Industrie 4.0

Edge- und Cloud-Technologie im Shopfloor

| Autor / Redakteur: Dr. Benjamin Kormann / Redaktion IoT

Nahtlose Integration von Edge- und Cloud-Computing
Nahtlose Integration von Edge- und Cloud-Computing (Krones AG (Tochterunternehmen: Syskron))

Die nahtlose Verschmelzung von Edge und Cloud eröffnet neue Möglichkeiten für Applikationen und Geschäftsmodelle im industriellen Umfeld. Sie beschleunigt Reaktionszeiten und bietet gleichzeitig skalierbare Rechenleistungen.

Das Telefon brauchte 50 Jahre, um 50 Millionen Benutzer von seinen Vorteilen zu überzeugen. Das Internet benötigte für dieselbe Nutzerzahl nur 7 Jahre. Die Spiele-App Pokémon Go erreichte diese Zahl sogar in nur 2 Tagen. Die Geschwindigkeit, in der sich unser Leben verändert, hat drastisch zugenommen. Dieser Wandel macht auch vor dem Maschinen- und Anlagenbau nicht Halt und hat entsprechenden Einfluss auf Geschäftsmodelle, Organisationsstrukturen und auch technische Lösungen. All diese Bereiche müssen im heutigen Zeitalter schnelle Reaktionszeiten auf Veränderungen ermöglichen.

Die Industrie steht nun vor der Frage, wie man sich der oben genannten Herausforderung stellen, beziehungsweise sie für sich nutzen und weitere Geschäftsmodelle generieren kann. Die Hannover-Messe 2018 hat eindrucksvoll gezeigt, wie viele Anbieter von (schwer vergleichbaren) Teil- oder Gesamtlösungen um die Gunst potentieller Kunden werben. Es gibt mittlerweile über 450 IoT (Internet of Things) Plattformen [1,2]. Diese Anzahl verunsichert viele Unternehmen in ihrer Auswahl, da es sich nicht um das vorrangige Geschäftsmodelle und den üblichen Technologieradar handelt. Die Bedeutung von IoT wird für Unternehmen in den kommenden Jahren jedoch weiterhin zunehmen [3].

Edge- und Cloud-Computing neu gedacht

Nach dem Hype um das Cloud-Computing wurde zwar das Potential der Technologie deutlich, jedoch auch deren Einschränkungen. Wesentliche Vorteile der Cloud sind ausgelagerte, skalierbare Rechenkapazitäten, die sich jedoch nur dann nutzen lassen, wenn die entsprechende Datenmenge dorthin transferiert werden kann. Da dies bei der Verarbeitung von Daten aus Echtzeitsystemen, in denen in der Regel hohe Datenmengen in kurzer Zeit ausgewertet werden müssen, nicht machbar ist, hat dies den Bedarf nach lokaler Rechenleistung (Edge-Computing) in den Vordergrund gerückt. Gartner betitelt diesen Wandel mit “The edge will eat the cloud” [4]. Edge-Computing bezeichnet dabei die Möglichkeit der Datenverarbeitung im Shopfloor durch die Verwendung von Cloud-Technologien. Dadurch müssen hochfrequente Daten nicht zur Businesslogik in die Cloud übertragen werden, sondern die Businesslogik wird näher an den Ort der Datenerzeugung transferiert. Dadurch werden Reaktionszeiten auf Ereignisse auf Basis lokaler Datenanalyse verkürzt und zeitgleich die Datenlast im Internet reduziert.

Nahtlose Integration

Häufig wird das Edge-Computing mit Ansätzen gleichgesetzt, die man bereits vor 20 Jahren verfolgt hat, das heißt lokale Rechenleistung nah an der Maschine. Um jedoch die technologischen Möglichkeiten der Cloud in den Shopfloor einzubinden, benötigt man eine durchgängige Integration in das Edge Device [5]. Traditionelle Lösungen bestehen aus einer Hardwareplattform, einem dazugehörigen Betriebssystem und einer darauf aufbauenden Applikation. Dabei entsteht häufig eine starke Kopplung dieser drei Schichten, das heißt die Applikation ist für genau ein Betriebssystem entwickelt und das Betriebssystem ist für eine bestimmte Hardwareumgebung ausgelegt. Durch die Virtualisierung mit beispielsweise VMware oder VirtualBox kann eine Unabhängigkeit von der unterlagerten, physikalischen Hardware erreicht werden. Der nächste Evolutionsschritt beschreibt die Unabhängigkeit vom Betriebssystem durch Container-Technologien, wie beispielsweise Docker. Eine noch stärkere Entkopplung der Softwarelösung von der unterlagerte Ausführumgebung beschreibt das Serverless Computing Prinzip [6]. Applikationen werden zunehmend leichtgewichtiger und modularer gestaltet, was sich positiv auf die Wartbarkeit und Erweiterbarkeit auswirkt.

Je stärker man nun den Unabhängigkeitsgrad von der unterlagerten Ausführumgebung wählt, desto nahtloser kann eine Integration von Cloud- und Edge-Computing umgesetzt werden. Durch die permanente Anbindung eines Edge Devices an das Internet, respektive die Cloud, ist die Updatefähigkeit ausgelieferter Funktionalität stets gewahrt. Leichtgewichtige Softwarekomponenten (Container, Serverless) lassen sich somit auch schneller und einfacher aktualisieren. Diese können sowohl in einer Cloud als auch einer Edge Umgebung verwendet werden. Der Sicherheitsaspekt der gesamten IoT Umgebung muss dabei ein integraler Bestandteil sein, da im gesamten Internet of Things zahlreiche Kommunikationsbeziehungen bestehen [7].

Die Mischung macht's

Erst durch den kombinierten Einsatz von Cloud- und Edge-Computing eröffnen sich vielfältige Möglichkeiten. Mit einer nahtlosen Integration kann die Businesslogik ohne technologischen Bruch flexibel dorthin transportiert und ausgeführt werden, wo Daten für Berechnungen anfallen. Dies ermöglicht skalierbare Gesamtlösungen, wodurch Applikationen und neue Businessmodelle realisiert werden können. Sie wären ohne diese technologischen Möglichkeiten nur schwer umsetzbar und wartbar.

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