Übungsaufgaben zu Prozesssicherheit und Cybersicherheit von Anlagen

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Cybersicherheit von Anlagen“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/prozess-cybersicherheit-anlagen
- https://oer-informatik.de/qualitaetsmanagement
- https://oer-informatik.de/instandhaltung-service
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/prozess-cybersicherheit-anlagen-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Prozesssicherheit
- vorbeugende Instandhaltung
- OEE
- KVP
- NIS-2
- Meldepflicht
- Cyber Resilience Act
- Sicherheitsupdates
- Maschinenverordnung
- Korrumpierung

Kompetenzstufe: Expertise (alternativ: Basiskompetenz, Kernkompetenz, Profilkompetenz)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Geg.: t_\mathrm{Plan} = 900\ \mathrm{min}; t_\mathrm{Stillstand} = 126\ \mathrm{min}; t_\mathrm{ideal} = 1{,}2\ \mathrm{min} je Gerät; n = 580 geprüft; n_\mathrm{Fehl} = 29 Fehlprüfungen

Ges.: V, L, Q, OEE, größter Verlust

Laufzeit (1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} t_\mathrm{Lauf} & = & t_\mathrm{Plan} - t_\mathrm{Stillstand} & \\ t_\mathrm{Lauf} & = & 900\ \mathrm{min} - 126\ \mathrm{min} = 774\ \mathrm{min} & \end{array}

Verfügbarkeit, Leistungsgrad, Qualitätsrate (je 1 Punkt):

\begin{aligned} &\text{(I)} && V = \frac{t_\mathrm{Lauf}}{t_\mathrm{Plan}} \\ &\text{(II)} && L = \frac{n}{t_\mathrm{Lauf} / t_\mathrm{ideal}} \\ &\text{(III)} && Q = \frac{n - n_\mathrm{Fehl}}{n} \end{aligned}

V = \frac{774\ \mathrm{min}}{900\ \mathrm{min}} = \underline{\underline{0{,}860}}

n_\mathrm{max} = \frac{774\ \mathrm{min}}{1{,}2\ \mathrm{min}} = 645 \qquad L = \frac{580}{645} \approx \underline{\underline{0{,}899}}

Q = \frac{580 - 29}{580} = \frac{551}{580} = \underline{\underline{0{,}950}}

OEE und größter Verlust (1 Punkt):

\text{OEE} = V \cdot L \cdot Q = 0{,}860 \cdot 0{,}899 \cdot 0{,}950 \approx \underline{\underline{0{,}734 = 73{,}4\ \%}}

Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: \text{OEE} = 0{,}86 \cdot \frac{580}{645} \cdot 0{,}95 \approx 0{,}735 = 73{,}5\ \%.

Der größte Verlust ist die Verfügbarkeit (V = 0{,}860, also 14\ \% der geplanten Zeit Stillstand), knapp vor dem Leistungsgrad (L \approx 0{,}899). Hier setzt die Instandhaltung zuerst an.

Ges.: Kritikalitätsklasse und Maßnahme je Komponente mit Begründung

Je Komponente 1 Punkt für eine begründete Klasse und 1 Punkt für eine passende, begründete Maßnahme. Andere Einstufungen sind richtig, wenn sie schlüssig begründet sind.

• Kontaktstifte – Klasse A (hohe Ausfallwahrscheinlichkeit durch Verschleiß, Folgen: Fehlprüfungen und Stillstand am Engpass). Maßnahme: zeitgesteuerter vorbeugender Tausch nach Zahl der Kontaktierungen bzw. in festen Abständen im geplanten Stillstand, weil der Verschleiß vorhersehbar ist und die Lebensdauer bekannt ist; zusätzlich ein vorbereiteter Ersatzadapter. Ergänzend lässt sich die Fehlprüfquote als Zustandsmerkmal verfolgen.

• Labornetzteil – Klasse A bzw. B (geringe Ausfallwahrscheinlichkeit, aber schwere Folgen: Stillstand des Engpasses für bis zu drei Wochen). Maßnahme: Ersatzgerät auf Lager bzw. Redundanz. Ein zeitgesteuerter Tausch bringt bei zufälligen Ausfällen ohne Vorwarnung nichts; entscheidend ist, die lange Wiederbeschaffungszeit zu überbrücken.

