Wasser 4.0 Quo vadis? Trinkwassertag 2016 Bildquelle: https://i.udemycdn.com/course/750x422/1745078_264f_5.jpg, modifiziert

„Der Sicherheitsbedarf im“ Wasser “-4.0-Umfeld Trinkwassertag 2016 „Der Sicherheitsbedarf im“ Wasser “-4.0-Umfeld ist mindestens doppelt so hoch wie in der kommerziellen IT“ Quelle: Billerbeck, J. D., Industrie 4.0 – aber sicher!, VDI Nachrichten, 25. Oktober 2019, Nr. 43/44, modifiziert

Meilensteine für Wasser x.x Trinkwassertag 2016 Begriffsbestimmung Meilensteine für Wasser x.x Industrie 1.0 Mechanisierung Industrie 2.0 Elektrifizierung Industrie 3.0 Automatisierung Industrie 4.0 Vernetzung 18. Jh. 19. Jh. 20. Jh. 21. Jh. Wasser 1.0 Druckerhöhung Wasser 2.0 Energieerzeugung Wasser 3.0 Digitalisierung Wasser 4.0 Virtualisierung

Digitalisierungsgrad der deutschen Wirtschaft Trinkwassertag 2016 Digitalisierungsgrad der deutschen Wirtschaft Branchenspiegel Hoch 27 % (Indexpunkte ≥ 70) Wissensintensive Dienstleistungen Niedrig 24 % (Indexpunkte ≤ 39) Durchschnittlich49 % (40 ≤ Indexpunkte ≤ 69) Gesundheitswesen Gewerbliche Wirtschaft Wasserwirtschaft (48 P.) Quelle: Graumann, S, (2016): 70 Prozent der Unternehmen haben die Digitalisierung bereits in ihre Unternehmensstrategie eingebunden, Presseinfo, KANTAR TNS, Berlin

Digitalisierung Vorteile Trinkwassertag 2016 Digitalisierung Vorteile Verbesserung der Kooperationen mit externen Partnern Effizienzzuwachs unternehmensinterner Prozesse Effizienzzuwachs unternehmensinterner Prozesse Erhöhung der Innovationsfähigkeit Organische Steigerung des Wachstums Erhöhung der Innovationsfähigkeit

Verknüpfungsmatrix Datenquellen Trinkwassertag 2016 Trinkwasser Quelle: Jekel, M., Ruhland, A., (2004): Technisch-ökologische und ökonomische Evaluierung alternativer Wasseraufbereitungsverfahren an den Beispielen Arsenelemination und zentrale Trinkwasserenthärtung, modifiziert

Reifegradmodell Stufen der Digitalisierung Systemebene Trinkwassertag 2016 Reifegradmodell Stufen der Digitalisierung Systemebene Grundlagengestaltung Quelle: Czichy, Ch., (2018): Reifegradmodell für eine Wasserversorgung 4.0, Vortrag, Konferenz: Kommunales Infrastruktur-Management, Berlin, modifiziert

Konnektivität Datenerfassung - Eingabestrukturen Manuell Lesbar Datei Trinkwassertag 2016 Konnektivität Datenerfassung - Eingabestrukturen Manuell Lesbar Datei Sensor / Aktuator Analog / Digital Datei / Datenbank Dateneingabe Datenformat Datenspeicherung Zeitaufwand/ Zeitverzug Manuell Nicht lesbar Aktenordner Netzwerk Digital Datenbank Datenintegrität: gering mittel hoch

Daten- und Ablaufstrukturen Trinkwassertag 2016 Verständnis Daten- und Ablaufstrukturen Virtualisierung (hoch) Leitwarte (hoch) Administration (gering) Gewinnung (gering - mittel) Aufbereitung (mittel - hoch) Verteilung (mittel) Datenmenge: gering mittel hoch

Reifegradmodell Stufen der Digitalisierung Prozessebene Systemebene Trinkwassertag 2016 Reifegradmodell Stufen der Digitalisierung Prozessebene Systemebene Grundlagengestaltung Quelle: Czichy, Ch., (2018): Reifegradmodell für eine Wasserversorgung 4.0, Vortrag, Konferenz: Kommunales Infrastruktur-Management, Berlin, modifiziert

Abbildung von Prozessen in WVU Trinkwassertag 2016 Abbildung von Prozessen in WVU Automatisierungspyramide Eingeschränkte Übertragungsnetz-verfügbarkeit (Netzanbindung, Überlastung, Wartung) Unbefugte Zugriffe durch of- fenen Internet-Port möglich Fernübertragung

Steuerungsebene Vielfalt der SPS-Systeme * VHH = versorgte Haushalte Trinkwassertag 2016 Steuerungsebene Vielfalt der SPS-Systeme * VHH = versorgte Haushalte Quelle: Gronau, N., et al., (2018): Aqua-IT-Lab – Labor für IT-Sicherheit in der Wasserversorgung, Abschlussbericht, Potsdam

Betriebsleitebene Größenordnung der WVU ≥ 22 Mio. m³/a Trinkwassertag 2016 Betriebsleitebene Größenordnung der WVU < 22 Mio. m³/a 500.000 EW ∙ 44 m³/(EW∙a) ≙ ≥ 22 Mio. m³/a

