Digital Twins und Container-Technologie ermöglichen Cloudfähigkeit

Abbildung des Portfolio für IoT-Infrastrukturen von Kontron

Kontron bietet das vollständige Portfolio für IoT-Infrastrukturen: ­Hardware, Software und Services „from Edge to Fog to Cloud“ (Quelle: Kontron)

Nahe an den Steuerungsprozessen und weitgehend integriert in das IT-Netzwerk sollte die maschinennahe Datenverarbeitung erfolgen, ohne Zeitverlust über das Internet in die Cloud und zurück. Trotzdem wollte man natürlich von den Vorteilen der Cloud auch für die OT-Ebene profitieren, das Prinzip der ­Digital Twins entstand: Eine reale Maschine wird in der Cloud digital nachgebildet.

Bei entfernten Produktionsmaschinen werden beim nächsten zuverlässigen Kontakt zwischen Edge Computer und Cloud die neuen Daten zwischen der realen Maschine an der Produktionsstraße und dem Digital Twin in der Cloud ausgetauscht und fließen so in die Maschinensteuerung, bzw. neue Auswertungen in die Cloud ein. Durch die sogenannte Container-Technologie wird ermöglicht, nicht nur Daten, sondern auch ganze Prozesse, wie die Datenvorbearbeitung auszutauschen, indem diese von der Cloud auf den Edge Computer verschoben werden. Für den Datenaustausch fallen trotzdem nur geringe Datenmengen an und Latenzzeiten verringern sich deutlich.

Während immer leistungsfähigere Hardware auch im Embedded Computing zur Commodity, also Selbstverständlichkeit, wird, erhält sie Unterstützung durch die für das Edge Computing notwendige Software. Für die Vorverarbeitung, Filterung und Containerisierung zwischen Cloud und Maschine ergänzt Kontron sein Portfolio an Standard-, Modified Standard und kundenspezifischer Hardware auch um Softwarekomponenten rund um das IoT Software Framework „SUSiEtec“ für die Cloudanbindung.

Innovationen dank neuer Standards

Vor wenigen Jahren war es noch undenkbar, dass die Branche sich eines Tages darüber unterhalten würde, ob sich das Standard-Ethernet der IT auch für die deterministische Maschinenkommunikation eignen würde. Dank entsprechender Standardisierungsbemühungen wie Open Platform Communications Unified Architecture (IEC 62541 OPC UA) und technischen Entwicklungen wie Time Sensitive Networking (IEEE 802.1 TSN), werden die starren Grenzen zwischen OT und IT harmonisiert und durchlässiger. Die Aktorik und Sensorik der Maschinen kann zukünftig direkt an die Edge Computer angebunden werden und es erfolgt eine durchgängige, deterministische Kommunikation bis hin zur IT und in die Cloud über TSN und OPC UA.

Edge Computer müssen derzeit also mehreren Anforderungen gerecht werden:

  • Sie müssen heute das Gateway sein, das zwischen den Technologien auf verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide, der Betriebstechnik und Informa­tionstechnik, für eine Verbindung sorgt;
  • sie müssen darauf vorbereitet sein, heute schon und zukünftig erst recht die Kommunikation in eine Cloud, sei es Embedded (On-Premises/Private) oder Public (von einem externen Provider) sicherzustellen;
  • sie müssen außerdem für heutige und zukünftige Edge-­Architekturen über ausreichend Leistungsfähigkeit und Speicherkapazität verfügen, um vielfältige Aufgaben schnell vor Ort an der Maschine zu erledigen; sie übernehmen damit auch Aufgaben, die bisher die SPS übernahm. Absehbar ist die Virtualisierung von Steuerungscomputern, sodass ein Edge Computer für die Steuerung mehrerer unabhängiger Maschinen eingesetzt werden kann;
  • für spezielle KI-Aufgaben, wie Machine Learning oder Bildverarbeitung, ist Erweiterbarkeit gefragt, etwa durch GPGPU (General Purpose Computation on Graphics Processing Unit), FPGA (Field Programmable Gate Array) oder Chips, wie die Neural-Compute-Engine-Intel-Movidius-Myriad-X-VPU;
  • sie müssen auf heutige und zukünftige Industriestandards vorbereitet sein, um sich nahtlos in bestehende und zukünftige IT- und OT-Infrastrukturen einzufügen.
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