• Etikettendrucker – Klasse C (gelegentliche Ausfälle, aber geringe Folgen, weil es eine Ausweichlösung gibt). Maßnahme: störungsbedingte Instandsetzung, einfache Pflege nach Herstellerangabe (Reinigung), keine weitere Vorbeugung, weil sie mehr kosten würde als die Ausweichlösung.

Geg.: ohne Vorbeugung n_\mathrm{ohne} = 8 Ausfälle je Jahr; je Ausfall 75\ \mathrm{min} zu 840\ \tfrac{€}{\mathrm{h}} und 60 € Material; mit Vorbeugung 12 Tauschvorgänge je 60 € und 0{,}5\ \mathrm{h} zu 65\ \tfrac{€}{\mathrm{h}}, n_\mathrm{mit} = 1 Ausfall je Jahr

Ges.: K_\mathrm{ohne}, K_\mathrm{mit}, Entscheidung

K_\text{Jahr} = K_\text{vorbeugend} + n_\text{Ausfall} \cdot K_\text{Ausfall}

Kosten eines Ausfalls (1 Punkt):

K_\mathrm{Ausfall} = 1{,}25\ \mathrm{h} \cdot 840\ \tfrac{€}{\mathrm{h}} + 60\ € = \underline{\underline{1110\ €}}

Ohne Vorbeugung (1 Punkt):

K_\mathrm{ohne} = 0\ € + 8 \cdot 1110\ € = \underline{\underline{8880\ €}}

Mit Vorbeugung (2 Punkte):

K_\mathrm{vorbeugend} = 12 \cdot \left(60\ € + 0{,}5\ \mathrm{h} \cdot 65\ \tfrac{€}{\mathrm{h}}\right) = 12 \cdot 92{,}50\ € = 1110\ €

K_\mathrm{mit} = 1110\ € + 1 \cdot 1110\ € = \underline{\underline{2220\ €}}

Entscheidung (1 Punkt): Der monatliche vorbeugende Tausch spart etwa 8880\ € - 2220\ € = 6660\ € im Jahr und sollte gewählt werden. Dazu kommen Vorteile, die nicht in der Rechnung stehen: weniger Fehlprüfungen (höhere Qualitätsrate) und eine planbare Ausbringung am Engpass.

Ges.: drei Beiträge der Instandhaltung zum Unternehmenserfolg

Je Beitrag 1 Punkt, z. B.:

• Verfügbarkeit und Liefertreue: Der Prüfstand ist der Engpass. Jede Minute Stillstand fehlt der ganzen Linie; weniger Stillstand heißt mehr ausgelieferte Laderegler ohne Sonderschichten. Die OEE von etwa 73\ \% zeigt, wie viel Potenzial hier liegt.

• Qualität: Gepflegte Kontaktstifte und ein kalibriertes Netzteil verhindern Fehlprüfungen und vor allem, dass fehlerhafte Geräte als „gut“ durchrutschen und als Reklamation zurückkommen.

• Kosten: Die Rechnung aus Teilaufgabe c zeigt, dass gezielte Vorbeugung Kosten senkt (rund 6660 € im Jahr allein bei den Kontaktstiften).

• weitere: Arbeitssicherheit (Montagezelle mit Roboter), Werterhalt der Anlagen, Energiebedarf, Erfüllung gesetzlicher Prüf- und Sicherheitspflichten.

Ges.: drei Schwachstellen mit Verschwendungsart; ein Verbesserungsvorschlag mit Maßnahme, Nutzen und Wirksamkeitskontrolle

Schwachstellen, je 1 Punkt (drei davon):

• Meldeweg über die Schichtführung (10 + 15\ \mathrm{min}): Die Information läuft über eine Zwischenstation – Verschwendungsart Warten.

• Anfahrt der Bereitschaft aus Halle 3 (20\ \mathrm{min}): Wege zum Einsatzort – Verschwendungsart Transport/Bewegung.

• Prüfadapter im Lager suchen (25\ \mathrm{min}, längster Schritt): Ersatzteil liegt nicht dort, wo es gebraucht wird – Verschwendungsart Bewegung (und Warten).

• Kontrollmessung mit drei Platinen (15\ \mathrm{min}): nötig, aber eventuell zu aufwendig, wenn ein Prüfnormal (Referenzplatine) genügen würde – Überbearbeitung.

