Hersteller mobiler Maschinen benötigen leistungsstarke Systeme, die ihnen die Umsetzung ihrer Robotiklösungen und die Implementierung hochautomatisierter Prozesse einfach machen. Mit dem HPX.ai-vision bieten die Spezialisten von STW aus Kaufbeuren hierfür eine anwenderfreundliche Lösung. Die Hochleistungsplattform verarbeitet parallel Kamera-, Radar- und LIDAR-Informationen, wozu eine Vielzahl von Schnittstellen bereitsteht. So können allein bis zu 8 Kameras angeschlossen werden. Dank der integrierten KI-Algorithmen und des leistungsstarken Multiprozessorsystems können Entwickler auf Basis des HPX.ai-vision hoch performante und funktional sichere Umfelderfassungssysteme realisieren, für die bislang mehrere Steuerungen nötig waren. Die Hochleistungsplattform bietet dank eines integrierten Multicore-Microprozessors, der funktionale Sicherheit und Cyber-Resilienz unterstützt, Optionen bis hin zur ASIL-B-Safety-Zertifizierung.  Insbesondere für Anwendungen in der mobilen Robotik sind Automatisierungskomponenten erforderlich, die den Anforderungen an funktionale Sicherheit genügen und Schutz vor Cyberattacken bieten.

Wie alle STW-Komponenten ist der HPX.ai-vision für die widrigsten Umgebungsbedingungen ausgelegt. Obwohl die Plattform Hochleistungskomponenten wie eine QuadCore CPU, ein integriertes FPGA und einen KI-Beschleuniger bietet, kommt das System im robusten Aludruckgussgehäuse mit Schutzart bis IP6K7 ohne aktive Kühlung aus.

Die Hochleistungsplattform wird als vorkonfiguriertes, jedoch flexibel anpassbares, Umfelderfassungssystem ausgeliefert – optional auch mit kompatiblen Kameras. Dank Linux-Support und dedizierter KI-Entwicklungsumgebung gelingt Anwendungsentwicklern die Realisierung ihrer Applikation und das Datenmanagement an nachgelagerte Automatisierungskomponenten und -software schnell und einfach.

Ganzheitliche Systemrealisierung 

Wie ganzheitliche Automatisierungssysteme mit den STW Steuerungs-, Sensorik- und Kommunikationskomponenten aufgebaut werden können, zeigt STW auf der iVT Expo mit einem Demonstrator aus Glas. Im Zentrum des dargestellten Automatisierungssystems steht auch hier der HPX.ai-vision, der die Umgebungsinformationen mehrerer Kameras KI-unterstützt verarbeitet und so Objekte oder Personen erkennt. Die funktional sichere Verarbeitung der Daten der Sensoren SMX.igs-a (Neigung) sowie SMX.dms-a (Dehnung) und die Ansteuerung der Aktorik übernimmt eine leistungsstarke ESX.4cl-ag Steuerung. Die Maschinendaten werden an das Connectivity-Modul TCG-4 weitergegeben, das die Daten in die Cloud sendet.

Die TCG-4 ermöglicht dabei den Zugriff auf das AWS (Amazon Web Services)-Ökosystem mithilfe des STW Basic IoT Bundles. Dieser Service bereitet die Maschinendaten nach Industriestandard auf und macht sie so für AWS-Dienste nutzbar. Unter anderem stehen im AWS-Universum Cloudservices zur (KI-unterstützten) Visualisierung, Datenverarbeitung und -analyse sowie zum maschinellen Lernen zur Verfügung. Auch die Weiterleitung der aufbereiteten Daten an ERP-Systeme ist möglich.

Die TCG-4 ist mit ihrem LTE-, Bluetooth- und WiFi-Support zudem die optimale Lösung für Over-the-Air-Updates, wie sie der 2027 in Kraft tretende Cyber Resilience Act (CRA) verpflichtend fordert. Somit können Software-Features nachgereicht oder Cyber-Security-Maßnahmen bequem remote aufgespielt werden.

Wettbewerbsvorteile sichern 

Somit bietet STW Maschinenherstellern ein Rundumpaket, um zukunftssichere Maschinen mit einem Wettbewerbsvorteil zu kreieren. Den Anforderungen des Marktes hinsichtlich KI-basierter Assistenzsysteme, funktionaler Sicherheit, Cyber-Security-Vorkehrungen und Cloud-Service-Support lassen sich mit dem STW-Baukasten aus leistungsstarker Hardware und anwendungsfreundlicher Software leicht gerecht werden.

Die Automatisierungsexperten von STW erwarten Fachbesucher auf dem Kölner Messegelände am 11. und 12. Juni am Stand 6190. 

