Im Datennebel und an der Kante zur Cloud

Die Strukturen und Konzepte in der industriellen Automatisierungswelt werden sich durch das Internet of Things und Industrie 4.0 völlig verändern. Allerdings werden wohl deutlich weniger Geräte direkt mit einer Cloud kommunizieren, als in vielen Prognosen vorhergesagt. Statt dessen entsteht durch das ‚Fog-Networking‘ bzw. ‚Edge-Computing‘ eine Sichtweise zur lokalen Integration unzähliger Datenpunkte.
Im Industrial Internet of Things (IIoT), aber auch im Industrie-4.0-Umfeld erkennt man schon den veränderten Lösungsansatz: Zwischen Feldebene und Cloud entsteht unter dem Oberbegriff Fog- bzw. Edge-Computing (auch Fog-Networking genannt) eine serviceorientierte Zwischenschicht. Sie könnte sogar die gesamte Feldebene einer Smart Factory vollständig absorbieren. Das Ziel dabei ist, einzelne Systeme am Rand zur Cloud (at the edge), also im unmittelbaren Umfeld (Nebel = Fog), intelligenter zu machen, mit speziellen Fähigkeiten auszustatten und Sonderaufgaben ausführen zu lassen. Dadurch können die ‚Things im Nebel‘ direkt oder über ein Edge-Gateway untereinander kommunizieren. Automobilhersteller testen zusammen mit Mobilfunknetzbetreibern bereits Cloudlet-Konzepte (Mobil Edge Computing) für autonome Fahrzeuge. Dabei kommunizieren Fahrzeuge und Verkehrsschilder über die Funkzellenhardware als Edge-Gateway direkt miteinander, ohne dass die einzelnen Datenpakete über eine Cloud ins Internet geleitet werden. Mit IBM hat ein erster führender IoT-Cloud-Anbieter einen Strategiewechsel vollzogen: Seit einigen Wochen werden die Watson-Analytics-Funktionen nicht mehr nur in der Wolke, sondern auch im Cisco-Edge-Router angeboten. In den USA wurde mit dem OpenFog Consortium inzwischen schon ein Verband gegründet, der sich diesem speziellen Thema widmet. Die Gründungsmitglieder ARM, Cisco, Dell, Intel, Microsoft und die Princeton University wollen ‚Fog-Technologie‘ gemeinsam weiterentwickeln und im Markt verbreiten. Dabei werden sie inzwischen auch von GE und Schneider Electric und zahlreichen weiteren Unternehmen und Organisationen unterstützt.

Vielfalt statt hierarchischer Kommunikation

Die gegenwärtigen Kommunikationsstrukturen im industriellen Umfeld lassen sich im Allgemeinen durch eine hierarchische Pyramidenstruktur beschreiben. Ganz unten die Feldebene, darüber eine Steuerungsebene und als Krönung des Ganzen in der Regel mehrere Leitebenen mit unterschiedlichen Aufgaben. In dieser Pyramide existieren jeweils ein Bottom-Up-Datenfluss und ein Top-Down-Informationsfluss. Die Datenerfassung beginnt in der untersten Ebene, die Informationsgewinnung erfolgt zentralistisch in den höheren Schichten. Anweisungen werden somit von oben nach unten kommuniziert. Da hätte es funktional sehr gut ins Bild gepasst, oben auf die Pyramide einfach noch eine Cloud-Anbindung draufzusetzen und in der ‚Wolke‘ z.B. Predictive-Analytics-Entscheidungen zu fällen, Intralogistikprozesse zu steuern usw. Das gesamte Datensilo ‚Automatisierungspyramide‘ wäre dann sogar noch fernsteuerbar. IIoT- bzw. Industrie-4.0-basierte Automatisierungslösungen werden mittelfristig aber dafür sorgen, dass die hierarchische Kommunikationspyramide verschwindet. Das dreidimensionale Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) lässt sich nicht mit der vorhandenen Pyramidenstruktur umsetzen. Einfach alle Pyramiden per Cloud miteinander zu verbinden hilft allerdings auch nicht weiter. Es werden vielmehr Anwendungsarchitekturen mit einzelnen Kommunikations-Domains entstehen, in denen auch weitreichende autonome Entscheidungen getroffen werden.