Verbesserungsvorschlag (3 Punkte: Maßnahme, Nutzen, Kontrolle), z. B.:

• Maßnahme: Einen vorbereiteten, geprüften Ersatz-Prüfadapter in einem beschrifteten Fach direkt am Prüfstand lagern; nach dem Tausch wird der alte Adapter in der Werkstatt instand gesetzt und wieder ins Fach gelegt. Kosten: ein zweiter Adapter.

• Nutzen: Die 25\ \mathrm{min} Suche entfallen weitgehend; bei rund acht adapterbedingten Störungen im Jahr (siehe Teilaufgabe c) sind das etwa 8 \cdot 25\ \mathrm{min} \approx 3{,}3\ \mathrm{h} Stillstand am Engpass, also rund 2800 € im Jahr.

• Wirksamkeitskontrolle: Die mittlere Dauer bis zur Freigabe (MTTR) des Prüfstands drei Monate lang erfassen und mit den bisherigen 100\ \mathrm{min} vergleichen; Ziel z. B. unter 70\ \mathrm{min}.

Ebenso richtig sind z. B. eine direkte Störmeldung vom Prüfstand an das Diensthandy der Bereitschaft (spart den Umweg über die Schichtführung) oder eine Bereitschaftsperson, die in der Nähe der Linie arbeitet.

Geg.: 85 Beschäftigte, Jahresumsatz 18 Mio. €, Bilanzsumme 12 Mio. €; Herstellung von Ladereglern (elektrische Ausrüstungen); vernetzte Fertigung mit Fernwartung

Ges.: Betroffenheit, drei Kernpflichten, drei Risikomanagementmaßnahmen

Betroffenheit (1 Punkt): Die Herstellung elektrischer Ausrüstungen gehört zum verarbeitenden Gewerbe, das das Gesetz erfasst. Mit 85 Beschäftigten (ab 50) bzw. mehr als 10 Mio. € Umsatz und Bilanzsumme gilt der Betrieb als wichtige Einrichtung, nicht als besonders wichtige (dafür wären u. a. 250 Beschäftigte nötig). Er muss das selbst feststellen; es gibt keinen Bescheid.

Kernpflichten (1 Punkt, alle drei genannt):

• Registrierung beim BSI,

• Risikomanagement mit geeigneten technischen und organisatorischen Maßnahmen, gebilligt und überwacht von der Geschäftsleitung,

• Meldung erheblicher Sicherheitsvorfälle an das BSI (24 Stunden, 72 Stunden, ein Monat).

Risikomanagementmaßnahmen für das Produktionsnetz, je 1 Punkt (drei davon):

• Netztrennung in Zonen (Büro-IT und Produktion getrennt, Firewalls an den Übergängen),

• Sicherheit der Lieferkette und der Fernwartung (Zugang nur bei Bedarf, Mehr-Faktor-Anmeldung, Protokollierung),

• Inventar der vernetzten Geräte mit Firmware-Stand und Schwachstellenmanagement (Updates planen),

• Datensicherung der Steuerungsprogramme und Prüfprogramme, Wiederherstellung testen (Betriebskontinuität),

• Schulung des Personals (Phishing, Datenträger), Notfallplan für Sicherheitsvorfälle.

Geg.: Einstufung als erheblicher Vorfall am Montag, 12.04.2027, 16:00 Uhr; Meldung abgegeben am 14.04.2027, 10:00 Uhr

Ges.: späteste Zeitpunkte für Erstmeldung, Meldung und Abschlussmeldung; Begründung

Fristen (je 1 Punkt):

Begründung (1 Punkt): Die Fristen sind kurz und laufen, sobald das Unternehmen den Vorfall kennt – nicht erst, wenn die Ursache geklärt ist. Nur wenn der Instandhalter sofort meldet, kann die IT-Leitung den Vorfall rechtzeitig einstufen, die Ausbreitung stoppen (Rechner vom Netz trennen) und Spuren sichern. Eigene Reparaturversuche können Beweise vernichten und die Schadsoftware weiterverbreiten.

Ges.: Pflichten des Herstellers jetzt und für neue Produkte ab 11.12.2027

Pflichten jetzt, seit 11.09.2026 (2 Punkte):

• Die aktiv ausgenutzte Schwachstelle über die zentrale Meldeplattform der ENISA an das zuständige CSIRT (in Deutschland das BSI) melden: Frühwarnung innerhalb von 24 Stunden, Meldung innerhalb von 72 Stunden, Abschlussbericht spätestens 14 Tage, nachdem eine Korrektur verfügbar ist.