STW ist bekannt als Spezialist für Automatisierungslösungen für die anspruchsvollsten Anwendungen. Typische Applikationen der Steuerungs- und Sensorikkomponenten des Unternehmens finden sich in Baumaschinen, Landmaschinen sowie der Forst- und Kommunaltechnik. Auch in diesen Industrien steigt die Nachfrage nach CO₂-schonenderen Antriebsvarianten. Auf der jüngst beendeten bauma in München, der weltgrößten Baumaschinenmesse, standen beispielsweise wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Bagger im Fokus. Wasserstoff-betriebene Kommunalfahrzeuge gibt es schon längst in Serie. Auch in der Landtechnik gibt es Vorhaben, H2-betriebene Traktoren auf den Markt zu bringen. Diesem Bedarf nach Wasserstoff-geeigneten und gleichzeitig hochrobusten Komponenten – auch jenseits mobiler Anwendungen – begegnet STW mit dem neuentwickelten Drucksensor SMX.pt-ha1.  

Der Sensor wurde speziell für den Einsatz in Wasserstoffumgebungen bzw. in ATEX-Bereichen entwickelt. Die Kerntechnologie für die entsprechenden Druckbereiche ist eine mit der Druckaufnahme verschweißte Dünnschichtmesszelle aus Edelstahl. Die Messwerte sind über eine Stromschnittstelle verfügbar. Diese Messzellen in Verbindung mit einer geeigneten Auslegung von Gehäuse und Elektronik erlauben einen langzeitstabilen Einsatz in Wasserstoffanwendungen. Die ATEX-Zulassung ermöglicht den Einsatz bis zu Zone 0, auch jenseits von Wasserstoffanwendungen. Der SMX.pt-ha1 unterstützt Druckbereiche von 3,5 bis 900 bar.  

Neben diesen Drucksensoren steht vor allem der neuentwickelte Neigungssensor SMX.igs-a mit IMU-Funktionalität als PL d/SIL2- und PL b-Variante im Fokus. Er lässt sich dank neudesigntem Gehäuse mit zwei integrierten M12-Anschlüssen, durchgeschleiftem CAN-Signal sowie gut zugänglichen Anschraubpunkten anwenderfreundlich in neue und bestehende Systemarchitekturen integrieren. Beide Versionen können frei konfigurierbare Filteralgorithmen wie Tiefpassfilter oder Butterworth nutzen, um die Messwertstabilität zu verbessern. Für besonders dynamische Anwendungen kann mit der PL b-Variante ein Kalman-Filter genutzt werden. 

Die PL d-Version erfüllt höchste Ansprüche an die funktionale Sicherheit dank integrierter Redundanz sowie der Unterstützung des CANopen Safety Protokolls. Mit Schutzklassen bis IPX7 steht dem Einsatz unter widrigsten Umgebungsbedingungen nichts im Weg. Die Non-Safety-Neigungssensoren vom Typ SMX.igs-e zeigt STW auf der Messe als überarbeitete Fassung mit kundenspezifisch realisierbaren Anschlüssen.  

Über diese Innovationen hinaus präsentiert STW auf der Sensor+Test am Stand 311 in Halle 1 das gesamte Programm an Temperatur- und Drucksensorik – von klassischen Druckmessumformern für die Mobilhydraulik bis hin zu Zylinderdrucksensoren für Verbrennungsmotoren. Für die Messung von Verformungen bietet das Unternehmen aus Kaufbeuren den hochrobusten, frei parametrierbaren und besonders bauraumfreundlichen Dehnungsaufnehmer SMX.dms-a. Er baut lediglich rund 25 mm auf, verfügt über Schutzklasse IPX9K und sichert hochgenaue Messungen auch bei Extremtemperaturen von -40…+85°C.  

STW-typisch lässt sich das Sensorprogramm nutzerfreundlich mit der intuitiven STW openSYDE Softwareumgebung integrieren, parametrieren und monitoren.  

STW auf der Sensor+Test in Nürnberg: Halle 1, Stand 311.  

Die Machine-to-Machine-Vernetzung, der Datenaustausch mit der Cloud und die Implementierung digitaler Prozessmanagementsysteme, beispielsweise in der Bau- Kommunal- und Landwirtschaft, bringen immense Vorteile – aber auch neue Sicherheitsrisiken.

Mit den bevorstehenden betreffenden EU-Richtlinien zur Cyber Security gibt es nun Leitplanken, an denen sich künftig alle Hersteller mobiler Maschinen und ihre Zulieferer von Automatisierungskomponenten gleichermaßen orientieren können und müssen. Maschinenbetreiber und Endanwender sollen mit diesen Maßnahmen optimal vor Cyber-Attacken geschützt werden.

Die neuen EU-Regularien im Überblick

Radio Equipment Directive (RED-DA): Die RED-DA tritt Mitte des Jahres in Kraft und verpflichtet Hersteller von Produkten mit Funkschnittstellen, für die Sicherheit der über WLAN, Mobilfunk oder Bluetooth übertragenen Daten zu sorgen.

