10.02.2021 – Kategorie: Fertigungs-IT

Edge-Computing: Was das in der Produktion bringt

Edge ComputingQuelle: Critical Manufacturing

Die dezentrale Verteilung der Intelligenz und Leittechnik im gesamten Produktionsbereich nimmt stetig zu – worauf müssen die Verantwortlichen achten, um davon tatsächlich zu profitieren?

Industrie 4.0 (I 4.0), „Smart Manufacturing“ oder „Intelligente Fabrik“ – alle diese Konzepte erfordern eine verteilte Intelligenz auf der gesamten Produktionsebene. Kurz: Edge-Computing. Die Folge ist eine explosionsartig steigende Nutzung von Geräten am „Rand“ des Unternehmensnetzwerks, den sogenannten „Edge“-Geräten, die mit dem Internet der Dinge (Internet of Things – IoT) verbunden sind.


Autor: Tom Bednarz, Managing Director, Critical Manufacturing Deutschland GmbH.


Für eine bestmögliche Effizienz erfordern die Rahmenbedingungen von I 4.0 eine Überwindung der Datensilos, indem die Informationstechnologie (IT) und die Betriebstechnologie (OT) zusammengeführt werden. So müssen Edge-Lösungen sowohl die IT zur Speicherung und Verarbeitung der Daten als auch die OT für die Steuerung automatisierter Produktionssysteme unterstützen, um die optimale Grundlage für I 4.0 zu schaffen. Eine Edge-Lösung arbeitet parallel zur Cloud sowie weiteren Unternehmens- und Produktionssystemen. Sie bildet eine unverzichtbare Komponente einer funktionierenden IoT-Datenplattform.

Warum Edge-Computing in die Produktions einführen?

Es gibt mehrere Gründe, warum Edge Computing für eine IoT-Datenplattform in Produktionsunternehmen eine wichtige Rolle spielt. Zunächst lässt sich mit der Bereitstellung von Rechenleistung nah an der Datenquelle die Latenz zwischen dem Gerät und dem Ort der zentralen Datenverarbeitung reduzieren. Datenlatenz kann erhebliche negative Auswirkungen haben, wenn kurze Ansprechzeiten und/oder eine schnelle Entscheidungsfindung erforderlich sind. Angesichts der schieren Masse an IoT-Daten ist darüber hinaus eine lokale Verarbeitung dieser Daten von Vorteil, da bereits am Entstehungspunkt wichtige Daten von unwichtigen unterschieden und selektiv übertragen werden können. Somit sinken die Kosten für die Datenerfassung und -analyse – sowohl im Netzwerk als auch in der Verarbeitungsschicht. Die intelligente Analyse und Auswahl der zu übertragenden Daten reduziert zudem die Kosten für Bandbreite und Datenspeicherung.

Letztendlich ist Edge Computing eine unverzichtbare Voraussetzung für die Effizienz der intelligenten Fabrik und für den Aufbau einer gewinnbringenden IoT-Datenplattform. Angesichts der enormen erzeugten Datenmengen optimiert es die Datenerfassung und -analyse, bildet das Fundament für eine verstärkte Automatisierung und schafft eine flexible, skalierbare Lösung – für die maximale Agilität eines Unternehmens.

Was muss eine Edge-Lösung bieten?

Welche Leistungsmerkmale muss eine Edge-Lösung aufweisen? Es genügt nicht, lediglich die Daten an das IoT zu übertragen, um die für eine zukunftssichere Produktion erforderliche Effizienz zu erreichen. Es bedarf vielmehr eines bidirektionalen Datenflusses zwischen Edge und Plattform, einschließlich automatisierter Abläufe, Datenkonvertierungen und Kommunikationsfunktionen mit anderen Systemen.

