Edge Computing und Cloud Computing, wie sieht das die Automatisierungsbranche? Das wollte die Redaktion der IEE wissen und hat eine große Umfrage gestartet. (Bild: CmonFotolia – Adobe Stock)
Maschinen und Anlagen sind zunehmend vernetzt. Dadurch entstehen schon heute enorme Datenmengen, die in der Zukunft explosionsartig ansteigen werden. Geschickt genutzt, können diese Daten die Grundlage für innovative Geschäftsmodelle bilden – gerade in der Zeit nach Corona (Lesen Sie hierzu: 10 Thesen für Industrie-4.0-Geschäftsmodelle nach Corona).
Doch zuerst gilt es die Daten zu sammeln und zu analysieren. Hier stellt sich oft die Frage: Cloud oder Edge Computing? Sicher, jede Technologie hat ihre Vorteile. Generell lässt sich sagen, dass sich Edge Computing für die maschinen- und fabriknahe Datenverarbeitung großer Datenmengen eignet. Dabei ist Edge Computing unabhängig von Netzwerkverbindungen und wird nicht durch den mangelnden Ausbau der Bandbreite beschränkt. Gleichzeitig dient es dazu – bevor wahllos Daten ins Internet beziehungsweise die Cloud gepumpt werden – die Daten dort vorzuverarbeiten, wo sie entstehen. Dies ermöglicht schnelle Reaktionszeiten, Datenverarbeitung in Echtzeit und Anwender haben die Kontrolle über den Speicherort der Daten, was die Sicherheitsrisiken senkt.
Cloud Computing, also die Datenanalyse im Internet beziehungsweise in externen Rechenzentren, bietet den Vorteil, dass es einfach skalierbar ist. So sind sowohl die Rechen- als auch die Speicherkapazitäten oft zubuchbar. Gerade für rechenintensive Aufgaben eignet sich Cloud Computing, etwa beim Machine Learning, wie dem Trainieren von künstlichen neuronalen Netzwerken. Zudem lassen sich schnell und einfach Daten aus verschiedenen Quellen, ob Maschinen, Anlagen oder sogar Standorten, verknüpfen.
Lokale Datenverarbeitung oder Was ist Edge Computing?
Edge-Computing wird KI-Anwendungen in Szenarien ermöglichen, in denen die Verarbeitung lokal erfolgen muss. wladimir1804 über Adobe Stock
Beim Edge Computing werden große Datenmengen möglichst nahe an der Datenquelle erfasst, komprimiert und aggregiert, nämlich am „Edge“, also am Rand des Unternehmensnetzwerks. Diese Technologie gewinnt mit der steigenden Datenmenge zunehmend an Bedeutung: Statt eine großen Menge an Basisdaten an eine zentrale Plattform zu übertragen, findet eine Vorauswertung bereits in der Maschine oder der Anlage statt, die die Daten erzeugt. Erst die erzielten Ergebnisse werden anschließend an die IoT-Plattform in der Cloud weitergeleitet. Besonders eignet sich Edge Computing für Einsatzszenarien mit hoher Latenzempfindlichkeit, beispielsweise bei der Machine-to-Machine-Kommunikation. Aber auch datenintensive Umgebungen wie die Smart Factory verlangen nach einer lokalen und schnellen Datenverarbeitung. Dafür ist ein Edge Device mit entsprechender Rechenkapazität gefragt, welches beispielsweise ein IoT-Gateway bietet. Darüber lässt sich einstellen, ob die Daten erst nach einer Auswertung vor Ort oder bei Über- oder Unterschreitung eines gewissen Grenzwertes an die IoT-Plattform übertragen werden sollen.
Das sagt die Automatisierungs-Branche zu Edge und Cloud Computing
Um sich einen Überblick bezüglich der Ansichten von Anbietern von Edge- und Cloud-Lösungen zu verschaffen, hat die IEE-Redaktion mehrere Unternehmen befragt. Die Frage lautete: „Wie stehen Sie dem Thema Edge und Cloud Computing gegenüber? Können sich diese Arten der Informationsverarbeitung in der industriellen Anwendung ergänzen und wenn ja, wo? Haben Sie dafür ein konkretes Beispiel aus der Praxis?“ Hier die Antworten der Firmen.
