In der Fertigung gewinnen innovative Industrie-4.0– und IoT-Szenarien zunehmend an Bedeutung. Sie sind die Basis für die Realisierung effizienter und intelligenter Geschäftsprozesse. Die entscheidenden Hilfsmittel sind dabei Factory-Edge-Implementierungen und offene Hybrid-Cloud-Plattformen. So weit die Theorie, aber die Herausforderungen sind vielfältig.
Die erste Herausforderung besteht darin, dass in der Fertigungsindustrie oft ein großer Maschinenpark vorhanden ist, der ein immenses Investitionsvolumen darstellt. Es existieren gewachsene Strukturen mit Abschreibungsperioden von bis zu 30 Jahren. Ein vorzeitiger Anlagenaustausch ist kaum darstellbar. Das Problem dabei ist, dass die Systeme oft nur bedingt IoT-fähig sind und damit auch keine Daten liefern können, die etwa für Laufzeitverlängerungen auf Basis von Predictive Maintenance nutzbar sind. Hier ist also die Aufgabe, vorhandene Maschinen IoT-fähig zu machen, um Daten zu gewinnen. Mit Standardsensoren können zum Beispiel Werte zu Temperatur, Vibration und Staub relativ leicht erhoben werden. Allerdings sind bei Spezialmaschinen aufwendigere Umsetzungsszenarien erforderlich. Dabei stellen sich vor allem zwei Fragen: „Muss man in die Anlage eingreifen?“ und „Gefährdet der Eingriff auch die Zertifizierung?“. Unterstützung bieten hier die derzeitigen Retrofitting-Initiativen, die insbesondere den Mittelstand adressieren. Sie zielen konkret auf die Ausstattung von Anlagen mit Sensor- und Messtechnik für die Datenerhebung ab.
Die zweite Herausforderung betrifft den „Zoo“ der Produktionstechnologie. Es gibt kein einzelnes marktführendes System oder Anwendung, man denke nur an die Vielzahl der MES-Anbieter. Zudem existieren viele Standards, Technologien und Protokolle nebeneinander.
Factory Edge und Hybrid Cloud als Innovationstreiber
Um Industrie-4.0-Konzepte erfolgreich einzuführen, besteht die Notwendigkeit, große Datenmengen schnell zu analysieren. Diese Aufgabe fällt primär direkt an der Produktionslinie mit der Vernetzung der IT mit den Anlagen oder Steuersystemen an, also an der Factory Edge. Der Vorteil des Edge Computing liegt darin, dass die Daten vor der Übertragung an ein Rechenzentrum vor Ort konsolidiert und analysiert werden können. Somit entfallen Limitierungen bei den Netzwerkverbindungen hinsichtlich Verfügbarkeit, Bandbreite oder Latenz. Eine Herausforderung stellte bisher das Fehlen von Edge-Lösungen dar, die speziell für den Industriesektor optimiert sind. Red Hat bietet hier mit Red Hat Device Edge eine Lösung zur Bereitstellung traditioneller oder containerisierter Workloads auf kleinen Geräten wie Robotern oder IoT-Gateways an. Red Hat Device Edge ist eine Kubernetes-Orchestrierungslösung, die auf den Edge-Funktionen von Red Hat OpenShift und einem Edge-optimierten Betriebssystem basiert. Die Etablierung von Factory-Edge-Modellen setzt zudem eine adäquate Systemlandschaft voraus.
Dazu gehören etwa Sensoren, drahtlose Gateways oder operative Dashboards und vor allem eine moderne IT-Infrastruktur, die auf Containern, Kubernetes, agiler Entwicklung, KI und ML sowie Automatisierung basiert. Diese Technologien und Methoden sind Komponenten einer offenen Hybrid-Cloud-Plattform, die deshalb im Factory-Edge-Szenario eine wichtige Rolle spielt. Mit einer solchen Plattform können zum Beispiel die Fabrikdaten aus einem MES- oder SCADA-System effizient weiterverarbeitet werden, ohne dass die funktionale Sicherheit in der Prozesskontrolle und klassischen Maschinensteuerung beeinträchtigt wird.
Vielfältige Einsatzszenarien
Die Edge-Factory-Anwendungsmöglichkeiten sind weitreichend. Wenn die Verarbeitungsleistung näher an die Datengenerierung gebracht wird, können zum Beispiel potenzielle Fehler an der Montagelinie proaktiv entdeckt, die Produktqualität verbessert oder mögliche Ausfallzeiten durch die vorausschauende Wartung reduziert werden. Typische Use Cases im Factory-Edge-Umfeld sind Condition-based Monitoring, Predictive Maintenance, Qualitätssicherung und Data-Sharing-Services. Immer wichtiger werden zudem Sustainability-Themen, schließlich ist der Energieverbrauch gerade in der Prozessindustrie erheblich. Die mittels Edge Computing gesammelten Daten in der Fertigung können die Grundlage sein für eine schnelle Reaktion auf sich ändernde Parameter und eine verbesserte Prozesssteuerung, wodurch der gesamte Ressourcenverbrauch optimiert werden kann.
Factory-Edge-Modelle bieten Fertigungsunternehmen somit eine entscheidende Unterstützung bei der smarten Produktion. Allerdings muss auch klar sein, dass kein Lösungsanbieter die zahlreichen Anforderungen rund um das Edge-Thema alleine abdecken kann. Partnerschaften sind hier zwingend erforderlich. So kooperiert Red Hat etwa mit ABB bei der Umsetzung von skalierbaren digitalen Lösungen für Industrial Edge und Hybrid Cloud. Dabei geht es um die Bereitstellung der ABB-Automatisierungs- und Industrie-Softwarelösungen an der Schnittstelle zwischen IT und OT. Konkret können ABB-Kunden damit Red Hat OpenShift etwa für die datenbasierte Entscheidungsfindung in Echtzeit an der Edge oder für die Datenweiterverarbeitung in der Cloud nutzen. Darüber hinaus kooperiert Red Hat auch mit Hardware-Herstellern im industriellen Kontext. Für Red Hat zertifizierte Systeme sind etwa die SIMATIC-Produkte von Siemens oder kleine, lüfterlose Industriegeräte und robuste Computer von OnLogic.
Auch wenn die Herausforderungen bei der Umsetzung von Factory-Edge-Szenarien groß sind und teilweise auch noch eine Investitionszurückhaltung vorhanden ist, geht die Entwicklung doch eindeutig in diese Richtung. Ein gutes Beispiel für die steigende Bedeutung des Edge Computing liefert die Telekommunikationsbranche. Konkret hat hier das Konzept Network Functions Virtualization (NFV) die typische Hardware-basierte Netzwerkarchitektur in eine Software-basierte Umgebung überführt. NFV wird auch für die Konsolidierung des „Gerätezoos“ im Manufacturing-Bereich Modellcharakter haben, auch wenn die softwaredefinierte SPS noch Zukunftsmusik ist.