EU-Maschinenverordnung (MVO): Ab Anfang 2027 gilt die neue MVO. Sie betrifft alle cyberrelevanten Hardware-Komponenten, aber auch Software. Hersteller müssen sicherstellen, dass ihre Systeme gegen Hackerangriffe geschützt sind und haben eine Nachweispflicht bezüglich erfolgter Cyberattacken auf ihre Software.

Cyber Resilience Act (CRA): Der Ende 2027 in Kraft tretende Cyber Resilience Act ist momentan in aller Munde, da er die aktuelle Spitze der Bemühungen um Cyber Security in der EU darstellt.  Der CRA gilt für alle Produkte mit „digitalen Elementen“, sowohl Software als auch Hardware – und somit für nahezu jedes moderne Produkt, das über eine Datenschnittstelle verfügt. Dazu gehören selbstverständlich auch vernetzte mobile Arbeitsmaschinen mit ihrer Vielzahl an automatisierten Systemen und hochkomplexer Prozesssoftware.  Hersteller dieser Produkte sind verpflichtet, Cyber Security über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg sicherzustellen, mindestens fünf Jahre lang Sicherheitsupdates bereitzustellen und Schwachstellen sowie Manipulationsversuche zu dokumentieren und zu melden.

Die steigenden Erwartungen des Marktes

Auf Maschinenbetreiberseite wird Cyber Security als selbstverständlich erachtet. Datenmanipulation oder -verlust können im gewerblichen Umfeld gravierende Folgen haben, insbesondere wenn es zu Ransomware-Angriffen kommt. In Branchen wie der Landwirtschaft, der Kommunaltechnik oder dem Baugewerbe kann schon eine einfache Verzögerung der Prozesse erhebliche wirtschaftliche Schäden nach sich ziehen und sich zudem negativ auf die Reputation des Unternehmens auswirken. Daher erwarten Entscheider, dass digitale Systeme nicht nur funktional, leistungsfähig und effizient, sondern selbstverständlich auch sicher sind. Diese Erwartungshaltung eröffnet Maschinenherstellern, die frühzeitig in Cyber Security investieren, klare Wettbewerbsvorteile.

Herausforderungen für Maschinenhersteller

Die Einhaltung der neuen Sicherheitsvorgaben und das Erfüllen der Kundenerwartungen in Bezug auf Cyber Security können Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen vor große Herausforderungen stellen. Sie müssen einerseits ihr bestehendes Produktportfolio eingehend auf Konformität prüfen und eventuell nachbessern. Andererseits müssen natürlich gerade auch Neuentwicklungen den künftigen Anforderungen gerecht werden.

Dafür ist eine tiefgehende Expertise erforderlich, die erst mühevoll intern aufgebaut werden muss. Doch die Personalkapazitäten für diesen Aufwand fehlen bei vielen OEM, so dass sie auf externe Beratung angewiesen sind. Beschäftigt man eine Vielzahl externer Dienstleister, um die Konformität zu gewährleisten, kann dies schnell zu großem Abstimmungs- und Koordinationsaufwand führen. Zudem leidet die Effizienz in der Umsetzung, wenn die Arbeiten verschiedener Dienstleister erst zielbringend zusammengeführt werden müssen.

Lösungsansätze für mehr Effizienz und Umsetzungsqualität

Es ist daher ratsam, sich Partner zu suchen, die ein möglichst umfassendes Angebot in Sachen Cyber Security bereitstellen, um die Effizienz im Konformitätsprozess hochzuhalten.  Die Automatisierungsexperten von STW können ein solch starker Partner an der Seite der Maschinenhersteller sein.

Bereits heute ergreift STW viele Hardware- und Software-Security-Maßnahmen, die zum Schutz von Maschinen und Automatisierungssystemen maßgeblich beitragen. Dazu gehören:

• Hardware-Sicherheitsmodule: Steuerungen von STW enthalten Security-on-Chip-Module und unterstützen Secure Boot, um Manipulationen beim Systemstart zu verhindern.
• Physische Sicherheit: Die physischen Schnittstellen der Komponenten sind so konstruiert, dass ein direkter Zugriff auf die Chipelemente ausgeschlossen ist.
• Verschlüsselung: Softwarezugriffe sind nur mittels Zertifikats-Authentifizierung möglich. Updates und Kommunikation zwischen Steuerung und Servicesoftware erfolgen verschlüsselt.
• Deaktivierte Debugging-Schnittstellen: Diese oft als Einfallstor für Manipulationen genutzten Softwarezugänge sind standardmäßig deaktiviert.

Zusätzlich verfügt STW über ein Product Security Incident Response Team (PSIRT), das aufkommende Bedrohungen identifiziert und Sicherheitslücken schließt. Regelmäßige Penetrationstests und Zero-Day-Detection-Analysen gehören ebenfalls zum Sicherheitskonzept.