Eine Edge-Lösung muss mit verschiedenen Geräten, Sensoren und Aktuatoren kommunizieren. Angesichts der zahlreichen Kommunikationssprachen und -protokolle, die auf der Produktionsebene zu finden sind, muss die durch unterschiedliche Schnittstellen verursachte Komplexität bewältigt werden, sodass die übergeordneten Verarbeitungsschichten davon unberührt bleiben. Außerdem muss die Lösung lokalisierte Logik auf der Steuerungsebene ausführen, Datentransformationen durchführen und mit Systemen der Produktionsleittechnik wie z. B. dem Manufacturing Execution System (MES) interagieren.

Verteilte Intelligenz auf der gesamten Produktionsebene bedeutet, dass Bediener und Ingenieure einen effizienten Zugriff auf Hunderte von Geräten benötigen. Eine Edge-Lösung erfordert daher eine zentrale Verwaltung aller einzelnen Gateways im Netzwerk, die entweder eine globale oder selektive Bereitstellung von Kommunikationstreibern, Automatisierungsabläufen und Stammdaten ermöglicht.

Wie Altes und Neues zusammenwächst

In jeder bestehenden Produktionsanlage gibt es allein auf der Geräte- oder OT-Ebene mehrere tausende verschiedene Gerätetypen, die im Laufe der Zeit installiert und aufgerüstet wurden, um den veränderlichen Anforderungen eines Unternehmens gerecht zu werden. Folglich muss eine neue IoT-Datenplattform eine Vielzahl unterschiedlicher Protokolle und herstellerspezifischer Sprachen abdecken, um ein vollständiges digitales Bild zu erhalten. Eine umfassende Datenkonvertierung oder Normalisierung ist somit unerlässlich. Die Effizienz kann ohne diese ganzheitliche Sicht auf die Produktionsanlagen nicht vollständig optimiert werden, da eine Änderung in einem Bereich unvorhergesehene, möglicherweise ungewollte Auswirkungen in einem anderen Bereich nach sich ziehen kann. Eine effektive I 4.0-Lösung erfordert daher die Integration von neuen, dezentralen Edge-Verarbeitungsgeräten mit vorhandenen Systemen älterer Generationen.

Ergänzung der Edge-Computing-Daten mit Kontext

Das Industrielle Internet der Dinge (IIoT) erlaubt die Speicherung von strukturierten und unstrukturierten Daten, die aus beliebig verteilten Produktionsanlagen und der erweiterten Produktions-Lieferkette erfasst werden können. Für sich genommen, maximieren diese Daten jedoch noch nicht die betriebliche Effizienz. Die Bedeutung und der Kontext dieser Daten sind für eine kontinuierliche Prozessoptimierung ausschlaggebend. Das MES liefert den erforderlichen Kontext für die anlagenweit erfassten Daten, sodass sie analysiert und mit ihrem vollen Potential genutzt werden können. Ein MES kann Daten zu bestimmten Produkttypen, Geräten, Rezepten, vorgelagerten Prozessschritten und Geräte-Wartungsprotokollen beisteuern. Auf diese Weise entsteht ein ganzheitliches Bild, das die Bedeutung der Messwerte und deren Auswirkungen über den „Tellerrand“ des IIoT hinaus sichtbar macht.

Fazit: Wer will auf Edge-Computing verzichten?

Edge-Computing ist unerlässlich, um eine IoT-Datenplattform zu unterstützen. Es ermöglicht ein effizientes Handling der immensen Datenmengen, die eine moderne Fabrik heutzutage generiert. Es bietet enorme Vorteile in Bezug auf Ansprechzeiten, Flexibilität und Agilität, muss aber über die richtigen Eigenschaften verfügen, um die ideale Basis für eine „intelligente Fabrik“ zu schaffen. Dazu gehören die Unabhängigkeit von Integrationstechnologien, die Logikfähigkeit auf Steuerungsebene durch Automatisierungsabläufe sowie ein zentrales Management, das auf alle Edge-Gateways zugreifen und diese verwalten kann.

Edge-Computing oder IIoT allein sind jedoch nur ein – wenn auch wichtiger – Teil der IoT-Datenplattform. Auch ein MES, das die erfassten Edge-Daten konsolidiert, dem passenden Kontext zuordnet und daraus handlungsrelevante Informationen ableitet, ist ebenso erforderlich.

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