Industrie-4.0 & Cloud-Computing

IoT Software Framework schlägt die Brücke zwischen IT und OT

| Autor / Redakteur: Bernhard Günthner* / Ines Stotz

Im Umfeld von Industrie 4.0-Anwendungen übernimmt SUSiEtec die Analyse und Verarbeitung der dabei entstehenden Daten und löst die bisherigen Grenzen zwischen Erzeugung, Filterung, Verarbeitung und Darstellung von Daten auf.
Im Umfeld von Industrie 4.0-Anwendungen übernimmt SUSiEtec die Analyse und Verarbeitung der dabei entstehenden Daten und löst die bisherigen Grenzen zwischen Erzeugung, Filterung, Verarbeitung und Darstellung von Daten auf. (Bild: Kontron)

Vor den Herausforderungen der Digitalisierung stehen nicht nur die Hersteller von Embedded-Computing- und IoT-Technologien, sondern auch deren Kunden. Die sichere Vernetzung gilt hier als oberstes Gebot.

Damit die Vielzahl an Geräten und Komponenten in einer Produktionsstätte reibungslos zusammenarbeiten, muss nicht nur entsprechende Hardware verfügbar sei. Auch im Software-Bereich müssen entsprechende Voraussetzungen geschaffen werden. Eine isolierte Betrachtung der Hardware- und Software-Seite war noch vor kurzem Gang und Gäbe: Hardware-Hersteller boten allenfalls das Betriebssystem und ein passendes Board Support Package.

Kontron hingegen kann bereits jetzt im Verbund mit der S&T Gruppe mit der Schwesterfirma S&T Technologies auf ein umfassendes Portfolio an Software-Komponenten und Services zur Vernetzung auf Basis von SUSiEtec anbieten. Dies umfasst auch Embedded (On-Premises/Private) und Public-Cloud-Einbindungen sowie Hosting.

Das IoT Software Framework SUSiEtec der S&T Technologies dient dabei als Bindeglied für sichere Verbindungen zwischen Geräten untereinander bis in die Cloud. Vom Sensor bzw. Aktor über den Edge Computer bis hin zur entsprechenden Cloud verbindet es die jeweilige IoT-Infrastruktur für die individuellen Anforderungen wie Puzzleteile zu einem Gesamtgebilde. Das Akronym SUSiEtecsteht für "S&Ts User focused Solutions for IoT Embedded".

Zur modernen Industrie-4.0-Fabrik durch Vernetzung zwischen Hardware/OT und IT

Die S&T war bis zur Übernahme der Kontron im Jahr 2017 ein klassisches Systemhaus mit Fokus auf IT-Dienstleistungen. Da Cloud Computing und Connected Devices in der IT schon länger etabliert sind, konnte die S&T in diesem Bereich bereits jahrelang Erfahrungen sammeln. Diesen Erfahrungsschatz im Bereich Software und Vernetzung vereint nun die S&T Technologies als Entwickler und Anbieter des IoT Software Frameworks Susietec.

Als weitere Tochter der S&T Gruppe profitiert nun auch Kontron als Anbieter industrieller Embedded/IoT Module, Boards und Systemen einschließlich der offenen Standards TSN und OPC UA für die deterministische und sichere Kommunikation von der Cloud über Edge bis zur Feldebene hiervon.

Die Zusammenarbeit der beiden Konzernschwestern schafft die Verbindung zwischen der etablierten Embedded Computer Technologie in der OT und der Unternehmens-IT, einschließlich Cloud. Die Fähigkeit, OT (Operational Technology) und IT (Information Technology) im Zeitalter von Industrie 4.0 aus einer Hand anbieten zu können, ist enorm selten und sehr gefragt – und wird mit SUSiEtec adressiert.

Public Cloud – mit Netz-Adaption zur individuellen Lösung

Die Vorteile von Public Clouds wie Microsoft Azure oder Amazon Web Services liegen auf der Hand: Unternehmen müssen sich, wenn sie sich für diese Cloud-Anbieter entscheiden, nicht selbst um den Aufbau und Betrieb der Infrastruktur kümmern. Damit entfallen rund 50 % des Aufwands.

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Aber die großen Cloud-Provider sind nicht darauf eingestellt, für ihre Kunden individuelle Anpassungen vorzunehmen. Sie bieten nur ein Basisprodukt; ein indvidueller Zuschnitt auf die Kundenwünsche und -bedürfnisse ist nicht vorgesehen.

Hier kommen Kontron und die S&T Technologies mit SUSiEtec ins Spiel. Was bei Betriebssystemen das Board Support Package ist, ist bei der Cloud die Netz-Adaption. Hierbei kann der Kunde auf die modular aufgebaute Software Framework zugreifen und dabei nur diese Elemente einsetzen, die für seine individuelle Lösung benötigt werden.

Die Nutzung einer Public Cloud erfordert eine realistische, differenzierte Betrachtung, und ihre Eignung hängt sehr von der Anwendung ab. Das gilt insbesondere für Branchen, in denen Bruchteile von Sekunden bei der Maschinensteuerung ausschlaggebend sind oder Echtzeitauswertungen von Daten für schnelle Entscheidungsprozsse, z. B. im Rahmen von Machine Learning an der Maschine gefragt sind.