HMS: Edge Computing und Cloud Computing gehen Hand in Hand
"Viele Firmen starten ein IIoT-Projekt von der Cloud-Seite her." Thilo Döring, Geschäftsführer HMS Industrial Networks GmbH HMS
Unsere Erfahrung ist, dass viele Firmen ein IIoT-Projekt von der Cloud-Seite her starten, weil sie eine Visualisierung ihrer Fertigungsdaten für Analysen und Auswertungen suchen. Dabei wird die Frage wie die Fertigungsdaten überhaupt in die Cloud gelangen oft vernachlässigt. Genau hier kommt dann Edge Computing ins Spiel. Egal, wie die Cloud-Lösung aussieht, die relevanten Daten müssen an den Punkten, wo sie entstehen, gesammelt und sicher in die Cloud gebracht werden. Oft geschieht das mithilfe von Edge-Gateways, z.B. dem Anybus Edge Gateway von HMS, das Daten aus unterschiedlichsten industriellen Netzwerken einsammelt und somit auf der Fertigungsebene das Bindeglied in die Cloud darstellt. Dies ist Voraussetzung, um überhaupt Zugang zu den Daten von Maschinen oder Anlagen zu bekommen. Im Edge-Gateway kann eine Datenvorverarbeitung erfolgen mit anschließender sicherer Übermittlung an die Cloud, aber auch komplette zeitkritische Steuerungsabläufe sind realisierbar. Erst wenn Fertigungsdaten in der Cloud zur Verfügung stehen, kann die Cloud ihre Vorteile ausspielen: Daten in Dashboards darstellen, um einen Überblick über die Live-Prozessdaten einer Anlage zu geben oder kontinuierliche Änderungen in Anlagenteilen als Trendgrafen anzeigen, die Aufschluss über den Verschleiß in einzelnen Komponenten geben. Somit gehen Edge Computing und Cloud Computing Hand in Hand.
Thilo Döring, Geschäftsführer HMS Industrial Networks
Phoenix Contact: Edge Computing ergänzt Cloud Computing
"Edge ergänzt die Cloud „nach unten“ und beide Ansätze fungieren als Partner." Daniel Korte, Technologiemanager PLCnext Technology, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont Phoenix Contact
Cloud Computing ist aus den Office-IT-Netzwerken heute nicht mehr wegzudenken. Auch in der Produktionsumgebung erscheinen viele Anwendungen des Cloud Computing vielversprechend. Allerdings treten hierbei einige Herausforderungen auf. Dazu zählen die Kosten für die Rechenleistung und Datenspeicherung, begrenzte Datentransferraten, Latenzzeiten bei der Informationsverarbeitung sowie Datenschutz respektive -sicherheit. Darüber hinaus ist es kaum möglich, jedes Feldgerät einzeln mit der Cloud zu verbinden.
Edge Computing begegnet diesen Herausforderungen, indem die Datenverarbeitung näher an die Datenquelle gebracht wird. Dabei ergänzt Edge die Cloud „nach unten“ und beide Ansätze fungieren als Partner. Typische Anwendungen von Edge Computing sind die Datensammlung und -verdichtung, Daten(vor)verarbeitung, Datenanalyse sowie Cloud-Anbindung. Mit der Steuerungsplattform PLCnext Technology bietet Phoenix Contact eine ideale Basis für Edge Computing im Fertigungsumfeld und bringt gleich ein komplettes Ökosystem mit. Dieses umfasst robuste Hardware, Engineering- und Konfigurationssoftware, einen App-Store für Software rund um die PLCnext Technology sowie eine Community zur Informationsbeschaffung und zum Austausch von Know-how.
Daniel Korte, Technologiemanager PLCnext Technology, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
Datenanalyse im Internet oder Was ist Cloud Computing?
Viele Server auf Wolken: ganz so romantisch sieht es in einem Rechenzentrum, in dem die Computingressourcen für Cloud Computing stehen, nicht aus. Robert Kneschke – Adobe Stock
Cloud Computing bezeichnet das Bereitstellen von Ressourcen, wie Server, Speicher, Datenbanken, Netzwerkkomponenten, Software, Analyse- und intelligente Funktionen, um Daten über das Internet, also die Cloud, in einer IoT-Plattform zu verarbeiten und analysieren. Diese Ressourcen stehen beispielweise in einem Rechenzentrum. Zu den drei Hauptarten des Cloud Computing zählen laut AWS Infrastructure as a Service (IaaS), Platform as a Service (PaaS) und Software as a Service (SaaS):
- IaaS umfasst die grundlegenden Bausteine für Cloud-IT. Es ermöglicht in der Regel Zugriff auf Netzwerkfunktionen, Computer (virtuelle oder dedizierte Hardware) und Datenspeicher. Es ähnelt vorhandenen IT-Ressourcen mit denen viele IT-Abteilungen und Entwickler vertraut sind.