Fazit

Cyber Security in mobilen Maschinen ist kein optionales Extra mehr, sondern künftig eine grundlegende Anforderung, die stets mitbedacht werden muss. Die kommenden EU-Regularien machen klare Vorgaben, die Hersteller und Betreiber einhalten müssen. Unternehmen, die frühzeitig auf sichere Hard- und Software setzen, haben nicht nur regulatorische Vorteile, sondern auch einen entscheidenden Marktvorteil. STW zeigt, dass es möglich ist, bereits heute die künftigen Standards zu erfüllen und durch proaktive Sicherheitsmaßnahmen mobile Maschinen zukunftsfähig und für den Markt attraktiv zu gestalten.

Bei Fragen rund um die Cyber Security mobiler Maschinen werden die Experten von STW auch auf der bauma in München in Halle A2 am Stand 225 beratend zur Seite stehen.

Die Anforderungen an mobile Arbeitsmaschinen steigen kontinuierlich. Die Maschinen müssen einerseits maximal robust, andererseits extrem effizient arbeiten, so einfach wie möglich zu bedienen und sicher im Betrieb sein. Mit der in 2027 in Kraft tretenden Maschinenverordnung MVO und dem Cyber Resilience Act CRA der EU kommen in naher Zukunft nochmals neue Herausforderungen auf lokale Maschinenhersteller und Importeure in den EU-Raum zu. Gleichzeitig geht der Trend hin zur Software Defined Machine – Komfortfunktionen oder zusätzliche Leistung können nach Bedarf freigeschaltet werden.

Neben klassischem Konstruktions- und Engineering-Knowhow brauchen OEMs somit immer größeres Nischenwissen, das gerade für kleinere und mittlere Hersteller kaum selbst aufzubringen ist. Diese Maschinenhersteller können künftig auf die STW-Expertise im Bereich Applikationsentwicklung und -portierung, gerade hinsichtlich funktional sicherer Anwendungen, sowie auf das Knowhow in Bezug auf Cyber Security setzen.

STW wird dieses Wissen verstärkt im Rahmen von Servicedienstleistungen vermitteln, um OEMs dabei zu unterstützen, zukunftssichere und leistungsstarke Maschinen und Applikationen zu entwickeln.

In Kombination mit dem traditionell performanten und skalierbaren Portfolio an Steuerungs- und Vernetzungslösungen in Kombination mit bedarfsgerechter Sensorik profitieren Maschinenhersteller von einem nahtlos ineinandergreifenden Hard- und Software- sowie Beratungs- und Programmierungsangebot aus einer Hand.

Im Zentrum des Messeauftritts steht daher ein Demonstrator, der die Möglichkeiten dieser Lösungen aufzeigt und zusätzlich seine Umgebung „wahrnimmt“. Die High-Performance-Plattform HPX.vision bündelt dabei Informationen verschiedener Kameras, nutzt KI und ermöglicht einen Rundumblick, erkennt Objekte, kann deren Abstand bestimmen und so den Bediener unterstützen und die Maschine sicherer machen. Praktisch für den Nutzer: Die KI kann angepasst oder ausgetauscht werden, sie kann aber ebenso einfach genutzt werden – der Programmierer fokussiert sich auf die Nutzung der errechneten Daten und die Abstimmung mit Steuerungen und Displays.

Ebenfalls im Fokus steht die ESX.4-Familie, die auf Basis der leistungsstarken Infineon Aurix Plattform entwickelt wurde. Ethernetfunktionalität – ob klassisch oder als Single Pair, CAN-Bus-Kommunikation mit neuesten Protokollstacks, Flexibilität in der Anzahl der I/Os und unterschiedliche Prozessor-Leistungsklassen bieten beispiellose Skalierbarkeit und Variantenvielfalt bei höchster Portierbarkeit der Applikation zwischen den einzelnen Steuerungen. Die Prozessoren selbst sind mit einem dezidiertem Prozessorkern für funktional sichere Applikationen prädestiniert für anspruchsvollste Baumaschinen-Anwendungen. Somit sind OEMs bestens für zukünftige Anforderungen aufgestellt.

Sensoren des Typs SMX.igs-a messen mit integrierten MEMS Beschleunigungen und Drehraten in drei Achsen in einem Gehäuse, das durch Form und Funktion besticht. Zur Verbesserung der Messwertstabilität in dynamischen Anwendungen stehen verschiedene, konfigurierbare Filteralgorithmen zur Verfügung, darunter Tiefpassfilter wie Butterworth und „kritisch gedämpft“, aber auch eine Variante mit Kalman-Filter. Ganz neu präsentiert STW eine funktional sichere Variante (SIL2 / PL d).

