Durch die Digitalisierung wächst in produzierenden Unternehmen der Stellenwert der Daten, die die Funktionalität von Maschinen und Anlagen in der Fertigung steuern: Ihre Beschädigung oder Zerstörung kann zu einem unvorhergesehenen Produktionsstillstand führen und hohe Kosten verursachen, für Fehlersuche und Behebung sowie für Produktionsausfälle. Zu den Ursachen gehören Strom- oder Hardware-Ausfälle, Software-Fehler, Fehler bei der Bedienung der Anlagensteuerung. So kann ein leerer Akku, dessen Ladezustand nicht mehr korrekt übermittelt wird, den Verlust sämtlicher Daten zur Folge haben sowie eine mehrtägige Zwangspause, bis der Fehler gefunden und die Programmierung manuell wiederhergestellt ist.

Die zunehmende Vernetzung vergrößert das Spektrum an Risiken. Schadcode kann über USB-Sticks oder durch einen Hack der Fernwartungslösung auf die Rechner ge-langen; Produktionssysteme sind mit der Office-IT verbunden und erreichbar für Cyber-Angriffe. Ransomware, die Daten zum Zweck der Erpressung von Lösegeld verschlüsselt, ist nicht mehr nur ein Problem der Office-IT. Ein Erpresser-Trojaner sorgte Ende 2018 beim Maschinenhersteller Krauss Maffei für Produktionsausfälle an mehreren Standorten. Besonders gefährdet sind veraltete Betriebssysteme mit ungepatchten Schwachstellen. 

Sind die Daten einer Steuerung unbrauchbar, muss das Unternehmen für die Fehlersuche den Techniker vom Hersteller des Industrie-PC und für die Wiederherstellung der Daten vom Auslieferungszustand oder den Zustand der letzten Anpassung den Service des Anlagenbauers bemühen. Mit einer vorsorglich angefertigten kompletten Systemsicherung lässt sich das Prozedere erheblich abkürzen, weil die Daten ohne externe Unterstützung und ohne Wartezeit schnell und eigenständig auf der bestehenden Hardware oder auf einem Austauschprodukt wiederhergestellt werden können. 

Allerdings nutzen bislang nur wenige Firmen eine Datensicherung als Präventivmaßnahme, meist diejenigen, die bereits einen Datenverlust erlitten haben. Denn die Erstellung von Sicherungskopien in industriellen Umgebungen ist alles andere als trivial und weicht erheblich von der Datensicherung in der Standard-IT ab.

Spezielle Anforderungen in der Industrie

Backup-Lösungen der Standard-IT nutzen in der Regel die logischen Ebenen der Datenstruktur, also die Datei-Ebene, und sind an die Zugriffsregeln des Betriebs-systems gebunden. Die Anwender müssen die jeweils richtige Version der Backup-Lösung auswählen und prüfen, unter welchem Betriebssystem die Lösung ausgeführt werden kann, für welche physischen oder virtuellen Umgebungen sie geeignet ist und für welche Art der Sicherung – Datei- oder Imagesicherung – sie eingesetzt werden kann. Industrielle IT-Umgebungen jedoch sind meist heterogen mit unterschiedlichen Hardware-Komponenten und Betriebssystemen – häufig spezielle Industrie-Betriebssysteme, teilweise auch proprietäre oder hybride Systeme, die von Lösungen der Standard-IT nicht abgedeckt werden. Zudem braucht unter Umständen jede Systemkomponente eine spezifische Vorgehensweise bei der Sicherung der Gesamtfunktionalität.

Weiterhin erfordern die Sicherungsverfahren in der Standard-IT die Installation und Konfiguration der Sicherungssoftware im Betriebssystem. Das lassen die in der Industrie verwendeten Systeme häufig nicht zu. Die Sicherungsprozedur muss von einer externen Speichereinheit – wie USB-Stick oder USB-Festplatte – oder von einer fest in die Hardware eingebauten Speichereinheit (CF-Card, SSD-Festplatte und andere) aus durchgeführt werden können. Zudem muss vor jedem Start der Sicherung ein Spezialist die Konfiguration vornehmen; ein Fehler dabei führt zu einer nicht wiederherstellbaren Sicherung. 

Funktionalität steht an erster Stelle

Damit die Funktionalität einer Steuereinheit komplett wiederhergestellt werden kann, müssen beim Backup neben den selbst erzeugten Daten auch alle Daten der darunter liegenden Ebenen lückenlos gesichert werden.

