Transparente, nachvollziehbare Prozesse entlang der Wertschöpfungskette

Blockchain und das Internet der Dinge

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Mit der zunehmenden Verbreitung von Internetzugängen, Cloud-Computing und den sinkenden Kosten des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) ist es inzwischen möglich, Daten effektiv zu erzeugen, zu verwalten und zu kommunizieren. Durch die Kombination aus einer Blockchain und dem Internet der Dinge unterstützt Siemens die Lebensmittel- und Getränkeindustrie jetzt dabei, von mehr Transparenz in der Wertschöpfungskette zu profitieren.

Produktrückrufe aufgrund von Qualitätsmängeln, gefälschte Produkte und gestiegene Erwartungen der Verbraucher an die Transparenz von Herkunft und Produktionsverfahren sind zentrale Herausforderungen, mit denen die Lebensmittel- und Getränkeindustrie seit Langem zu kämpfen hat.

Aus all diesen Gründen wird schon seit einiger Zeit nach einer geeigneten Lösung gesucht, mit der die Prozesse entlang der Wertschöpfungskette transparent gemacht werden können, ohne die Sicherheit der Produkte und Informationen zu gefährden. Dazu müssen jedoch Daten aus unterschiedlichsten Quellen vom Anbau über Transport, Lagerung und Verarbeitung in eine Informationsarchitektur integriert werden, eine komplexe Aufgabe, wie sich an einem alltäglichen Produkt wie Kartoffelchips nachvollziehen lässt. Um am Ende für jede Tüte Chips den kompletten Produktstammbaum nachvollziehen zu können – wo und mit welchen Methoden die Kartoffeln angebaut wurden (zum Beispiel in einem Biobetrieb in Süddeutschland), woher die Zutaten stammen (Salz aus Frankreich, Sonnenblumenöl aus Italien) und wo und wie die Chips verarbeitet wurden (um zum Beispiel zu dokumentieren, dass sie kein Gluten enthalten), wie sie verpackt und wie transportiert wurden, müssen Daten aus verschiedenen Betrieben mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad, verschiedenen Unternehmen und sogar verschiedenen Ländern sowie aus manuellen Prozessen und aus verschiedenen IT- und Automatisierungssystemen verknüpft und gegen unbefugten Zugriff und Manipulationen geschützt werden. Bislang war dazu ein erheblicher Integrationsaufwand nötig.

Im Gegensatz dazu stellt die Blockchain-Technologie eine Umgebung zur Verfügung, in der Unternehmen definierte Daten in einer offenen und dennoch sicheren Umgebung teilen können, ohne dass dazu eine gemeinsame Datenbank erforderlich ist. Eine Blockchain besteht aus einer definierten Datenstruktur, in der Informationen oder Vorgänge nur mit Einverständnis der Beteiligten abgespeichert und danach nicht mehr verändert werden können. Die Technologie ist nach heutigen Maßstäben als sehr sicher einzustufen und kann daher als eine Möglichkeit genutzt werden, Berichte und Informationen fälschungssicher in eine Datenstruktur zu integrieren. Ein weiterer Vorteil: Jedes Unternehmen hat dabei die volle Kontrolle, welche Daten mit wem geteilt werden.

Informationen sicher verpackt

In industriellen Anwendungen sind Blockchains jedoch noch kaum verbreitet, nicht zuletzt deswegen, weil es bislang noch keine entsprechenden industriegerechten Systeme für die Datenerfassung und die Übermittlung in die Blockchain gab. Diese Situation hat sich durch die Entwicklungen rund um die Digitalisierung jedoch gewandelt. Moderne Ansätze wie Cloud Computing halten auch in industrielle Produktionsumgebungen Einzug und schaffen die Basis dafür, Daten einfach zu erfassen, zu verwalten und zu übertragen. Eine solche Lösung hat Siemens gemeinsam mit Industriepartnern entwickelt. Die Lösung umfasst prinzipiell alle Wertschöpfungsbereiche. Im Fokus steht jedoch die Produktion, da hier die Rohstoffe und Zutaten zum Produkt verarbeitet werden: Ohne Datentransparenz ist die Produktion eine Black Box, und eine Rückverfolgung des Produktes zum Erzeuger der Rohstoffe und Zutaten ist damit praktisch unmöglich.

