Sichere Kommunikation für Industrie 4.0

Edge Computing für das Industrial IoT

Neben den großen etablierten Cloud-Anbietern wie Amazon, Oracle, IBM und Microsoft haben inzwischen auch viele deutsche Anbieter von Automatisierungslösungen ihre eigene Cloud gestartet. In der Cloud können diese Daten gesammelt und mit Data Analytics ausgewertet werden, um die Produktionsergebnisse zu verbessern, die Energieeffizienz zu steigern oder die Logistik für die Produktionslieferung zu optimieren. In manchen Forschungsprojekten wurden bereits Untersuchungen angestellt, ob nicht auch der Steuerungsprozess der Automatisierung möglich ist. Leider hat sich herausgestellt, dass mit den heutigen Kommunikationstechnologien weder Echtzeit- noch Safety-Anforderungen eingehalten werden können.

Neuer Trend »Die Zukunft der Cloud liegt in der Edge«

Als Edge wird heute die Kante zwischem lokalen Kontext und der Cloud bezeichnet. Mit bewährter Kommunikations- und Steuerungstechnik kann an diesem Punkt die Bearbeitung von Produktionsprozessen in Echtzeit sichergestellt werden. Das sogenannte Edge Computing ist eine Verschmelzung aus Steuerungstechnik und Gatewaytechnologie für die Verbindung mit der Cloud. Sie stellt sicher, dass nur Daten übertragen werden, die tatsächlich in der Cloud für die Optimierung von Prozessen benötigt werden. Mit dieser Architektur können Sicherheitsanforderungen und der Wunsch nach Datensparsamkeit leichter eingehalten werden.

OGEMA eignet sich sehr gut als Edge Computing Plattform

Die Integration einer SPS in die OGEMA Architektur und der Betrieb auf industriellen Standardplattformen erleichtern Systemintegratoren den individuellen Aufbau von Industrie 4.0 Lösungen. Mit OGEMA wird Sensorik und Aktorik einer Produktionslösung problemlos mit der Cloud verbunden, damit wird die Cloud zur Maschine gebracht. Ein ideales Einsatzgebiet ist das Retrofitting von älteren Anlagen. Individuelle Services arbeiten als Bindeglied zwischen Sensordaten und Nutzer und stellen Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Anlagenteilen her. Spezifische Schnittstellen erleichtern den Zugriff auf die internen Systemdaten. Maßgeschneiderte Services mit Analysefunktionalität bereiten erfasste Daten für die Cloud auf.

OGEMA erleichtert die vertikale Integration in der Anlage. MES oder Leitrechner in der klassischen Automatisierungspyramide können entfallen, die Kommunikation erfolgt, wenn gewünscht, direkt mit dem ERP-System. Durch direkten Austausch von Arbeitsplänen, Produktionsprogrammen und entsprechenden Rückmeldungen kann damit die Produktion bis zur Losgröße 1 individualisiert werden.

Zahlreiche Anforderungen in der Digitalisierung

Edge Computing Plattformen müssen die Anforderungen für Industrie 4.0 erfüllen.

Die Nutzung von Industrie 4.0-Technologien in der Produktion erfordert häufig eine umfassende Vernetzung unterschiedlicher Produktionsanlagen untereinander oder an entfernte Fertigungsstätten. Zusätzlich werden Anwendungen zur Prozesssteuerung oder Datenauswertung eingebunden, die in der Cloud laufen. Information Technology und Operational Technology verschmelzen immer weiter. Daher benötigen einerseits alle beteiligten Komponenten ein höheres Maß an Datendurchgängigkeit und Flexibilität, andererseits müssen bisherige Anforderungen bezüglich Latenz, Echtzeit, und Sicherheit weiterhin erfüllt werden. Nur so können die Vorteile von Industrie 4.0 wie flexiblere Produktionsverfahren, bessere Maschinenauslastung oder Nutzung von Data Analytics Algorithmen für vorbeugende Wartung oder Prozessoptimierung genutzt werden. Der Übergang zu Industrie 4.0 wird in den vielen existierenden Anlagen schrittweise erfolgen, deswegen sind geeignete Maßnahmen und Komponenten für ein Retrofitting erforderlich.

