Tunnelbau: Digitaler Zwilling schützt vor kostspieligen Pannen

Im TDC soll der Nachweis erbracht werden, dass sich mithilfe eines digitalen Zwillings die Komplexität im Tunnelbau reduzieren lässt. Können Sie das anhand eines Beispiels erklären?

Bossart: Klassisch ist es so, dass das Personal erst geschult werden kann, wenn die Anlage in Betrieb ist. Wenn sich während der Schulung aber zeigt, dass etwas nicht passt oder stimmt, sind die notwendigen Korrekturen und Anpassungen extrem aufwendig, da ja alles bereits in Betrieb ist. Sehr viel einfacher ist es daher, vorab mit dem Personal am digitalen Zwilling zu testen und Schulungen durchzuführen. Wenn sich hier Unstimmigkeiten zeigen, lassen sich diese relativ einfach beheben, was Zeit und Geld spart. Ein weiterer Aspekt des digitalen Zwillings ist die Standardisierung, da sich mit dieser die Komplexität, insbesondere von grossen Projekten reduzieren lässt.

Mir erschliesst sich nicht die Ersparnis, die sich durch die Verwendung des digitalen Zwillings ergeben soll? Die Kosten entstehen doch in beiden Fällen?

Bossart: Nehmen wir als Beispiel die Inbetriebnahme eines Tunnels. Für diese bedarf es Fachpersonen, die teilweise von sehr weither anreisen. Müssen diese wegen nicht vorhergesehener Probleme warten oder wieder abreisen, entstehen zusätzliche Kosten.

Ein anderer Kostenfaktor, der für eine virtuelle Inbetriebnahme eines Tunnels spricht, sind die geltenden Normen und Vorschriften. Für die Ventilation müssen verschiedene Szenarien getestet werden. Dabei werden bei einer konventionellen Inbetriebnahme die Lüfter ein- und ausgeschaltet. Zum Schutz des Lüfters müssen jedoch gewisse Ein- und Ausschaltzeiten berücksichtigt werden, wodurch sich die Inbetriebnahme extrem in die Länge ziehen kann. Mit einem digitalen Zwilling hingegen lassen sich vorab alle Programme und Szenarien testen, sodass man sicher sein kann, dass alles funktioniert, wenn man mit seinen Programmen auf die Baustelle geht.

Kritische Stimmen sagen, dass die mit der Digitalisierung erzielbaren Einsparungen durch den höheren IT-Aufwand sowie die Lizenzkosten für die Software gefressen werden. Was entgegnen Sie diesen?

Rom: Für die Digitalisierung einer Anlage oder einer Maschine sind in der Tat mehr IT-Aufwände sowie Lizenzkosten einzuberechnen, als wenn man keine digitalisierten Anwendungen nutzt. Doch Untersuchungen zeigen, dass diese Kosten im Vergleich zu den Einsparungen, die sich mit dem Einsatz virtueller Simulationswerkzeugen erreichen lassen, sehr gering sind. Dies gilt insbesondere für den zeitlichen Aufwand, der sich durch eine virtuelle Inbetriebnahme reduzieren lässt, da Fehler frühzeitig und nicht erst auf der Baustelle erkannt werden. Durch die fortschreitende Vernetzung von Anlagen und Prozessen wird man ausserdem gar nicht mehr umherkommen, zu digitalisieren, wenn man am Markt bleiben möchte – unabhängig von den Kosten.

Zudem ist die Digitalisierung mittlerweile in vielen Software-Werkzeugen ein integraler Bestandteil, sodass Anwenderinnen und Anwender keinen zusätzlichen Aufwand investieren müssen, um zu digitalisieren oder einen digitalen Zwilling zu erstellen. Das decken heute viele Software-Pakete automatisch ab, weshalb das nichts Spezielles mehr ist.

Im Zusammenhang mit Cyber Security spricht man auch bei Siemens von Defense-in-Depth-Konzepten. Was hat man sich unter diesen vorzustellen?

Bossart: Lassen Sie mich das Defense-in-Depth-Konzept anhand des Zwiebel-Prinzips erklären. Das, was geschützt werden soll, befindet sich im Innern der Zwiebel, und die einzelnen Zwiebelschichten stellen die verschiedenen Stufen der Sicherheitsmassnahmen dar. So beginnt beispielsweise der Schutz vor Cyber-Angriffen nicht erst bei der Anlage, sondern schon beim Zutritt in ein Gebäude oder an einen Schaltschrank. Dieser geschützte Zugang ist die erste Schicht und sozusagen die Schale der Zwiebel. Sie soll einen Angreifenden davon abhalten, beispielsweise über eine ungesicherte Schnittstelle eine Schadsoftware aufzuspielen.

Eine tiefere Schicht in der Zwiebel beinhaltet die Struktur des Netzwerkes. Wichtige Sicherheitsaspekte, die in dieser Schicht relevant werden, sind beispielsweise, wie mit offenen Ports umgegangen wird, wie Netzwerksegmentierungen und Sicherheitszonen aufgebaut sind und wie diese geschützt werden.

Im Inneren der Zwiebel befindet sich das System oder das Produkt, bei dem wir durch den Verzicht von proprietären Protokollen und dem Einsatz verschlüsselter Kommunikation die Sicherheit erhöhen. Alle Schichten zusammen bilden das Defense-in-Depth-Konzept.

Lassen Sie uns abschliessend noch kurz über die dritte Röhre des Gubrists sprechen, die im kommenden Jahr eröffnet werden soll. Was von Siemens wird in dieser zum Einsatz kommen?

Rom: Das beginnt mit den Stromversorgungen als einfachstes Element und geht über die Peripherie-Systeme und der Niederspannungsschalttechnik bis hin zu den Komponenten für die Steuerung, Visualisierung und Kommunikation. Uns freut das natürlich sehr, da es unsere Kompetenz in der Automatisierung und Digitalisierung im Tunnelbau unterstreicht.