-Funktion von Hyperledger Fabric erlaubt es dann, dass bestimmte Transaktionen nur für eine bestimmte, vorab definierte Gruppe sichtbar werden.

Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Geschwindigkeit. Im Vergleich zur IBM Fabric entsteht bei der herkömmlichen Blockchain mit der Kryptowährung Bitcoin durch das Verifizieren der Einträge etwa nur alle 10 Minuten ein neuer Block. Da Hyperledger Fabric über kein festes Konsensus-Protokoll verfügt, müssen nicht alle Knotenbetreiber in eine Transaktion eingebunden werden. Das hat wiederum zur Folge, dass sich das Verifizierungsniveau reduziert, was wiederum eine höhere Skalierbarkeit und Geschwindigkeit zulässt.

Was muss die Plattform leisten?

„Für die Anforderungen dieses Projekts war es ganz wichtig zu klären, welche Projektteilnehmer welche Daten sehen dürfen“, betont Sarah Wiederkehr, Managing Consultant IBM Schweiz. „Das heißt, die Blockchain ist nicht offen, sondern geschlossen und eignet sich damit für B2B-Plattformen. Die einzelnen Teilnehmer müssen dafür zugelassen werden und bekommen so eine Identität. Das war in unserem Design Thinking Workshop ein ganz entscheidender Punkt.“

Die zweite wichtige Anforderung war die Datenübertragung. Denn in einem solchen Manufacturing-Prozess werden Dateien wie zum Beispiel CAD-Files vom Kunden an den Engineering-Service-Provider versendet, der wiederum das Druck-File erstellt. Aus dem 3D-Drucker kommen die Daten für Qualität und Druckprozesse. Da diese Daten natürlich zum Teil recht umfangreich sein können, werden sie nicht alle auf der Blockchain gespeichert.

Auf den Connector kommt es an

„Daher entwickelten wir einen Connector, der sich an die Referenz-Architektur der IDS-Association hängt“, so Wiederkehr. „Wir versenden die Dokumente Peer to Peer und beim Sender und Empfänger generieren wir einen Hashwert, um sicher zu stellen, dass nichts verändert wurde. Der Hashwert wird dann auf die Blockchain geschrieben.“

Das bedeutet, dass die Plattform mit dem Connector eine Kommunikations-Schnittstelle zu anderen Teilnehmern im IDS-Netzwerk nutzt. „Bei uns sind diese IDS-Connectoren deswegen relevant, weil sie mit dem Datentransfer auch vertragliche Bedingungen regeln“, sagt Stumpfe. „Der IDS-Connector legt fest, wer die Daten bekommen darf, für welchen Zweck und für welchen Zeitraum. Diese Funktion resultiert aus der Interaktion aus den Technologien der „Private Permissioned Blockchain“ und dem IDS-Netzwerk.“

Die dritte Anforderung ist der Datenschutz. „Gemäß der DSGVO haben wir eine Lösung gefunden, dass keine personenbezogenen Daten auf der Blockchain hinterlegt werden“, sagt Wiederkehr. „Dazu geben wir einen Referenzwert in die Blockchain ein, den der jeweilige Nutzer nicht bei sich entschlüsseln kann.“

Für Unternehmen jeder Größe

Die Plattform-Lösung ist vor allem durch die Integration von industriespezifischem Know-how zur additiven Fertigungstechnik charakterisiert. Zudem bietet sie besondere Materialien und Legierungen, die kleineren Unternehmen nicht zur Verfügung stehen.

Da der 3D-Druck viel Know-how und größere Investitionen in innovative Maschinen erfordert, ist er meist nicht für jedes Unternehmen realisierbar. Die Plattform ermöglicht daher neben großen Firmen auch kleineren Kunden ohne einschlägige Kenntnisse einen schnellen und einfachen Zugang zur additiven Fertigung – bei nur sehr geringen Investitionen.

Darüber hinaus erlaubt sie nicht nur eine bessere Planung sowie einen nachweisbaren Qualitätsstandard über die gesamte Prozesskette. „Über unsere Plattform-Lösung kann alles abgewickelt werden“, so Stumpfe. „Wer möchte, kann das Bauteil auch in Asien ausgedruckt bekommen. Das geht vor allem auch schneller als wenn man es erst umständlich versenden muss. Da die einzelnen Teilnehmer auch über die Kontinente verteilt sein können, ist uns das Thema Datensouveränität und Datensicherheit natürlich ganz besonders wichtig.“

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