Die Umsetzung in eine Service-orientierte Architektur

Grafische Darstellung der Bestandteile der Multiservice-Plattform

Multiservice-Plattform Prime Edge bündelt Services mittels Container-Technologie (Quelle: Schubert System Elektronik)

Diese Aufgabe war nicht auf Basis einer monolithischen Software-Architektur lösbar. Stattdessen musste ein Konzept entwickelt werden, welches eine optimale Verbindung der unterschiedlichen Anforderungen auf einer Edge-Computing-Plattform ermöglicht und zugleich für einen breiteren Markt zugänglich ist. Auf Softwareebene entschied man sich für eine Service-orientierte Architektur auf Basis der Container-Technologie von Docker: Die Docker-Engine wurde auf einem minimalisiertem, gehärtetem und auf die Hardware optimierten Embedded-Linux-­System umgesetzt.

Im Gegensatz zu einer monolithischen Architektur, die zwar schnell sichtbare Ergebnisse liefern kann, sind der Aufwand einer Service-orientierten Architektur sowie das Management der einzelnen Services ressourcenintensiver. Die Vorteile bei der mehrfachen Verwendung, der schnellen Bereitstellung (Deployment) und der gezielten Wartung einzelner Services überwiegen aber. Ebenso lassen sich mit ­Continuous Delivery und einer tiefen Testautomatisierung ein hoher Qualitätsstandard der Software und Services erreichen. Die Bündelung von Applikationen in logische Anlagenfunktionen ermöglicht die schnelle Entwicklung und Integration neuer Funktionen. Die Service-orientierte Architektur wird konsequent im Front- sowie Back-End der Software umgesetzt und bedingt damit ein effizientes sowie flexibles Management über das gesamte System. Durch die definierten Software-Schnittstellen zwischen den einzelnen Services lassen sich der Datenfluss jederzeit transparent darstellt und einzelne Services gezielt anpassen oder abschalten, beispielsweise um kritische Daten im System zu belassen. 

Die geforderten Funktionen innerhalb des Edge-Computers wurden auf einzelne Services verteilt und jeweils als Container realisiert. 

Um die Maschinendaten von der Steuerungsebene einzusammeln, wurde ein Datensammler inklusive Datenbank und Funktionalität zur Datenanalyse entwickelt. Die Daten werden via OPC UA eingelesen, verarbeitetet und für die lokale Nutzung zugänglich gemacht. Ein Teil der verdichteten Daten wird für den Transfer in die Cloud zur Verfügung gestellt. Der Datensammler kann einfach auf neue Protokolle, wie MQTT, umprogrammiert werden. In einem anderen Container wurde eine Fernwartungsanbindung realisiert. Diese ermöglicht den Remote-Zugriff über eine gesicherte Datenkommunikation via VPN. 

Ein weiterer Service umfasst die Cloud-Anbindung, welche die Verbindung zur Kunden-Cloud ermöglicht, aber schon für verschiedene weitere Connectoren (AWS, Azure usw.) vorbereitet ist. Zur Konfiguration des Systems und zur Anzeige eines lokalen Dashboards wurde ein Container als Webserver realisiert.

Ausblick

Durch diese modulare Architektur lassen sich künftige Anforderungen optimal umsetzen. Die Container-Technologie macht es möglich, auch Lösungen von Drittanbietern auf Docker-Basis einfach zu integrieren und die Community zu nutzen. Der Edge-Server ist zukünftig als Anlagenserver nutzbar. Dies ermöglicht zum Beispiel, die heutigen rechnerbasierten HMI als Client auszuführen. Mittelfristig soll das Edge-Computing mit der Prime Edge weitere zentrale Aufgaben in der Anlage übernehmen. Ein Beispiel stellt die lokale Integration von Condition Monitoring oder Predictive Maintenance auf Basis von KI-Auswertungen dar. 

Die Prime Edge kann hardwareunabhängig auf allen Prime-Cube-Produkten realisiert werden und bietet eine Plattform für smartes Edge-Computing.

Exzellenz in industrieller Interaktion

Schubert System Elektronik steht für mehr als 50 Jahre Entwicklungserfahrung im Bereich industrieller Computer-Systeme – vom Sensor bis in die Cloud, von Hard- und Software über Baugruppen bis zu kompletten Systemen. Entwickelt und ­produziert wird mit rund 170 Mitarbeitenden in Neuhausen ob Eck bei Tuttlingen. Als Teil der Gerhard-Schubert-Unternehmensgruppe gehört die SSE zu einem weltweit agierenden ­Familienunternehmen.
 

Alexander Matt, Product Manager Prime Cube bei der Schubert System Elektronik GmbH in Neuhausen ob Eck
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