Eckdaten

Die Vision einer nahtlosen Verbindung vom Factory Floor bis in den Office Floor, von der Maschine bis zum Geschäftsführer, soll endlich wahr werden. Die heute noch bestehenden Abgrenzungen zwischen IT und OT müssen dafür schrittweise aufgelöst werden. Standards wie TSN und OPC UA spielen hier eine wichtige Rolle.

Cloud Computing ist bereits seit über einem Jahrzehnt ein Top-Thema der IT-Industrie. Und in einem sind sich die Marktforscher einig: Der Hype um Public- und Hybrid Cloud Computing wird auch in den nächsten Jahren nicht abebben. IDC prognostiziert beispielsweise, dass bis 2021 rund 90 Prozent der Unternehmen weltweit Multiple-Cloud-Services und -Plattformen einsetzen werden. Die Analysten von Forrester gehen davon aus, dass der Umsatz des Public-Cloud-Marktes in 2018 auf 178 Milliarden US-Dollar (2017: 146 Milliarden US-Dollar) und jährlich weiter um durchschnittlich 22 Prozent wachsen wird.

Die TSN-Netzwerkkarte von Kontron für einen leichten Einstieg ins Time Sensitive Networking (TSN).

Die TSN-Netzwerkkarte von Kontron für einen leichten Einstieg ins Time Sensitive Networking (TSN). Kontron

Ein weiterer aktueller Industrie-Trend ist, dass Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnik (Operational Technology, kurz OT) immer weiter zusammenwachsen. Mit der zunehmenden Miniaturisierung immer höherer Rechenleistung, exponentiell wachsenden Datenmengen durch das Internet der Dinge und der weiten Verbreitung von Ethernet- und Web-Standards, rückt die klassische IT – und mit ihr die Cloud – immer weiter Richtung Industrie und Maschinen vor. Daher wird fieberhaft daran gearbeitet, IT-Standards für Maschinen und Fabriken tauglich zu machen. Die Vision einer nahtlosen Verbindung vom Factory Floor bis in den Office Floor, von der Maschine bis zum Geschäftsführer, soll endlich wahr werden.

Die Cloud und ihre physikalischen Limits

Auch die moderne IT hat ihre physikalischen Grenzen. Dazu gehören allen voran Latenzen, durch die die Maschinensteuerung in Echtzeit nicht abbildbar ist. Weitere Herausforderungen sind auch große Datenmengen, deren sichere Übertragung, Auswertung und Analyse in der Cloud sowie ihr sicheres Zurückspielen an den Entstehungsort der Daten. Darüber hinaus stellt sich die Frage nach den Bandbreiten für eine Datenübertragung in die Public Cloud sowie die generelle Verfügbarkeit, nicht nur der Cloud-Infrastruktur, sondern beispielsweise von Übertragungswegen. Und schlussendlich spielen auch Sicherheitsaspekte bei der Entscheidung für oder gegen eine Public-Cloud-Lösung eine Rolle: Im Industrie-4.0-Kontext wird es weniger um den Schutz von personenbezogenen Daten gehen. Trotzdem ist es für viele Unternehmen essentiell, dass die Daten ihrer Anlagen das Unternehmen nicht verlassen oder in eine Cloud transferiert werden, die fremdem Recht unterliegt.

Neuer Spielraum dank Edge Computing

Nichtsdestotrotz ist es sinnvoll, die IT samt Cloud-Konzept näher an die Maschinen zu rücken, denn die Vorteile der Vernetzung überwiegen. Deshalb wurden neue Architekturen ersonnen, die einerseits die Vorteile der Cloud bieten, andererseits den Anforderungen der Industrie „am Rande des Netzwerks“ entsprechen: Das Edge Computing wurde geboren. „Den Rand“ – englisch „Edge“ – zum Netzwerk bilden die Sensoren oder Aktoren, die Daten erzeugen oder an die Daten zurückgespielt werden müssen. Edge Computing bedeutet also, Rechen- und Speicherkapazität bereits vor dem Übergang in das Netz, nahe am Entstehungsort der Daten, bereitzustellen.

Damit wird eine schnelle Erfassung, Auswertung und Analyse vor Ort möglich. Die Maschinensteuerung kann auf Basis der erfassten Daten deterministisch, also mit vorhersehbaren, definierten Reaktionszeiten erfolgen. Immer mehr Rechenleistung und Speicherkapazität auf immer kleinerem Raum bei geringerer Leistungsaufnahme erlauben solche Konzepte auf Basis von Embedded-Boards und -Modulen oder Industrie-PCs. Durch die Anbindung an ein Ethernet-Netzwerk, womöglich via TSN, also ein zeitsensitives Netz, ist die Steuerung eines Maschinenverbunds dennoch möglich.

Um auch hier die Latenzen gering zu halten, kommen Embedded-Server zum Einsatz, die On-Premise den Aufbau einer Private Cloud erlauben. In Embedded-Servern, die – auch via TSN – mit den Edge Devices verbunden sind, werden die gesammelten Daten in der lokalen Cloud gespeichert, analysiert und gefiltert, sodass eine effiziente Übertragung dieser reduzierten Daten in eine eventuell zusätzliche Public Cloud möglich ist. An der Nahtstelle vom Embedded-Server zur Public Cloud sind Latenzen nicht mehr ganz so elementar und die Verfügbarkeit der Cloud ist weniger kritisch.

IT-Standards für die Betriebstechnik der Smart Factory

Ein wichtiger Schritt in Richtung vernetzte Industrie ist nicht zuletzt auch die Nutzung etablierter IT-Standards. OPC UA (OPC Unified Architecture nach IEC 62541) ist ein herstellerunabhängiger Standard für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, der für die reibungslose Kommunikation zwischen verschiedenen OT- und IT-Komponenten sorgt. Time Sensitive Networking ist dabei der Standard (IEEE 802.1 TSN), der konvergente Ethernet-Vernetzung von deterministischem Datenverkehr zwischen Steuerungen parallel zur IT-Kommunikation ermöglicht. Zwei wesentliche Anforderungen der OT-Seite sind damit erfüllt. Ob jedoch eine Public Cloud alle Bedürfnisse des produktionsnahen Maschinenbetriebs mit hohen Anforderungen hinsichtlich geringer Latenzzeiten und hoher Sicherheit erfüllen kann, ist fraglich.

Nächste Seite: Das Zusammensetzen der Industrie-Cloud

Seite 1 von 212