- Aufgrund PaaS entfällt für Anwender die Verwaltung der zugrunde liegenden Infrastruktur (in der Regel Hardware und Betriebssysteme) und sie können sich auf das Bereitstellen und Verwalten von Anwendungen konzentrieren.
- SaaS bietet ein vollständiges Produkt, das ein Serviceanbieter ausführt und verwaltet. In den meisten Fällen bezieht sich SaaS auf Endbenutzeranwendungen (wie webbasierte E-Mail-Programme). Mit einem SaaS-Angebot müssen sich Anwender nicht mehr um die Wartung des Service kümmern oder Gedanken machen, wie die zugrunde liegende Infrastruktur verwaltet wird. Sie können sich auf den Gebrauch der Software konzentrieren.
Balluff: Kein „entweder – oder“, sondern ein „sowohl – als auch“
"Der Ort der Informationsverarbeitung muss zum Anwendungsfall und zum Kunden passen." Timo Eger, Head of Software Systems, Balluff Balluff
Der Ort der Informationsverarbeitung muss zum Anwendungsfall und zum Kunden passen. Unser System zur Füllstands- und Bestandsüberwachung „Material Level Monitoring“ erfasst sekündlich Daten zu Füllständen z.B. mit Ultraschallsensoren. Diese Daten werden aber nicht direkt an eine Cloud gesendet, sondern lokal auf Edge-Ebene vorverarbeitet. Das hat für uns zwei entscheidende Vorteile:
Zum einen können wir durch die Vorverarbeitung „Falschmeldungen“ zu den Beständen vermeiden, wenn zum Beispiel ein Werker sich zur Materialentnahme im Messbereich befindet oder wenn kurzzeitig eine Palette mit Material aus dem Messbereich entfernt wird.
Zum anderen kann unser System durch die Vorverarbeitung so auch völlig autark arbeiten und ist nicht auf die Netzwerk-Infrastruktur des Kunden angewiesen. Die großen Datenmengen liegen auf Edge-Ebene und lediglich kleine Datenmengen zur Bestandsübersicht oder zum Auslösen einer Buchung im ERP müssen übertragen werden. Diese Daten können dann auch per LTE oder UMTS über das Mobilfunknetz übertragen werden.
Es ist als kein „Entweder – Oder“, sondern vielmehr ein „Sowohl – als auch“.
Timo Eger, Head of Software Systems, Balluff
Turck: Edge Computing ist oft Enabler für Cloud Computing
"Wenn durch Edge Computing lokal „veredelten“ Daten in die Cloud übertragen werden, wird aus Big Data Smart Data." Christian Knoop, Produktmanager Fabrikautomation Systeme, Hans Turck GmbH & Co. KG Turck
Edge und Cloud Computing sind aus meiner Sicht keine gegensätzlichen Methoden, sondern ergänzen sich sehr gut. Während Cloud Computing gerade erst Einzug in industrielle Anwendungen hält, ist Edge Computing momentan deutlich häufiger vertreten. Edge Computing ist oft aber auch ein Enabler für Cloud Computing. Wenn Maschinen- und Anlagendaten durch Edge Computing lokal vorverarbeitet werden und dann nur die relevanten, sozusagen „veredelten“ Daten in die Cloud übertragen werden, wird aus Big Data Smart Data. Das ist aus meiner Sicht eine sehr sinnvolle Lösung, da Maschinen und Anlagen mitunter große Datenmengen erzeugen. Würde man diese ungefiltert in eine Cloud übertragen, müssten wir dort auch große Datenmengen verarbeiten, die jedoch meist keinen Mehrwert bieten.
Turck bietet seinen Kunden derartige Konzepte der effizienten Datennutzung bereits heute an. Unser Produktportfolio umfasst sowohl Edge Gateways als auch eine eigene Cloud-Lösung. Somit sind unsere Kunden in der Lage, ihre Maschinen dezentral zu automatisieren und zeitkritische Prozesse auf lokaler Hardware auszuführen – und dabei gleichzeitig die Vorteile und Möglichkeiten des Cloud Computing zu nutzen. Dank unserer IP67-Hardware ist dies sogar direkt an der Maschine – also komplett ohne Schaltschrank – möglich, sodass modulare Automation noch einfacher umsetzbar ist als je zuvor. Aktuellstes Beispiel ist unsere robuste IP67-Steuerung TBEN-L-PLC, die dank integriertem Edge Gateway direkt mit unserer Cloud-Plattform kommuniziert.
