Wasser 4.0 Quo vadis? Trinkwassertag 2016

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1 Wasser 4.0 Quo vadis? Trinkwassertag 2016
Bildquelle: modifiziert

2 „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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

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

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

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

16 Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit
Trinkwassertag 2016 Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit Unmittelbare Vorgehensweise < 22 Mio. m³/a 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)

17 Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit
Trinkwassertag 2016 Rahmenbedingungen für die IT-Sicherheit Mittelbare Vorgehensweise < 22 Mio. m³/a 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)

18 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

19 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: Zugriff:

20 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: Zugriff:

21 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

22 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