• Die Nutzer (hier die Johannisberg Elektronik GmbH bzw. den Lieferanten der Montagezelle) über die Schwachstelle und mögliche Gegenmaßnahmen informieren. Das gilt auch für Router, die schon vor 2026 verkauft wurden.

Zusätzliche Pflichten für neue Router ab 11.12.2027 (2 Punkte):

• Diese Router dürfen nur mit CE-Kennzeichnung in Verkehr gebracht werden, wenn sie die grundlegenden Cybersicherheitsanforderungen erfüllen (sichere Grundeinstellungen, keine Standardpasswörter, Schutz vor unbefugtem Zugriff).

• Der Hersteller muss einen Supportzeitraum angeben (in der Regel mindestens fünf Jahre) und in diesem Zeitraum Schwachstellen behandeln und kostenlose Sicherheitsupdates bereitstellen, möglichst getrennt von Funktionsupdates.

Ges.: Einbeziehung des Updates in die Instandhaltungsplanung; Maßnahmen bis zum Einspielen

Ablauf, je Schritt 1 Punkt (vier davon), z. B.:

1. Bewerten: Im Geräteinventar prüfen, welche Router mit welcher Firmware betroffen sind; Dringlichkeit festlegen (aktiv ausgenutzt, aus dem Internet erreichbar → hohe Dringlichkeit).

2. Einplanen und vorbereiten: Termin im Instandhaltungsplan festlegen (geplanter Stillstand oder ein vorgezogenes kurzes Wartungsfenster), Freigabe des Lieferanten der Montagezelle einholen, Konfiguration des Routers sichern, alte Firmware als Rückfallweg bereithalten.

3. Durchführen und prüfen: Update einspielen, Funktion der Fernwartung und der Verbindung zur Zelle prüfen; weil der Router den Zugang zur Zelle mit Sicherheitsfunktionen herstellt, prüfen, dass die Sicherheitsfunktionen unverändert wirken.

4. Dokumentieren: Firmware-Stand, Datum, Durchführende und Prüfergebnis im Inventar bzw. Wartungsprotokoll eintragen; Supportende des Routers vermerken und Ersatz rechtzeitig einplanen.

Maßnahme bis zum Einspielen (1 Punkt): Ausgleichsmaßnahmen, z. B. den Fernwartungsrouter vom Netz trennen bzw. den Zugang nur bei Bedarf und unter Aufsicht freischalten, den betroffenen Dienst abschalten oder die Verbindung an der Firewall sperren. Ist das Risiko sehr hoch, wird das Update vorgezogen, statt drei Wochen zu warten.

Ges.: vier Anforderungen an den Schutz gegen Korrumpierung; Begründung der Herstellerpflichten

Anforderungen, je 1 Punkt (vier davon):

• Verbindungen dürfen nicht gefährden: Der Zugriff vom Leitrechner bzw. aus dem Netz darf nicht zu einer gefährlichen Situation führen, z. B. darf kein zu kleines Schutzfeld bei laufendem Roboter wirksam werden.

• Sicherheitsrelevante Hardware schützen: Sicherheitssteuerung, Lichtgitter und ihre Verbindungen gegen versehentliche und vorsätzliche Verfälschung schützen (Gehäuse plombieren, Steckverbindungen sichern, Parameter nur mit Berechtigung änderbar).

• Sicherheitsrelevante Software und Daten kennzeichnen und schützen: Die Parameter für Schutzfeld und Geschwindigkeitsgrenzen sind als sicherheitsrelevant identifiziert und z. B. durch Rollen, Passwort und Prüfsumme geschützt; die installierte Softwareversion lässt sich leicht feststellen.

• Eingriffe nachweisen: Jede Änderung (wer, wann, welcher Wert) wird protokolliert, rechtmäßige wie unrechtmäßige Zugriffsversuche.

• Widerstand gegen Angriffe: Die Steuerung bleibt auch bei böswilligen Zugriffsversuchen sicher; die Sicherheitsfunktionen arbeiten weiter.

Herstellerpflichten (1 Punkt): Der Umbau verändert die Sicherheitsfunktionen der Zelle und schafft einen neuen Zugriffsweg. Das kann eine wesentliche Veränderung der Maschine sein. Wer eine Maschine wesentlich verändert, gilt nach der Maschinenverordnung als Hersteller und muss dann selbst nachweisen, dass die Anforderungen erfüllt sind (Risikobeurteilung, auch mit Blick auf Manipulation).