© Waxar Data Saving Systems

In der Standard-IT stehen bei Backup und Restore die selbst erzeugten Daten im Vordergrund, während in der Automatisierung die Funktionalität der Steuerung die Hauptrolle spielt. Die dafür relevanten Daten weisen jedoch bei den Standard-Sicherungsverfahren systembedingt Lücken auf. Sie entstehen, da Daten unterhalb der Datei-Ebene, beispielsweise auf der Ebene der speziellen Systembereiche, unerkannt bleiben. Auf bestimmte Datenbereiche blockiert das Betriebssystem den Zugriff, sie werden beim Backup ebenfalls nicht erfasst. Zudem gehen Daten verloren, wenn bei der Wiederherstellung die Dateistruktur neu organisiert wird. Eine vollständige Wiederherstellung von Funktionalität ist auf diese Weise nicht möglich.

Diese Schwierigkeiten lassen sich durch den direkten Zugriff auf den produktionsrelevanten Datenträger – Festplatte, Flash-Card, USB-Medium – umgehen. Umgesetzt wird dieser Ansatz in den Backup-Lösungen der Gruppe WaxarIndustry. Die Daten werden unabhängig von ihrer Art sektorenweise ausgelesen und archiviert; die Lösungen arbeiten unabhängig von Betriebssystem und Betriebssystem-Versionen, von der verwendeten Hardware oder der installierten Konstellation aus Betriebssystem und Software. So können beliebige, auch proprietäre Betriebssysteme und Daten von instabiler Hardware gesichert werden. Dabei werden nur die Speicherbereiche berücksichtigt, die systemrelevante Daten enthalten, die leeren Bereiche werden außer Acht gelassen. Die Sicherung kann – basierend auf Sektorenvergleichen – wahlweise inkrementell oder differenziell erfolgen. Auf dieser Grundlage lässt sich der softwaredefinierte Zustand eines Systems automatisch komplett, konsistent und ohne Datenverlust wiederherstellen, sodass sich die Kosten durch Ausfälle und Standzeiten erheblich reduzieren.

Ohne IT-Kenntnisse bedienbar

Das Backup wird einmalig vom Auslieferungszustand oder in frei wählbaren Zyklen bei Änderungen an den Steuerungsdaten erstellt. Dafür kann der USB-Stick mit der Waxar-Lösung genutzt werden – es ist kein zusätzliches Backup-Speichermedium nötig. Optional lässt sich das Backup auf einem beliebigen anderen Speichermedium erstellen. Anschließend kann die Produk-tionsleitung die Sicherungsdatei in nur einem Arbeitsschritt zurückspielen, auf einen anderen Rechner aufspielen oder auf mehreren Steuereinheiten replizieren. IT-Kenntnisse sind für die Bedienung der Lösung nicht erforderlich; sie ist für vollautomatische Abläufe konzipiert; die Bedienung kann für die Erstellung eines Backups auf einen Knopfdruck reduziert werden. 

Für die Wiederherstellung stoppt der Bediener die Steuereinheit, schließt den Datenträger mit der Lösung und den Daten an eine USB-Schnittstelle an, startet den Computer und wartet ab, bis er nach der Wiederherstellung, die je nach Datenvolumen fünf bis 20 Minuten dauert, wieder heruntergefahren wird. Danach zieht er die Speichereinheit von der USB-Schnittstelle ab und startet den Computer erneut. Damit ist die Funktionalität der Steuereinheit wiederhergestellt, sie kann weiter benutzt werden. Mit diesem Ablauf kann die Produktionsleitung auch Updates ohne Unterstützung von außen vornehmen. 

Was der Standard-IT recht ist, sollte der industriellen IT billig sein: Sicherungskopien der Daten auf Industrierechnern sollten als Präventionsmaßnahme unabdingbarer Bestandteil der Sicherheitskonzepte für industrielle Anlagen sein. Produzierenden Unternehmen ermöglichen sie die schnelle Wiederherstellung der Funktionalität von Anlagen und verringern dadurch Stillstandzeiten und die Kosten von Produktionsausfällen.

Autor:
Dr. Jurij Ivastsuk-Kienbaum ist Gründer und Geschäftsführer von Waxar Data Saving Systems.

Eckdaten der Backup-Lösung

•  Systemvoraussetzungen Hardware:
  •  Standard-PC-Hardware-Architektur: Festplatte, CPU, RAM-Memory, BIOS
  • eventuell Schnittstelle zu einem externen Datenträger
  • Minimalressourcen: beliebige Taktfrequenz, Memory ab 256 MByte, 32-bit- oder 64-bit-Architektur
• Systemvoraussetzungen Software: keine 
• Gesichert werden alle Betriebssysteme, wie Windows, Unix, QNX, VxWorks, Mac, Android, Linux, spezifische Industriesysteme, hybride Systeme 
• Vollautomatischer Lauf oder manuelle ­Bedienung
• Vollsicherung und/oder inkrementelle oder differenzielle Sicherung