Die Lösung von Siemens besteht aus drei Ebenen: Auf der Ebene des Industrial Internet of Things (IoT) erfassen die entsprechenden Automatisierungs- und IT-Komponenten aussagefähige Daten von Manufacturing Execution Systemen (MES), SCADA-Systemen, aber auch von kostengünstigen Komponenten wie Temperatursensoren. Das Cloud-basierte offene IoT-Betriebssystem Mindsphere von Siemens stellt den Anwendern entsprechende Applikationen zur Verfügung, mit denen sich diese Daten interpretieren und analysieren lassen. Zusätzlich bietet Siemens auch spezielle Blockchain-Applikationen an, mit denen sich Informationen leicht zur Blockchain hinzufügen und ansehen lassen. Und schließlich ermöglicht es die Blockchain-Technologie, Informationen aus dem IoT sicher zu erfassen und diese Informationen über einen sicheren Weg entsprechend berechtigten Teilnehmern in der Wertschöpfungskette zur Verfügung zu stellen – bis hin zum Verbraucher. Zusätzlich sind auch weitere innovative Ansätze als Teil dieser Lösung möglich – zum Beispiel Smart Contracts. So lassen sich auf dieser Basis auch neue Geschäftsmodelle auf der Basis des Teilens von Daten realisieren.

Innerhalb dieser Lösung ermöglicht es die Mindsphere, neue Assets in die Blockchain einzubinden. Dabei kann der Anwender wählen, welche Informationen privat sind und welche zur Blockchain hinzugefügt werden sollen. An der Schnittstelle zur Produktion erfassen Edge-Computing-Systeme die Daten aus der Produktion, von Maschinen und Anlagen, und IoT-fähigen Sensoren, mit einem Zeitstempel versehen und entweder an die Blockchain oder in den Private Cloud-Speicher übertragen. Die Daten, die zur Blockchain hinzugefügt werden sollen, werden zu Blöcken kombiniert und mit einer Checksumme – einem sogenannten Hash-Wert – versehen. Ist ein Eintrag erstellt und verifiziert, können die Daten nicht mehr verändert werden. Die neuen Blöcke werden dann zur jeweiligen Blockchain hinzugefügt. Auf diese Weise wächst die Blockchain kontinuierlich an, und alle Teilnehmer im Blockchain-Register haben jederzeit Zugriff auf den gleichen Bestand an verschlüsselten Daten. Diese Daten stehen den berechtigten Teilnehmern jederzeit und in Echtzeit über die Mindsphere-Blockchain-Applikationen zur Verfügung, mit denen die Daten aus der jeweiligen Blockchain extrahiert werden können.

Grundlage einer vertrauenswürdigen Blockchain ist jedoch, dass die Integrität der Daten an ihrem Ursprungsort gegeben ist – also zum Beispiel in der Produktion für Kartoffelchips. Mit entsprechenden Automatisierungs- und Kommunikationslösungen unterstützt Siemens den Prozess der Datenverifizierung und -sicherung in der Produktion: Änderungen an den Daten werden aufgezeichnet, sodass jederzeit nachvollziehbar ist, „was durch wen und wann geändert wurde“, und erzeugen auch die entsprechenden Berichte, sodass dokumentiert ist, dass die glutenfreien Chips auch tatsächlich glutenfrei sind.

Eine reiche Ernte

Die Kombination aus Technologien wie Blockchain und dem Internet of Things hat ein großes Potenzial für Einsparungen und Effizienzgewinne innerhalb der Prozess- und Wertschöpfungsketten in der Lebensmittelindustrie. Laut einer Untersuchung der Boston Consulting Group lassen sich durch die Ergänzung einer IoT-Lösung um eine Blockchain Einsparungen von bis zu 0,6 % des Umsatzes allein durch eine bessere Logistik und Lagerung erzielen: durch eine Nachverfolgbarkeit in Echtzeit, eine intelligente Vertragsgestaltung und dadurch unter anderem eine effizientere Lagernutzung, geringere Gebühren und weniger Fälschungen.

Gerade in der Lebensmittelindustrie erleichtern transparente, nachvollziehbare Prozesse auch die Einhaltung von gesetzlichen Vorgaben. In einer globalisierten Welt mit ihren internationalen Warenströmen lassen sich auf diese Weise Herkunft oder die Einhaltung von Qualitätsstandards bei Transport, Verarbeitung und Lagerung nachweisen. Mit Blockchain und Mindsphere können noch vorhandene Informationslücken in der Wertschöpfungskette geschlossen und so Probleme schneller identifiziert, Ursachen gezielt behoben und die Effizienz und Qualität der Prozesse insgesamt verbessert werden.

Siemens AG, Nürnberg

Halle 11, Stand 100


Autorin: Liwen Yao

Marketing Manager F&B,

Siemens

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