Die Connectivity-Module der TCG-Serie ermöglichen mit ihren kompakten Abmessungen und der Fülle an Schnittstellen eine anwenderfreundliche Integration in die Automatisierungsarchitektur sowie Anbindung an Cloud- oder M2M-Kommunikationssysteme. Die TCG-Serie ist der anwenderfreundlichste Zugang zu AWS (Amazon Web Services) IoT-Lösungen. Einmal eingerichtet, erhalten Maschinenhersteller Zugriff auf das AWS-Ökosystem und können mit geringem Aufwand Services implementieren, die dabei helfen, Prozesse in der Bau-, Land-, Forst- und Kommunalwirtschaft zu optimieren. Natürlich können die TCG-Module auch als herkömmliche Lokalisierungs-, Datenerfassungs- und Edge-Computing-Lösung eingesetzt werden – mit der bewährten Robustheit, die für die mobilen Maschinen benötigt wird.

STW auf der bauma in München: Halle A2, Stand 225

Ergänzt wird das Sensorik-Portfolio durch die Steuerungslösungen der ESX.4-Familie. Ihr gehören unter anderem die ESX.4cl-ag und die ESX.4ct an. Beide basieren auf der Aurix-Plattform und haben ein umfassendes Security-Update erhalten, das sie für die Anforderungen des Cyber Resilience Act (CRA) vorbereitet. Das Flaggschiff ESX.4cl-ag besticht durch eine große Anzahl von Ein- und Ausgängen, verschiedene Ethernet- und Single-Pair-Ethernet-Konfigurationen und mehrere CAN-Bus-Schnittstellen und ist speziell für sicherheitskritische Anwendungen ausgelegt. Die kleine ESX.4ct hingegen bietet integrierte Neigungssensorik, Bluetooth-Unterstützung und multifunktionale Einsatzmöglichkeiten. Wie die anderen ESX-Steuerungen der 4. Generation zeichnen sich beide durch ihre hohe Flexibilität und Zukunftssicherheit aus.

Ein besonderes Highlight des Messestandes von STW ist außerdem ein Demonstrator, der zeigt, wie sich mit dem High-Performance-Controller HPX Bilderkennungslösungen realisieren lassen. Der Demonstrator veranschaulicht, wie diese Technologie für Anwendungen mit hoher Rechenleistung und komplexer Datenauswertung genutzt werden kann.

STW präsentiert diese Innovationen auf der SPS in Nürnberg vom 12.-14. November in Halle 8 am Stand 201.

In allen Anwendungsbereichen von Großmotoren – Schiffsantrieb, Stromerzeugung, Schienenverkehr und Gasverdichtung – ist die Reduzierung der Treibhausgasemissionen das wichtigste Entwicklungsziel. Gleichzeitig erfordern die Digitalisierung und Trends wie Fernüberwachung und vorbeugende Wartung zusätzliche und immer genauere  Betriebsdaten.

STW aus Kaufbeuren, Spezialist für Automatisierungskomponenten, hat zu diesem Zweck die Zylinderdrucksensoren SMX.pt-ea1 entwickelt.  Sie sind für den Einsatz in schnell, mittel und langsam laufenden Großmotoren in einem Leistungsbereich bis über 80 MW, egal ob Diesel-, Gas- oder Dual-Fuel-Technik, geeignet.

Die Sensoren werden entweder fest installiert oder mit tragbaren Einzylinder- und Mehrzylinder-Messgeräten zur periodischen Messung verwendet. Bei Festinstallation liefern die Sensoren kontinuierliche Daten für anspruchsvolle Steuerungs-, Überwachungs- und Diagnosefunktionen der Verbrennungsqualität und schaffen damit die Voraussetzungen für Kraftstoffflexibilität (Multi-Fuel). Damit lässt sich der gesamte Verbrennungsverlauf optimieren, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und somit den Ausstoß von Kohlendioxid und anderen Emissionen zu reduzieren. Um den Motor zu schonen und Verschleiß sowie Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, kann mithilfe der Sensoren die Zylinderleistung abgeglichen werden und somit ein ruhigerer, wirtschaftlicherer Motorlauf erzielt werden.

Die SMX.pt-ea1-Sensoren sind mit STW-eigenen Messzellen auf Basis der Dünnschichttechnologie ausgestattet. Diese zeichnen sich durch ihre besondere Robustheit, Präzision und Langzeitstabilität aus. Dementsprechend sind die Zylinderdrucksensoren für einen Druckmessbereich bis 300 bar und einen Temperaturbereich bis 400 °C an der Membran geeignet. Mit Schutzklasse IP67 sowie einem äußerst stabil ausgeführtem Verbindungskabel zwischen Sensor und Elektronik sind die Sensoren für herausfordernde Einsätze geeignet.