Größenordnung der Trinkwasserversorgung Trinkwassertag 2016 Betriebsleitebene Größenordnung der Trinkwasserversorgung < 22 Mio. m³/a 500.000 EW ∙ 44 m³/(EW∙a) ≙ ≥ 22 Mio. m³/a

IT-Infrastrukturbereiche Trinkwassertag 2016 IT-Infrastrukturbereiche Angriffsübersicht im letzten Jahr (2017/2018) Quelle: BSI, (2018): Die Lage der IT-Sicherheit in Deutschland 2018, Bonn

Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit Trinkwassertag 2016 Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit Unmittelbare Vorgehensweise < 22 Mio. m³/a 500.000 EW ∙ 44 m³/(EW∙a) ≙ ≥ 22 Mio. m³/a Ver- pflichtend BSI-Gesetz BSI-KRITIS-V5 Empfehlung B3S Hilfestellung B3S DVGW W1060 IT-Sicherheitsleitfaden (Web-Applikation) DVGW W1060 IT-Sicherheitsleitfaden (Web-Applikation)

Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit Trinkwassertag 2016 Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit Mittelbare Vorgehensweise < 22 Mio. m³/a 500.000 EW ∙ 44 m³/(EW∙a) ≙ ≥ 22 Mio. m³/a Ver- pflichtend BSI-Gesetz BSI-KRITIS-V5 Verpflichtend DVGW W1000 Technisches Sicherheitsmanagement Hilfestellung DVGW W1002 Krisen- Management B3S Hilfestellung DVGW W1001 Risiko- Management DVGW W 1050 Objekt- schutz DVGW W1060 IT-Sicherheitsleitfaden (Web-Applikation)

Reifegradmodell Stufen der Digitalisierung Optimierungsebene Trinkwassertag 2016 Reifegradmodell Stufen der Digitalisierung Optimierungsebene Prozessebene Systemebene Grundlagengestaltung Nutzung von Smart-Water-Potentialen Quelle: Czichy, Ch., (2018): Reifegradmodell für eine Wasserversorgung 4.0, Vortrag, Konferenz: Kommunales Infrastruktur-Management, Berlin, modifiziert

Smart Water meets Smart Farming Trinkwassertag 2016 Smart Water meets Smart Farming Digitaler Grundwasserschutz Sensorgesteuerte Landbearbeitung Vorteile für das WVU: Angepasste Düngemitteldosierung  Nitratentlastung des Bodens Mechanische Beikräuterbekämpfung  Geringerer Pestizideinsatz Geringe Oberbodenverdichtung  Unbeeinflusste Infiltrationsrate Unter- und Oberboden Datenabgleich  Schutz des Grundwassers Quelle: https://www.topagrar.com/acker/news/bonirob-mit-bolzen-gegen-unkraeuter-9844736.html, Zugriff: 16.09.2019

Smart Water meets Leakage Control Trinkwassertag 2016 Smart Water meets Leakage Control Wasserverteilungsnetz-Kontrolle Vorteile für das WVU: Frühzeitige Erkennung von Verlusten  Minimierung der Wassermenge Sensorüberwachte Rohrleitungen Permanente Rohrleitungskontrolle  Angepasste Rehabilitationsstrategie Nachteile für das WVU: Hohe notwendige Sensordichte  Aktuell großer finanzieller Aufwand Grundrauschen zu hoch  Kleine Leckageströme schwer zu orten Fotoquelle: http://www.libelium.com/libelium-images/water_leakages/pipe_leakage.png, Zugriff: 16.09.2019

Smart Water meets Smart Online Trinkwassertag 2016 Smart Water meets Smart Online Kontaminationskontrolle Vorteile für das WVU: Kontinuierliche On-line Kontrolle der Trinkwasserqualität  Frühzeitige Kontaminationsfeststellung Kontinuierliche In-line Kontrolle am einem beliebigen Ort im Verteilungsnetz  Frühzeitige Ortung der Kontaminationsstelle Nachteile für das WVU: Maschinelles Lernverfahren für neue Konta-minationsstoffe  Entwicklung bzw. Einsatz neuer Referenz-organismen mit erhöhtem zeitlichen Aufwand Multisensortechnik mit Referenzorganismen Fotoquelle: Fraunhofer - Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung I OSB, Karlsruhe

Fazit Zentrale strukturierte Erfassung von heterogenen Daten Trinkwassertag 2016 Fazit Zentrale strukturierte Erfassung von heterogenen Daten Analyse lokaler und systemübergreifender Informationen Erzeugung von Betriebskennzahlen mit hoher Datenintegrität Effizientere Betriebsführung durch bessere Arbeitsflussanalyse Kostenreduktion mittels ereignisgesteuertem Anlagenbetrieb Hohe Datenintegrität stellt gute Basis für Investitionsentscheidungen dar Integration lokaler Echtzeit Niederschlagsdaten zur Qualitätssicherung Virtualisierung ermöglicht bessere zukünftige Zustandsüberwachung