Cyber-Resilienz wird zum Maschinenstandard

Cyber-Resilienz, digitaler Zwilling und KI verändern den Werkzeugmaschinenbau grundlegend. F. Zimmermann zeigt, wie sich Präzision heute nicht nur mechanisch, sondern auch digital absichern, simulieren und effizienter weiterentwickeln lässt.

Was Maschinensicherheit von der Cyber-Security unterscheidet? Erstere schützt den Bediener vor Gefährdungen durch die Anlage. Sicherheitsfunktionen verhindern mechanische oder elektrische Risiken und stellen sicher, dass Personen nicht zu Schaden kommen. «Cyber-Security hingegen betrifft das gesamte digitale Netzwerk einer Maschine», erläutert Christian Gaarz, Leiter Softwareentwicklung & Inbetriebnahme bei der F. Zimmermann GmbH. «Alle vernetzten Komponenten mit IP-Adresse müssen so abgesichert sein, dass kein unbefugter Zugriff von aussen möglich ist. Ein solcher Eingriff könnte Prozesse verändern, Produktionen ausfallen lassen und unbemerkt gravierende Folgen haben – etwa Datenverlust oder verfälschte Fertigungsparameter. Besonders kritisch ist das bei Bauteilen, die später in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie der Luftfahrt eingesetzt werden.»

Christian Gaarz ist seit rund vier Jahren bei dem Maschinenbauer aus Neuhausen auf den Fildern beschäftigt. In seiner Funktion verantwortet er gemeinsam mit seinem Team alles, was die Anlagen digital zum Leben erweckt: von Antrieben über Sensorik bis hin zu Softwarelösungen. Damit sorgt er dafür, dass aus mechanischen Komponenten eine funktionsfähige, prozesssichere Gesamtlösung entsteht.

Klare regulatorische Vorgaben

Die regulatorischen Anforderungen sind eindeutig definiert. Der Cyber Resilience Act (CRA) legt verbindlich fest, wie digitale Produkte und Systeme abzusichern sind. Gemeinsam mit der Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 und der NIS-2-Richtlinie entsteht ein klarer europäischer Rechtsrahmen. «Für uns als Maschinenbauer bedeutet das: Cyber-Resilienz ist keine freiwillige Zusatzleistung mehr, sondern regulatorische Pflicht», berichtet Gaarz. «Diesen verbindlichen Rahmen müssen wir schon ab 2027 erfüllen.»

Die Anforderungen greifen bereits in der Entwicklungsphase und wirken sich unmittelbar auf Konstruktion, Softwarearchitektur und Dokumentation aus, Stichwort «Security by Design». Das heisst: Sicherheitsaspekte werden nicht nachträglich ergänzt, sie sind von Beginn an integraler Bestandteil der Maschinenentwicklung.

F. Zimmermann bereitet sich systematisch auf diese Vorgaben vor. Das Unternehmen ist in verschiedenen Fach-Arbeitskreisen vertreten und arbeitet eng mit Steuerungsherstellern wie Heidenhain oder Siemens sowie externen Spezialisten zusammen. Gaarz: «Gerade für einen mittelständischen Maschinenbauer ist es entscheidend, regulatorisches Know-how zu bündeln und praxisgerechte Lösungen zu entwickeln. Parallel dazu passen wir interne Prozesse an und schulen unser Personal ganz gezielt.»

Strukturierte Umsetzung

Wie Zimmermann diese Vorgaben praxisnah umsetzt, zeigt ein Blick in den Entwicklungsprozess. Zunächst analysiert das Unternehmen, welche Anforderungen für die jeweilige Maschinenkonfiguration relevant sind. Darauf aufbauend werden Netzwerkarchitekturen überprüft, segmentiert und durch geeignete Sicherheitsmechanismen ergänzt. Industrie-PCs werden abgesichert, Software-Schwachstellen bewertet und klare Prozesse für Updates sowie Dokumentation definiert. «Wir wollen digitale Angriffsflächen minimieren, ohne Dynamik oder Präzision der Maschinen zu beeinträchtigen», erläutert Gaarz.