Kommunikations-Domains ersetzen Pyramiden

Abbildung 2 illustriert ein Beispiel mit den zukünftigen Kommunikationsbeziehungen einer IIoT- bzw. Industrie-4.0-basierten Smart Factory. Die gesamte Automatisierungstechnik (Sensoren, Aktoren, Steuerungen usw.) ist in einer OT-Domain (OT = Operational Technology) zusammengefasst. In dieser Ebene gibt es verschiedene kommunikative Querverbindungen (D2D = Device-to-Device), z.B. OPC UA Pub/Sub per MQTT oder IEEE TSN bzw. RFC 1006 bei älteren Steuerungen. Die zu einer Smart Factory gehörende MES- und ERP-Software ist in der IT-Domain (IT = Information Technology) zu finden. Alle aus der Smart-Factory-Sicht externen Komponenten und Systeme sind Bestandteile einer CT-Domain (CT = Cloud Technology). Hier findet man die Partner-ERP-Systeme einer bestimmten Wertschöpfungskette, Smartphone Apps usw., aber auch in der Smart Factory hergestellte Produkte (siehe ‚Connected Product‘ in der CT-Domain der Abbildung 1), die von Anwendern irgendwo auf der Welt genutzt werden. Sie liefern nun per Internet laufend Betriebs- und Zustandsdaten an das ERP-System des Smart-Factory-Betreibers. Mit Hilfe dieser Daten lassen sich den Produktnutzern zusätzliche Services (sogenannte Smart Services, wie z.B. Opex-basierte Angebote und Wartungsverträge für eine vorausschauende Instandhaltung) anbieten sowie das betreffende Produkt auf Basis echter Nutzerdaten weiterentwickeln. Dazu müssen die Daten an Produktmarketing und Entwicklung weitergeleitet werden. Zwischen den einzelnen Domains existieren zahlreiche Verbindungen. So sind einzelne Devices per D2B (Device-to-Business) bzw. D2C (Device-to-Cloud) direkt mit MES-, ERP- und Cloud-Anwendungen verbunden. Die ERP-Systeme zweier Unternehmen, die als Wertschöpfungskettenpartner zusammenarbeiten, sind in Zukunft per B2B-Datenverbindung (B2B = Business-to-Business) miteinander gekoppelt usw.

Im Datennebel und an der Kante zur Cloud
Bild: SSV Software Systems GmbH


Das könnte Sie auch interessieren

Hewlett Packard Enterprise und 5G Lab Germany entwickeln Edge-Lösungen der nächsten Generation

Hewlett Packard Enterprise kündigt die Zusammenarbeit mit dem 5G Lab Germany an, einem Forschungskonsortium rund um die Schlüsseltechnologien für drahtlose 5G-Netzwerke. Im Rahmen der Zusammenarbeit werden HPE und 5G Lab die Auswirkungen von 5G-Netzwerken und HPE Edgeline Converged Edge Systems auf Telekommunikation und Mobilität untersuchen. Dabei werden HPEs Edgeline-Systeme an den Außenrändern (Edge) des Netzwerkes eingesetzt, damit die nächste Anwendungsgeneration den vollen Nutzen aus der Leistung des 5G-Netzwerkes ziehen kann. 5G-Netzwerke sollen sich dem Kundenverhalten in Echtzeit anpassen. Die Verbesserungen der Bandbreite durch 5G wird aber auch den Rechenaufwand im Netzwerk drastisch erhöhen, der notwendig ist, um bestehende und neue Anwendungen zu betreiben. Die Latenzverbesserungen ermöglichen eine neue Stufe der Automatisierung und Steuerung, die mit aktuellen 4G-Netzen nicht möglich ist. Auf Grundlage von 5G-Netzen und Edgeline-Systemen werden HPE und 5G Lab Projekte für die Kommunikation zwischen autonomen Fahrzeugen entwickeln und leistungsstarke Endkunden-Anwendungen zur Verfügung stellen. „5G spielt für die Entwicklung des Internet der Dinge eine zentrale Rolle“, sagt Dr. Tom Bradicich, Vice President und General Manager für Server, Converged Edge und IoT-Systeme bei HPE.

Obsoleszenz-Management: Ein Blick in die Zukunft

Fragt man Hersteller von elektronischen Bauteilen, was ihr derzeit größtes Problem ist, werden es vermutlich weder Produktionsvorlaufzeiten, das Wachstum der Elektronikindustrie in China oder Fälschungen sein. Obwohl diese Fragen zweifellos von entscheidender Bedeutung sind, werden die meisten Hersteller die Überalterung der Komponenten als ihr größtes Problem benennen. Was sind die aktuellen Herausforderungen der Überalterung, denen sich Hersteller gegenübersehen, und was kann getan werden, um diese jetzt zu überwinden und sie auch in Zukunft im Griff zu haben?

Ultra-Low-Dropout-Regler mit nur 90mV Spannungsabfall

Ultra-Low-Dropout-Regler von Hy-Line Power Components können bis zu 2A Ausgangsstrom liefern. Dabei liegt die minimal notwendige Regelspannung noch einmal deutlich niedriger als bei normalen LDOs: Es sind minimal typ.

Multi-IO-Board für Bahnanwendungen

Die CompactPCI-Karte F405 ist ein Multi-I/O-Board, welches speziell für den Einsatz in Bahnanwendungen entwickelt wurde. Durch den erweiterten Spannungsbereich von bis zu -110V bis +110V ist die Karte weltweit und vielseitig verwendbar. Zudem garantiert das FPGA-basierte Design eine hohe Langzeitverfügbarkeit für die Anwendung.

Automatisierungstreff 2017: Marktplatz Industrie 4.0 als neues Highlight

Vom 28. bis 30. März 2017 fand der 11. Automatisierungstreff in der Kongresshalle in Böblingen statt. Im Fokus der erfolgreichen Veranstaltung standen neben den 38 Workshops auch das neu geschaffene Lösungsforum Marktplatz Industrie 4.0, das sehr gut angenommen wurde.

Industrial Router NB800 mit IoT-Gateway Funktion

In Zeiten von IoT und Industrie 4.0 sind betriebsfertige Router wertvolles Gut. Weil die Einsatzbereiche eine immer spezifischere Anpassung verlangen, braucht es darauf abgestimmte Produkte.