Smart Factory mit Embedded Cloud und TSN

Um die Anwendungen der betrieblichen IT (Informationstechnologie, zum Beispiel Business Intelligence) und der OT (Operational Technology/Fertigungsumfeld) zusammenzuführen, werden die an der Fertigung beteiligten Systeme auf dem Firmengelände zu einem privaten Verbund zusammengeschlossen. Diese sogenannte Embedded Cloud befindet sich vor Ort, also On Premise.

Im Gegensatz zu den Konzepten der Public und Private Clouds orientiert sich die Embedded Cloud besonders an den Anforderungen der vernetzten Produktion. Dazu gehören: geringe Latenzen, hohe Sicherheit, schnelle Analysen und Entscheidungen vor Ort. Ziel ist es, durch die Echtzeit-Analyse aller im Unternehmen vorhandenen Daten die Fertigung zu optimieren. Mit der Embedded Cloud hat Kontron im Verbund mit S&T eine neue Cloud-Klasse begründet, die die Industrie 4.0 voranbringen wird. Rückgrat dafür sind der TSN- (Time Sensitive Networking) und der OPC-UA-Standard (Open-Platform-Communications Unified Architecture).

Private Embedded Cloud On-Premise

Nach dem Konzept von Kontron lassen sich die Embedded-Cloud-Komponenten in drei Klassen einteilen:

• Industrielle Computer-Plattformen für die Gerätesteuerung und als Edge-/Gateway-Systeme mit einer typischen Rechenleistung von ein bis vier CPU-Kernen:
  Sie übernehmen Mess- und Steuerungsaufgaben vor Ort, extrahieren und filtern Daten und verfügen meist über proprietäre Schnittstellen zur Anbindung der Peripherie vor Ort.
• Hochleistungsfähige industrielle Computer-Plattformen für Fog-Computing:
  Mit einer typischen Rechenleistung von vier bis acht CPU-Kernen und einer Speicherkapazität von mehreren Terabyte sorgen diese leistungsstarken Plattformen vor Ort für das Maschinenmanagement bis hin zur Steuerung von Bildgebungssystemen mit Optionen für mehrere Grafikprozessoren, FGPA-Karten, Feldbusschnittstellen und TSN-Interface.
• Embedded Cloud Server:
  Mit einer typischen Rechenleistung von mehr als 16 Cores und einer Speicherkapazität über 100 TB sind diese Cloud-Storage-Server für die Datenkoordination von Maschinen an einem Standort verantwortlich.

Die großen IT-Anbieter, allen voran Microsoft mit seinem Cloud-Angebot Azure IoT Edge, drängen immer weiter an die Basis der Automatisierungspyramide vor. Kontron hat sich deshalb entschlossen, viele seiner Embedded-PCs und Workstations – teilweise auch als Embedded Server – für das Fog- und Edge-Computing mit Microsoft Azure zertifizieren zu lassen; derzeit handelt es sich um rund 20 Produkte und die Zahl wird laufend erweitert. Auf der Seite der Standards setzt Kontron voll auf OPC UA und TSN.

Ohne Standards läuft nichts: TSN und OPC UA

Die Embedded Cloud für Fog- und Edge-Computing mit TSN-Komponenten und Microsoft Azure Certified. Kontron

Die Anbindung an die Embedded Cloud regelt eine echtzeitfähige Datenkommunikation, beispielsweise per Industrial Ethernet. Auf der Basis von OPC UA (IEC62541) und der entsprechenden TSN-fähigen Hardware wird nun vieles denkbar. Denn TSN (IEEE 802.1) gleicht die bisher fehlende Echtzeitfähigkeit von Ethernet aus. TSN beginnt damit, den klassischen Feldbus-Spezifikationen Konkurrenz zu machen und hat sogar das Potenzial, diese mittelfristig zu ersetzen.

TSN erlaubt konvergente Ethernet-basierte Netzwerke, auf denen parallel zum IT-Datenverkehr auch zeitsynchronisierte, deterministische Kommunikation möglich ist. Diese ist bei zeitkritischen Maschinensteuerungen und Prozessen unabdingbar. Die Spezifikationen des TSN sorgen dafür, dass Datenpakete garantiert zeitgerecht und hoch verfügbar zugestellt werden. Im industriellen Umfeld kann konvergentes, Ethernet-basiertes TSN mit garantierter Latenz und Quality of Service (QoS) mit Zeitsynchronisation ohne proprietäre Feldbussysteme nahtlos bis in die IT-Ebene kommunizieren. Damit wird echtes IIoT beziehungsweise Industrie 4.0 basierend auf Ethernet-Protocol-Standards möglich.

In Siebenmeilenstiefeln zur intelligenten Fabrik

Für ihre Industrie-4.0-Projekte benötigen Unternehmen eine integrierbare, skalierbare und vernetzbare On-Premise-Lösung, also den Embedded Server. Kontron bietet bereits heute alle wesentlichen Komponenten für die Embedded Cloud. Das bedeutet in der Praxis, dass die Rechen- und Speicherleistung von Cloud Servern und die Robustheit von Industrial Servern kombiniert werden müssen.

Erste serienmäßige, industriefähige Embedded Server für die Embedded Cloud und das Edge- und Fog-Computing stellt Kontron auf der Embedded-World-Messe 2018 Ende Februar in Nürnberg vor (Halle 1, Stand 478). Es handelt sich dabei um einen robusten Server mit einem Single Intel Xeon Prozessor in einer kompakten und kostenoptimierten Bauform mit erweiterten Storage-Funktionen.

Highlight wird das Starterkit für Time Sensitive Networking sein, das ab April 2018 verfügbar ist. Damit können Unternehmen eine nahtlose Verbindung zwischen der Feldebene, Operational Technology (OT) und Informationstechnologie (IT) herstellen. Mit der Standard-PCI-Express-Netzwerkkarte einschließlich der dazugehörigen Netzwerk- und Switch-Treiber für Linux können Industriecomputer mit einem TSN-Netzwerk verbunden werden.

Im Verbund mit S&T bietet Kontron seinen Kunden mit der Embedded Cloud auf Basis von Standards wie OPC UA und TSN das Fundament für die Smart Factory aus einer Hand. Datenverarbeitung in Echtzeit und die uneingeschränkte Sicherheit von Fertigungs- und Produktionsdaten sind eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg im digitalisierten Industrie-Umfeld. Die Embedded Cloud ist dabei ein wesentlicher Meilenstein um Industrie-4.0-Konzepte voranzubringen und zum Erfolg zu führen.

(ah)