Im Sondermaschinenbau bleibt die Komplexität hoch. Jede Anlage basiert zwar auf einer Baureihe, unterscheidet sich jedoch in Details wie Fräskopf, Peripherie, Automation oder spezifischer Ausstattung. Damit wird auch jede Anlage individuell konfiguriert. Aus dem Elektroplan und der jeweiligen Ausstattung entsteht eine eigene Topologie mit mehreren Kanälen, Achsen, Antrieben und Safety-Funktionen. Jede Achse erfordert eine präzise Parametrierung. Mechanische Unterschiede wirken sich unmittelbar auf das Regelverhalten aus. Cyber-Security muss daher in bestehende Strukturen integriert werden und darf die Leistungsfähigkeit der Maschine nicht einschränken.

Virtuelle Parallelwelt

Während die Cyber-Resilienz die Sicherheit stärkt, will F. Zimmermann auch die Effizienzpotenziale weiter heben. Dazu plant der Maschinenbauer den Einsatz digitaler Zwillinge: Durch die virtuelle Umgebung lassen sich Kollisionsprüfungen, Parametrierungen und Softwareanpassungen frühzeitig durchführen. Die Zeit für die Inbetriebnahme auf dem Hallenboden reduziert sich, da ein Teil der Tests vorab digital erfolgt. Risiken werden minimiert und Prozesse stabilisiert. Damit ergeben sich ganz konkrete Vorteile für den Kunden. Zudem können Bediener vorab geschult werden. Im Servicefall lassen sich Fehlerzustände im digitalen Modell reproduzieren, sodass Ursachen schneller identifiziert werden. Der digitale Zwilling wird damit sowohl Produktivität als auch Prozesssicherheit unterstützen.

KI als digitaler Assistent

Künstliche Intelligenz (KI) ergänzt diese Entwicklung. F. Zimmermann baut eine interne Wissensdatenbank auf, die KI-gestützt ausgewertet wird. «In Pilotprojekten mit Steuerungsherstellern untersuchen wir, wie uns KI bei der Programmierung unterstützen oder Fehlermeldungen schneller analysieren kann», sagt Gaarz. «Künftig lassen sich wiederkehrende Aufgaben beschleunigen und Lösungsvorschläge generieren.» Die fachliche Verantwortung bleibe dabei beim Ingenieur. Zimmermann versteht KI als Assistenzsystem, dessen Ergebnisse geprüft und validiert werden müssen. Entscheidend sind Transparenz und Nachvollziehbarkeit. Mit KI liesse sich auch schneller ein digitaler Zwilling erstellen. Damit könne auch der strukturelle Entwicklungsprozess einer Maschine effizienter umgesetzt werden.

Der Leitgedanke «Beyond Precision» beschreibt diesen Anspruch umfassend: Zimmermann zeigt, wie sich traditionelle Präzision in einer vernetzten Industrie neu definiert – als Zusammenspiel von Mechanik, Intelligenz und digitaler Verantwortung. Für Geschäftsführer Frieder Gänzle ist diese Entwicklung Ausdruck technischer Verantwortung. Wenn Bauteile gefertigt werden, die später in hochsensiblen Anwendungen zum Einsatz kommen, unterstreicht dies die Bedeutung einer ganzheitlich gedachten Präzision. Mit der konsequenten Integration von Cyber-Resilienz, Simulation und KI stärkt der Maschinenbauer seine Rolle als Technologiepartner für hochpräzise Grossbearbeitung und schafft die Grundlage für langfristige Investitionssicherheit in einer zunehmend vernetzten Industrie. «Wir verstehen Präzision nicht nur als mechanisches Qualitätsmerkmal, sondern als ganzheitlichen Anspruch, der Sicherheit, Digitalisierung und Ingenieurskompetenz vereint», resümiert Gänzle.