Damit Sie diese Anforderungen in Ihren Produktionsumgebungen umsetzen können, bietet das Fraunhofer IIS eine sichere Edge Computing Softwareplattform für Industrie 4.0 an. Sie wurde bereits auf verschiedenen industriellen Edge Controller implementiert. Die Plattform erlaubt eine unkomplizierte Integration verschiedenster Kommunikationsprotokolle der Industrie- und Gebäudeautomatisierung, einschließlich der gängigen Internetprotokolle, um mit der Cloud kommunizieren zu können. Der Mehrwert gegenüber Gateway-Lösungen ist die intelligente Verknüpfung und Verarbeitung von Daten. So erlaubt die Anbindung eines oder mehrerer OPC-UA Server die schnelle Erfassung aller relevanten Daten innerhalb einer Produktionsumgebung oder Anlage. Die Kopplung mit einer Software SPS auf dem Edge Controller ist möglich und erleichtert die Erstellung individueller Echtzeitapplikationen zur Maschinensteuerung, die einen erhöhten Bedarf an Datenaustausch z. B. mit der Cloud besitzen. Die Plattform kann jederzeit flexibel mit neuen Standards und Geräten erweitert und angepasst werden.

Übergreifende Kommunikation bei individueller Produktion

Zukünftig müssen Unternehmen ihre Produktion mit intelligenten und vernetzen Lösungen erweitern, um in Industrie 4.0 wettbewerbsfähig zu bleiben. Jedoch bringt das Angebot von kundenspezifischen angepassten Produkten in Losgröße 1 einige Herausforderungen mit sich. Die Kommunikation zwischen Internet bzw. Cloud, Produktionsanlagen und die Zulieferung der fertigen individuellen Produkte muss datensicher gewährleistet werden. Das Fraunhofer IIS ist sich dieser Problematik bewusst und kann Ihnen OGEMA als eine sichere Edge Computing Plattform für Industrie 4.0 anbieten. Durch die Integration verschiedenster Kommunikationsprotokolle und dem Internet können Ihre Endkunden ihre Produktvorstellungen über einen Konfigurator verwirklichen und die Informationen werden dank OGEMA direkt an die verarbeitenden Maschinen weiter gegeben. Nach Ihren Anforderungen und Wünschen können wir in Verbindung mit der integrierten Software SPS individuelle Applikationen zur Maschinensteuerung entwickeln. Eine zusätzliche manuelle Eingabe und Auftragsbearbeitung durch Sachbearbeiter ist nicht mehr notwendig. OGEMA kann jederzeit flexibel mit neuen Standards und Geräten erweitert und angepasst werden.

Neben einer individuellen Produktion kann OGEMA mit einem speziellen Service bei der Erfassung des Energieverbrauches von einzelnen Anlagen oder dem hergestellten Gut unterstützen. Die Energiedaten werden durch unterschiedliche Sensoren erfasst und an die OGEMA Plattform kommuniziert. Der Service stellt diese grafisch dar und wertet die Informationen aus. Auch Warnungen und Statusabfragen sind jederzeit mobil oder an angebrachten Displays möglich. Auf Basis weiterer Services bietet das System die Möglichkeit, anhand der Energieverbrauchsdaten oder weiterer Sensordaten den Maschinenverschleiß oder anstehende Wartungsarbeiten zu ermitteln. Durch ein intelligentes Edge Computing werden die Daten im eigenen System sinnvoll gespeichert und nur für die weitere Verarbeitung relevante Informationen in die Cloud weitergegeben.

OGEMA ist Java-basiert und nutzt standardisierte Datenmodelle zur interoperablen Kommunikation und Steuerung von verschiedensten Anlagen. Das integrierte App-Konzept erlaubt die flexible Installation der Anwendungssoftware für unterschiedliche Nutzungsszenarien und die Erweiterung um weitere auf die jeweilige Maschinensituation angepasste Services wie Condition Monitoring oder Lastmanagement. Die Hardwareunabhängigkeit der Software ermöglicht eine problemlose Adaption an unterschiedliche Plattformen wie PCs, Server oder eingebettete Systeme. Bei uns wird Sicherheit groß geschrieben. OGEMA beinhaltet ein mehrstufiges Sicherheitskonzept. Je nach Bedarf kann aus drei Sicherheitslevels gewählt werden. Die Vergabe von Zugriffsrechten sowie Nutzungsrechten ist einfach umzusetzen.

Alleinstellungsmerkmale für Industrie 4.0:

Sicher: Mehrstufiges Sicherheitskonzept
Flexible und interoperable: Versteht alle gängigen Kommunikationsstandards
Erweiterbar und individuell anpassbar
Eigene individuelle Apps einfach erstellbar

OGEMA ermöglicht die Verschmelzung von realer und virtueller Welt. Einzelne Produkte, Geräte und Objekte mit eingebetteter Software können zu einem einzigen System zusammenwachsen.