Ihre Grenzfrequenz liegt bei 40 kHz, die Signalverarbeitungsrate bei 128 ksps. Gleichzeitig benötigen die SMX.pt-ea1 weniger als 1 W Leistung. Wie alle STW-Komponenten sind auch die Zylinderdrucksensoren an individuelle Kundenwünsche anpassbar. Standardausführungen werden mit Außengewinde M10x1 oder M14x1,25 angeboten.

Ebenfalls typisch für STW-Automatisierungs- und Sensorikkomponenten: die intuitive Konfiguration, Applikationsprogrammierung und Diagnose über die Open-Source-Software-Plattform openSYDE wird auch vom SMX.pt-ea1 unterstützt. Mit den neuentwickelten Zylinderdrucksensoren stehen Motorenherstellern und -nutzern die passenden Werkzeuge für ein zukunftsfähiges Verbrennungsmanagement modernster Großmotoren mit Multi-Fuel-Unterstützung zur Verfügung.

Das EU-Parlament hat Mitte März den Cyber Resilience Act (CRA) beschlossen. Der Rat wird die Richtlinie noch im Sommer 2024 in Kraft setzen. Ab diesem Zeitpunkt haben Hersteller entsprechender Produkte drei Jahre Zeit, um die notwendigen Security-Vorgaben umzusetzen.  Die neuen EU-Vorschriften sollen Verbraucher vor den Cyber-Security-Risiken, die mit der Nutzung smarter Geräte einhergehen, schützen. Denn laut EU-Factsheet zum CRA erfolgt alle 11 Sekunden eine Ransomware-Attacke auf der Welt – und im Jahr 2021 ist dadurch ein globaler wirtschaftlicher Schaden von 20 Milliarden Euro entstanden. Alle Hersteller von Produkten, die vom CRA betroffen sind, sind während des gesamten Lebenszyklus für dessen Cybersicherheit verantwortlich und müssen für das Schließen etwaiger Sicherheitslücken Sorge tragen. Gleichzeitig müssen aufgedeckte Schwachstellen dokumentiert und gemeldet werden.

Der CRA umfasst sämtliche Produkte und Geräte mit „einer digitalen Komponente“, wie es die EU in der Richtlinie nennt. Hierzu gehören naheliegende Geräte wie etwa Smart Watches, aber auch vernetzte Haushaltsgeräte – oder intelligente industrielle Automatisierungskomponenten wie Steuerungen oder Telematik-Einheiten. Die beiden Letztgenannten stehen besonders im Fokus, da sie in der Regel über eine Vielzahl an Schnittstellen zur Vernetzung verfügen, über die potenzielle Cyber-Attacken gelingen können. Somit ist der Cyber Resilience Act auch für Hersteller dieser Automatisierungskomponenten hochrelevant.

Für Maschinenhersteller als Erstausrüster von Automatisierungskomponenten ist es von größter Wichtigkeit, dass all ihre Lieferanten die Vorgaben des CRA erfüllen. Denn die Bußgelder bei Verstößen sind empfindlich. Betroffene Unternehmen müssen mit Strafen in Höhe von bis zu 15 Millionen Euro oder 2,5 Prozent des Jahresumsatzes rechnen.

Die Automatisierungsspezialisten von STW aus Kaufbeuren haben schon frühzeitig die Gefahren und potenziellen Folgen von Cyber Security Angriffen erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen. Denn Manipulation von mobilen Arbeitsmaschinen, auf denen STW Komponenten vorrangig eingesetzt werden, kann schnell zu gefährlichen Situationen führen oder erhebliche wirtschaftliche Konsequenzen nach sich ziehen, beispielsweise beim Ausfall eines Mähdreschers in der entscheidenden Phase der Ernte.

STW trägt mit entsprechenden intelligenten Mechanismen und Tools schon heute dafür Sorge, dass täglich alle potenziellen Sicherheitslücken aufgespürt und ausgemerzt werden und erfüllt somit bereits jetzt weitestgehend die Vorgaben des Cyber Resilience Acts.

Hersteller von mobilen Arbeitsmaschinen, die auf STW Steuerungen oder Telematik- und Kommunikationsmodule wie die TCG4 setzen, sind somit auf der sicheren Seite. 

Mit der ESX.4cl-ag hat STW bereits zur vergangenen Agritechnica eine Mobilsteuerung für den künftigen High-Speed-ISOBUS-Standard vorgestellt. High-Speed ISOBUS ermöglicht Datenraten von bis zu 1000 Mbit/s und ist somit für besonders datenintensive Smart-Farming-Applikationen geeignet.