Christian Knoop, Produktmanager Fabrikautomation Systeme, Hans Turck GmbH & Co. KG
Autosen: Kombination von Edge und Cloud Computing ist Schlüssel für das IIoT
"In der Kombination von Edge- und Cloud- Computing liegt der Schlüssel zu wirtschaftlichen und technologisch sinnvollen End-to-End-Anwendungen für das IIoT." Rainer Schniedergers, Produktmanager autosen Autosen
In der Kombination von Edge- und Cloud- Computing liegt der Schlüssel zu wirtschaftlichen und technologisch sinnvollen End-to-End-Anwendungen für das IIoT. Die Basis dafür sind multifunktionelle Tools wie der io-key, der zugleich IIot-Gateway und intelligentes Edge-Device ist. Dadurch lässt sich autarkes Schalten in Echtzeit an der Edge über die Cloud konfigurieren, ohne dass dafür eine permanente Datenübertragung erforderlich ist. Dieses Prinzip ermöglicht Anwendungen jeder Komplexität. Dies kann die Leckage-, Druck- oder Temperaturüberwachung mittels Sensoren sein, aber auch eine ganze Prozesskette, zum Beispiel in der Landwirtschaft: An den automatisch über ein Silo befüllten Futtertrögen eines Viehstalls wird über Sensoren in Echtzeit der jeweilige Füllstand erfasst. Bei Abweichungen von definierten Werten löst der io-key das Öffnen oder Schließen der Futterzufuhr aus, sodass immer die ideale Futtermenge verfügbar ist. Einmal täglich werden die Sensordaten in die autosen.cloud übertragen. Über die verbrauchte Futtermenge wird automatisch eine Bestellung generiert und per Mail an den Lieferanten verschickt. Solche einfachen und kostengünstigen Lösungen auf Basis von Edge- und Cloud-Technologien werden die Wegbereiter des IIot sein.
Rainer Schniedergers, Produktmanager autosen
Codesys: Edge Computing oder Cloud Computing? Bahn oder Auto?
"Edge und Cloud Computing ergänzen sich wie Auto und Bahn." Roland Wagner, Head of Product Marketing, Codesys Codesys
Kombiniert ein Fahrgast geschickt, dann helfen ihm scheinbar konkurrierende Lösungen, sein Ziel schnell zu erreichen. Oder wer nutzte nicht schon einmal für die Hauptstrecke einer Reise die Bahn, für An- und Abfahrt zum bzw. vom Bahnhof jedoch das Kfz?
Genauso ergänzen sich heute auch Edge und Cloud Computing in der Industrie. Public Clouds sind ideal für die Aufzeichnung ausgewählter Daten, rechenintensive Auswertungen sowie die Verwaltung von Steuerungsnetzwerken. Dennoch geht es nicht ohne Geräte vor Ort: sei es zur Steuerung echtzeitkritischer Aufgaben an Maschine und Anlage oder zur Datenvorverarbeitung. Praktisch sieht das so aus: Codesys-basierte SPSen steuern zuverlässig Automatisierungsprozesse und erfassen deren Daten. Ihre integrierten Kommunikationsmöglichkeiten machen sie zu vielseitigen Edge Controllern. Der in der Cloud gehostete Codesys Automation Server gibt dem Anwender einen sofortigen Überblick über den Zustand seiner SPSen per Weboberfläche und ermöglicht eine komfortable Datenaufzeichnung, -darstellung und -kontrolle. Das Feedback der Anwender zeigt: Die Industrieautomation profitiert durch die Kombination der Möglichkeiten – so wie der Fahrgast.
Roland Wagner, Head of Product Marketing, Codesys
Cloud Computing vs. Edge Computing – ein Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Zukunft des Iot beziehungsweise des IIoT in der Kombination von Edge und Cloud Computing liegt. Anwender müssen sich lediglich überlegen, welche Daten einer Anlage sie wo verarbeiten wollen und welchen Nutzen sie am Ende des Tages aus der Analyse der Daten ziehen möchten.
