Plattform des Vertrauens Blockchain in der Industrie

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Die Blockchain-Technologie qualifiziert sich ideal für die zahlreichen Herausforderungen einer vernetzten Industrie 4.0. Denn sie hat das Potenzial, zentrale Plattformen abzulösen und automatisierte, organisationsübergreifende sowie vertrauenswürdige Workflows zu etablieren.

Die Industrie 4.0 steht für eine umfassende Digitalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen. Dies setzt jedoch voraus, dass innerhalb des Netzwerks Vertrauen in eine manipulationsfreie und nachvollziehbare Abwicklung von Liefer-, Produktions- und Finanztransaktionen herrscht. Use Cases resultieren unter anderem aus den Bereichen der automatisierten Auftragsabwicklung zwischen Maschinen, des flexiblen Supply Chain Managements oder der Protokollierung von Daten und Rechten.

Transparenz und Qualitätssicherung

Auf diese Weise schafft die Blockchain eine sogenannte Plattform des Vertrauens zwischen allen Teilnehmern, weil sie in der Lage ist, spezifische Messwerte, Materialqualitäten, Produkteigenschaften, Rechte oder Vertragsinformationen unumkehrbar und für alle dafür Berechtigten transparent zu dokumentieren und nachzuweisen. Mithilfe der Blockchain lassen sich also mögliche Fehler rechtzeitig entdecken und beheben, damit nur einwandfreie Bauteile und Produkte das Unternehmen verlassen.

Dadurch kann der gesamte Produktionsprozess zurückverfolgt und beispielsweise kostspielige Reparaturen im After-Sales-Service vermieden werden. Da die Daten in der Blockchain immer dezentral vorhanden sind, lassen sie sich fortwährend teilen und miteinander abstimmen. Dies ist natürlich auch organisationsübergreifend und in der gesamten Wertschöpfungskette möglich.

Voraussetzungen für die Nutzung im Industrieumfeld

Für die Blockchain muss eine Infrastruktur errichtet werden, um allen Teilnehmern den Zugang zu gewährleisten. Hier wird zwischen Public und Private Blockchain-Infrastrukturen unterschieden. Bei einer Private Blockchain sind alle Teilnehmer bekannt und deren Infrastruktur wird vom Unternehmen selbst betrieben oder von einem Cloud-Anbieter komplett für ein privates Blockchain-Netzwerk als „Blockchain as a Service“ zur Verfügung gestellt.

Die Anwender können aber auch auf Public Blockchains zurückgreifen, um Produktionsdaten dort abzuspeichern. Hierfür fallen mit jeder Transaktion, die in die öffentliche Blockchain geschoben wird, natürlich Gebühren an. Eine Blockchain kann auch gemeinsam mit dem Kundennetzwerk betrieben werden, so dass die Kunden jederzeit überprüfen können, ob qualitätsrelevante Daten entstanden sind.

Eine Blockchain der ersten Generation arbeitet mit dem Konsensus-Algorithmus „Proof of Work“. Das bedeutet, es muss eine beweisbare Rechenarbeit ausgeführt werden, um Transaktionen zu bestätigen.

Damit ist die Blockchain zwar gut gegen Hacker gewappnet, verbraucht aber extrem viel Energie und ermöglicht nur eine sehr niedrige Transaktionsfrequenz. Dieses Konzept ist daher für eine breite, industrielle Anwendung nicht geeignet. Nicht zuletzt, da sich im Zusammenspiel mit dem Internet of Things (IoT) neue Anwendungen ergeben.

Wesentlich schneller und energiesparender ist der Konsensus-Algorithmus „Proof of Stake“. Hier können im Grunde alle Teilnehmer an der Verifizierung einer Transaktion beteiligt werden. Wobei die Auswahl der infrage kommenden Validierer jedes Mal neu deterministisch durch Pseudozufall erfolgt. Beispiele dieser neuen Generation von Blockchain-Protokollen sind unter anderem Eosio, Stellar, NEM, Æternity, Neo, Iota oder Hyperledger.

Internet of Things und Smart Contracts

Moderne Industrieunternehmen erstellen digitale Zwillinge ihrer Produktion und Supply Chain. Das heißt, es wird ein digitales Abbild erzeugt, das unter anderem genau anzeigt, an welcher Stelle sich der Prozess gerade befindet. Damit sollen Prozesse als auch der Einsatz von Ressourcen optimiert und Ausfälle minimiert werden.

Zu diesem Zweck eignen sich beispielsweise intelligent geplante Instandhaltungspausen. Um die Supply Chain gut abzubilden, werden in maschinellen Anlagen, Fahrzeugen, Lagern entlang der Wertschöpfungskette immer mehr IoT-Komponenten implementiert, die die Vernetzung der Produktion mit den Lieferketten vorantreiben.

Hinzu kommt, dass zukünftig die industriellen Unternehmen zusehends mehr die Leistung einer maschinellen Anlage verkaufen und nicht mehr die Maschine an sich. Dafür speichert die Maschine ihre Daten in die Blockchain, sodass für die berechtigten Teilnehmer immer klar ist, welchen Output sie zu welchen Bedingungen erbracht hat. In der Folge erwirkt das System automatisch eine Rechnung an den Kunden. Die Technologie, die hinter diesem Vorgang steckt, heißt Smart Contract.

Denn innerhalb einer Blockchain ist es möglich, diese sogenannten Smart Contracts auszuführen. Das geschieht, wenn an einem Knotenpunkt ein definierter Wert erreicht oder eine Transaktion ausgeführt wurde, löst das an einem anderen Knotenpunkt einen anderen Prozess oder eine andere Transaktion aus. So lassen sich Abläufe zwischen Teilnehmern innerhalb einer Wertschöpfungskette mit nicht korrumpierbar abgespeicherten Daten stetig weiter automatisieren.

Das heißt, die Blockchain bietet für alle Teilnehmer eine Basis des Vertrauens für automatisierte Maschine-zu-Maschine-Prozesse (M2M) in einer gemeinsamen Wertschöpfungskette. Letztlich entsteht so eine vernetzte Produktion durch einen Austausch von Aufträgen mit deren Ausführung und Bezahlung. Smart Contracts erlauben insbesondere auch eine kostengünstige und automatisierte Abwicklung von kleineren Transaktionen im Bereich der CPS (Cost-per-Sale).

Anwendungsbeispiele der Blockchain

Die Blockchain eignet sich geradezu ideal als Basis des Vertrauens für die additive Fertigung. Sollen zum Beispiel Ersatzteile mit 3D-Druckern ausgedruckt und geliefert werden, kann die Blockchain dem ursprünglichen Hersteller den originalgetreuen Druck und die Lieferung mit dem korrekten Volumen fälschungssicher protokollieren.

Wenn bei Industrieunternehmen freie Maschinenkapazitäten brach liegen, können per Blockchain andere Unternehmen darauf zugreifen. Das heißt, die Blockchain-Technologie bildet hier ebenfalls eine Instanz des Vertrauens, damit Hersteller unternehmensübergreifend von einer optimalen Auslastung ihrer maschinellen Anlagen profitieren können.

Die Technologie stellt dann dem jeweiligen Kunden beispielsweise Daten über Reinigungszyklen, Desinfektion und die Einhaltung von vorgeschriebenen Temperaturen zur Verfügung, welche direkt aus der Maschine manipulationssicher nachweisbar sind. Somit wird die Blockchain-Technologie als Vertrauens- und Netzwerkinfrastruktur zu einem wichtigen Wegbereiter für die Industrie 4.0.

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