Mit der ESX.4cm-ag ergänzt STW das Produktportfolio nun um eine weitere kompakte Steuerungsvariante. Sie bietet einen 4-Port-Ethernet-Switch mit einer 100Base-T1- / 1000Base-T1-Schnittstelle und zwei reinen 100Base-T1-Schnittstellen sowie einer klassischen 100Base-Tx-Ethernet-Schnittstelle und bietet somit die Hardware-Voraussetzungen für High-Speed ISOBUS. Hersteller von Landmaschinen können mit ihr schon heute Systeme konstruieren, die für diese neue Technologie ausgerüstet sind, und sich somit einen Wettbewerbsvorteil sichern. Insgesamt stellt die ESX.4cm-ag 34 konfigurierbare Eingänge und 25 High-Side- und Low-Side-Ausgänge sowie vier CAN-Bus-Schnittstellen zur Verfügung. Zwei leistungsstarke 10 A Halbbrücken können zur Ansteuerung von Elektromotoren genutzt werden. Die Eingänge der AG-Steuerungen sind mittels Software noch flexibler konfigurierbar, so dass ein noch breiteres Einsatzspektrum möglich ist. So bietet eine Eingangsgruppe eine Umschaltung zwischen 12V und 35V an, um die Auflösung des Messbereichs ideal bereitstellen zu können.

Zum breiten Einsatzspektrum tragen zudem die Unterstützung von SENT- und Namur-Sensoren sowie CAN-FD-Schnittstellen bei. Entsprechende Sensoren mit SENT-Support  finden sich auch im Portfolio von STW. Während sich mittels SENT-Protokoll eine Vielzahl an Informationen gleichzeitig übertragen lässt, werden Namur-Sensor oft als Näherungsinitiator eingesetzt. CAN-FD unterstützt generell den Transfer größerer Datenmengen und erleichtert damit ebenfalls die Kommunikation auf der Maschine und die Realisierung komplexerer Applikationen. Das vereinfacht die Zustandsüberwachung der Maschine und bietet insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen Vorteile. Sich anbahnende Schäden oder Störungen werden erkannt, bevor es zum Maschinenstillstand kommt. Die Datenverarbeitung auf der ESX.4cm-ag übernimmt die bewährte Aurix-Plattform mit einem Aurix TC 399 Multicore Prozessor und integriertem 16 MB Flashspeicher.

STW präsentiert die ESX.4cm-ag erstmals auf der iVT Expo vom 26-27. Juni in Köln am Stand 4056. Der Serienstart ist für das 4. Quartal in diesem Jahr geplant. Der Mobilcontroller wird sowohl als Safety- als auch als Non-Safety-Variante erhältlich sein. Dabei erfolgt neben der Zertifizierung nach den Normen SIL 2 (IEC 61508:20101), PL d (EN ISO 13849-1:20151), auch speziell die Zertifizierung nach AgPL d Cat 2 (DIN EN ISO 251191), die für den Landwirtschaftssektor von größter Bedeutung ist. Da auch in mobilen Arbeitsmaschinen Automotive-Standards einen immer stärkeren Einzug halten, bietet STW auf Kundenwunsch eine optionale Safety-Zertifizierung nach ASIL-B an. Zusätzlich stellt STW für die ESX.4cm-ag, wie auch für die übrigen Komponenten der ESX.4-Steuerungsfamilie entsprechende Security-Konzepte bereit, um diese gegen Manipulation und Hacking-Angriffe zu schützen.

Herr Klausner, STW steht seit jeher für frei programmierbare Mobilsteuerungen. Was bedeutet für Sie diese Freiheit?

Es ist im Prinzip das Apple vs. Android Prinzip, das man aus dem Smartphone-Markt kennt. Wir vertreten dabei die Android-Seite und bieten unseren Kunden eine Plattform, auf der sie völlig frei entscheiden können, welche Applikationen sie brauchen, und wie sie diese realisieren und kombinieren möchten. Deswegen setzen wir einerseits auf openSYDE, unsere open-source Software-Plattform zur Implementierung, Inbetriebnahme und Analyse von Steuerungssystemen. Andererseits können unsere ESX.4cl-Controller mit einem optionalen leistungsstarken Co-Prozessor ausgestattet werden, der ein Linux-Betriebssystem bietet – und alle damit einhergehenden Vorteile hinsichtlich Anwenderfreundlichkeit, Programmierungskomfort und -freiheit.

Welche Vorteile meinen Sie konkret?

Linux bietet Entwicklungsingenieuren ein bewährtes und nutzerfreundliches System, mit dem jeder Programmierer umzugehen weiß. Wir liefern zudem einen Distributionsgenerator, mit dem sich der Maschinenhersteller sein eigenes System bauen kann. Über diesen Generator können die notwendigen Linux-Applikationen und -Kommandos ausgewählt und automatisiert installiert werden. Beispiele hierfür wären die Bereitstellung von Python oder einem Debug-Server. Gleichermaßen können nicht benötigte Softwarekomponenten im Generator abgewählt werden.

Für ein Linux-System müssen vorrangig die entsprechenden Dienste konfiguriert werden. Im Prinzip schaltet der Nutzer diese einfach über Häkchensetzen im Generator frei und hat nach einem Neustart die entsprechenden Services zur Verfügung. Aufwändige Programmierung und Kompilierung sind nicht notwendig. Das macht die Arbeit extrem komfortabel und schnell.