Die etablierten Clouds weisen mittlerweile ein sehr großes Leistungsspektrum auf. Limitierungen in punkto Bandbreite und Latenzzeiten bleiben jedoch noch auf absehbare Zeit bestehen. Das Konzept der „Digital Twins“ in der Cloud für Maschinen ist sicher zukunftsweisend, aber derzeit für die meisten Branchen noch keine echte Alternative zur Maschinensteuerung vor Ort. Zudem fühlen sich viele Unternehmen, nicht nur in Deutschland, nach wie vor sicherer, wenn sie ihre Daten traditionell auch physisch im Haus behalten. Anstatt alles in die Cloud auszulagern, gilt bei vielen Unternehmen das Motto: Nur Daten, die nicht sicherheitsrelevant und zeitkritisch sind kommen in die Cloud.

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Mit SUSiEtec „from Edge to Fog to Cloud“

SUSiEtec unterstützt den „from Edge to Fog to Cloud“-Ansatz. Das heißt, dass Unternehmen ihre Daten genau dort auswerten, wo es notwendig ist. Weitergehende Verarbeitungen oder historische Daten werden – sofern keine Sicherheitsbedenken dagegen sprechen – in die Cloud verlagert. Am Rande des Netzwerks, der sogenannten Edge, werden Daten erfasst und durch intelligente IoT-Devices und Edge Analytics für die Maschinensteuerung ausgewertet und gefiltert. Nur für die weitere Auswertung wichtige Daten werden in die Embedded Cloud, also die produktionsnahe firmeninterne on-premises/private Cloud, weitergeleitet. Sofern dann noch notwendig, können gefilterte und weniger zeitkritische Daten in eine Public Cloud ausgelagert werden.

Kontron hat Microsoft Azure als bevorzugte Plattform für IIoT-Lösungen gewählt. SUSiEtec hebt damit die herkömmlichen Grenzen zwischen Datenerfassung, -verarbeitung und -bereitstellung auf, wodurch die Integration von IT und OT möglich wird. SUSiEtec ist komplett in den Edge-, Fog-Computing- und Server-Plattformen von Kontron integriert. Die meisten sind bereits heute „Azure Certified for IoT“.

Für die Anpassung der Applikations-Landschaft an den „From-Edge-to-Fog-to-Cloud“-Ansatz beim Kunden wird die Container-Technik genutzt. Hierbei, z.B. mit Docker als Technologiebasis, wird die Anwendung mitsamt ihrer Abhängigkeiten isoliert und kann dann wie eine Datei von System zu System sicher verschoben werden und unabhängig von der Hardware laufen. SUSiEtec übernimmt dabei auch die „Containerisierung“ bestehender Anwendungen.

Erste Schritte im IIoT mit Brownfield-Integration

In den meisten Anwendungsfällen gilt es eine bereits bestehende, im Feld installierte Infrastruktur (sog. Brownfield) mit einer zentralen Stelle zu vernetzen. Diese auf den ersten Blick triviale Aufgabenstellung, birgt jedoch im Detail einige Herausforderungen. Zum Beispiel müssen verschiedene im Feld befindliche Produktvarianten unter Berücksichtigung nicht veränderbarer Bedingungen und Betriebsszenarien sicher ins IIoT gebracht werden. Denn im Gegensatz zu neu gebauten Fabriken (sog. Greenfield), in denen einfach neue IIoT-fähige Maschinen aufgestellt werden können, müssen die bestehende Infrastruktur erst fit für das IIoT gemacht werden.

SUSiEtec stellt in derartigen Szenarien in Verbindung mit den Kontron Gateways eine kostengünstige und skalierbare Lösung dar, um die Anbindung bereits vorhandender Maschinen in ein Netzwerk zu realisieren, und diese so „smart“ zu machen.

SCADA-Funktionen auf mobile Devices

Um Kunden mit SUSiEtec noch umfangreichere Funktionen aus einer Hand anbieten zu können, hat S&T im November 2018 eine Partnerschaft mit Iconics geschlossen. Damit werden die Industrie-4.0-Kunden einen Schritt weiter in die Cloud gebracht. Bekannte und bestens bewährte SCADA-Funktionen werden nun in Verbindung mit SUSiEtec Cloud-fähig gemacht.

Vor allem im Automatisierungsumfeld lassen sich damit komplexe Prozesse in der Cloud visualisieren. Der sichere Zugriff auf Maschinendaten kann damit praktisch über jedes Endgerät erfolgen. Kunden profitieren so von der über 30-jährigen Erfahrung von Iconics bei der Visualisierung komplexer Prozesse in Verbindung mit dem IoT Software Framework für IIoT-Anwendungen. Damit können Anlagen über Dashboards auch an mobilen Endgeräten intuitiv überwacht und kontrolliert werden. Zudem lassen sich umfangreiche Analyseapplikationen nutzen, um digitalisierte Werte für verschiedene Bereiche wie Qualität, Service und Energie anzuzeigen.

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