So lassen sich flexibel schlanke und auf die Anwendung zugeschnittene Systeme realisieren. Typische open-source Protokolle wie OPCA_UA oder DDS lassen sich ebenfalls sehr einfach integrieren.

Welche Anwendungen könnten auf dem Linux-System typischerweise laufen?

Unser Co-Prozessor i.MX6 ist sehr leistungsstark und bietet vor allem einen mehrere Gigabyte großen Speicher. Mit diesem Speicher lassen sich beispielsweise Lastmomenttabellen oder zusätzliche Karten integrieren, die für den Flash-Memory des Aurix-Controllers der ESX.4cl zu umfangreich wären. Der Co-Prozessor kann hierfür als zusätzliche Recheneinheit eingesetzt werden. In der Landtechnik ist er zudem beispielsweise als ISOBUS-Jobrechner nutzbar. Dank des schnellen 32-Bit Prozessors sind auch datenintensive ISOBUS-Applikationen über den Co-Prozessor abbildbar.

Der i.MX6 bietet zudem die vollständige Funktionalität des Telematics Application Frameworks. Damit steht unter anderem ein leistungsstarker Datenlogger zur Verfügung. In Verbindung mit einem Kommunikationsmodul, das die kabellose Verbindung zum Internet herstellt, können Cloudplattformen direkt angebunden werden. Darüber hinaus ermöglicht das Framework die Nutzung von Remote Flash-Diensten wie unserem STW SYDEsup, um Over-the-Air-Updates aufzuspielen. Damit reduziert sich für Maschinenhersteller nochmals die Komplexität.

Zu reduzierter Komplexität trägt auch die direkte interne Kommunikation zwischen i.MX-Co-Prozessor und dem Aurix-Prozessor des Main-Controllers bei. Seit dem neuesten Release ist eine API-gestützte Kommunikation zwischen beiden Prozessoren möglich. Im Vergleich zum bisher notwendigen Austausch über die Ethernet-Protokolle macht dieser Ansatz die Programmierung und Arbeit mit der Steuerung nochmals anwenderfreundlicher.

Inwiefern wird dies von Ihren Kunden gefordert?

Es geht nicht darum, ob Kunden diese Funktionen aktiv verlangen. Wir wollen nicht auf das reagieren, was der Markt fordert, sondern proaktiv Mehrwerte schaffen. Programmierungskapazitäten sind in unserer Branche ein rares Gut, daher wollen wir unsere Kunden dahingehend entlasten so gut es geht. Intuitive Softwarelösungen, die das Arbeiten mit unseren Controllern erleichtern, sind ein Weg, dies sicherzustellen.

Weiterhin ist insbesondere im Bereich der Automatisierung und Assistenzfunktion die Time-to-Market ein immer entscheidenderer Faktor. Der Fachkräftemangel und das Bedürfnis der Maschinenbetreiber nach Komfort und Effizienz im Arbeitsprozess machen eine schnelle Integration von hochautomatisierten Lösungen notwendig.

Mit dem Linux-Support und openSYDE versuchen wir, unseren Kunden das Leben softwareseitig so leicht wie möglich zu machen – ohne sie dabei in ihrem Engineering einzuschränken, Stichwort Android-Prinzip. Wir wollen intuitive Automatisierungsplattformen bereitstellen, mit denen unsere Kunden frei und individuell ihre Visionen umsetzen können.

Welche Vorteile bringt die ESX.4cl über das Linux-System auf dem Co-Prozessor hinaus?

Wir bieten mit der ESX.4cl eine enorme Zahl an Schnittstellen. Über sechs CAN-Bus-Schnittstellen und zwei gemanagte Ethernet-Switches mit insgesamt drei 100Mbit/s-Ethernet-, einem 1Gbit/s-Ethernet- und zwei Single-Pair-Ethernet-Ports lässt sich die ESX.4cl mit anderen Komponenten im System vernetzen. Insgesamt stehen 53 Low-Side- und High-Side-Ausgänge sowie 60 Multifunktionseingänge zur Verfügung. Unsere Steuerungsvariante für die Landwirtschaft unterstützt zudem High-Speed ISOBUS und ermöglicht damit den Austausch von sehr großen Datenströmen, etwa Videosignalen, zwischen Anbaugerät und Zugmaschine. Damit ist auch die Hardware-Basis mehr als leistungsfähig genug für anspruchsvollste Applikationen in der Land-, Bau-, Kommunal- und Forsttechnik. 

Die Experten von STW teilen ihr Know-how mit interessierten Messebesuchern auf der Agrishow in Brasilien am German Pavilion, G8d Stand 3, vom 29. April bis 3. Mai 2024.