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Auf dem Weg zum Factory Edge

25. April 2022, 8:24 Uhr | Wolfram Richter
Auf dem Weg zum Factory Edge
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Die Erfolgsaussichten für Digitalisierungskonzepte à la Industrie 4.0 hängen wesentlich von der zugrunde liegenden IT-Infrastruktur ab. Schlüsselkomponenten hierfür sind Factory-Edge-Konzepte und offene Hybrid-Cloud-Architekturen.

Beim Edge Computing wird die Datenverarbeitung von zentralisierten Rechenzentren an entfernte, verteilte Standorte verlagert. Das heißt, Daten können vor der Übertragung an ein Rechenzentrum vor Ort konsolidiert und analysiert werden. Somit entfallen Herausforderungen bei den Netzwerkverbindungen hinsichtlich Bandbreite oder Latenz. Durch die Reduzierung von Übertragungsverzögerungen lassen sich auch Serviceausfälle vermeiden. Edge Computing wird branchenübergreifend immer stärker genutzt. Viele Projekte finden sich derzeit vor allem im Telekommunikationsbereich im Zusammenhang mit der 5G-Einführung. Serviceanbieter modernisieren ihre Netzwerke, indem sie ihre Workloads und Services aus den Rechenzentren zum Edge verschieben. Auch in der verarbeitenden Industrie wird Edge Computing künftig eine wichtige Rolle einnehmen, und zwar mit der Bereitstellung von Rechenressourcen entfernt von zentralen Rechenzentren direkt an einem Device wie einem Roboter in der Fabrikhalle. Wenn Daten möglichst nah an der Produktionslinie verarbeitet werden, spricht man im Fall von Werkshallen dann von Factory Edge.

Auf dem Weg zur Factory Edge

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Auf dem Weg zum Factory Edge
Das Validated Pattern Deployment im Rechenzentrum.
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Zentrale Treiber für Factory Edge im produzierenden Gewerbe sind vor allem Industrie-4.0-Projekte. Dabei geht es um Themen wie IoT, Künstliche Intelligenz, Robotik, Augmented und Virtual Reality, Blockchain, 3D-Druck, Digitale Zwillinge oder 5G. Um Industrie-4.0-Konzepte erfolgreich umzusetzen, müssen umfangreiche Datenmengen schnell analysiert werden. Diese Aufgabe fällt zu einem großen Teil direkt an der Produktionslinie mit der Vernetzung der IT mit den Anlagen oder Steuersystemen an, also an der Factory Edge.

Validated Patterns für industrielle Edge-Implementierungen
Red Hat hat speziell für industrielle Edge-Umgebungen Validated Patterns konzipiert, die als Referenzarchitektur dienen und eine Beispiel-Implementierung beinhalten. Die Pattern basieren auf Anwendungsumgebungen, die bei Unternehmen erfolgreich implementiert wurden. Das heißt: Für die Pattern-Erstellung nutzt Red Hat reale und neue Kunden-Use-Cases. Auf Basis einer Open-Source-Demonstration des Anwendungsfalls erfolgt die Pattern-Validierung und die Konzeption einer GitOps-basierten Automatisierung. So werden eine einfache Wiederholbarkeit und Erweiterbarkeit sichergestellt.

 

Auf dem Weg zum Factory Edge
Die Referenzarchitektur für Edge-Implementierungen in Produktionsumgebungen.
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Die Fertigungsindustrie hat schon immer moderne Technologien eingesetzt, um Innovationen voranzutreiben und Produktionsabläufe zu optimieren. Mit dem Factory-Edge-Konzept kann sie nun einen entscheidenden Schritt weiter gehen, indem sie die Verarbeitungsleistung näher an die Daten heranbringt. Dadurch können unter anderem potenzielle Fehler an der Montagelinie proaktiv entdeckt, die Produktqualität verbessert und sogar mögliche Ausfallzeiten durch die vorausschauende Wartung reduziert werden. Und selbst im Falle einer Beeinträchtigung der Kommunikationsverbindung mit einem zentralen Standort lassen sich einzelne Fertigungsanlagen weiter betreiben.

Vielfältige Anwendungsszenarien

Konkret kann ein Unternehmen mit einer Factory-Edge-Infrastruktur verschiedenste Anwendungsszenarien optimal abdecken. Dazu zählen etwa

  • Asset Management,
  • Predictive Maintenance,
  • Condition Monitoring,
  • Sichtprüfung und fertigungsbegleitende Qualitätskontrolle,
  • End-to-End-Rückverfolgung und Datenerfassung in der gesamten Lieferkette,
  • Produktionsplanung,
  • Einzelfertigungen (Losgröße 1),
  • Data-Sharing-Services.

Das Thema Factory Edge gewinnt momentan auf breiter Front an Relevanz. So arbeitet etwa die Initiative OMP (Open Manufacturing Platform) an der Entwicklung von innovativen Industrie-4.0-Lösungen und IIoT (Industrial Internet of Things)-Anwendungen. Die von der BMW Group und Microsoft gegründete OMP, der auch Red Hat angehört, will durch Open Source und offene Standards die Digitalisierung der Produktion forcieren, gerade auch im Kontext der Factory Edge und des Industrial Internet of Things (IIoT). Red Hat wirkt in verschiedenen Arbeitsgruppen aktiv mit, so auch bei den Themen „IoT Connectivity“ und „Manufacturing Reference Architecture”. Aufgabe ist das Erarbeiten von Konzepten für die Anbindung von IoT-Devices und Maschinen an die Cloud, um Produktionslinien zu digitalisieren und Cloud-basierte IoT-Anwendungen zu optimieren.

Die offene Hybrid-Cloud- Infrastruktur als Basis

Klar ist, dass die Umsetzung der Factory Edge mit einer Neuordnung der Prozesse und der Datennutzung eine komplexe Systemlandschaft erfordert: mit Sensoren, drahtlosen Gateways, operativen Dashboards, agilen Backend-Systemen und Tablets für die Wartungsteams, um das gesamte System zu überwachen. Darüber hinaus führt die zunehmende Vernetzung und Digitalisierung von Produktions- und Logistikprozessen, also die Verknüpfung der IT mit den Anlagen oder Steuersystemen an der Produktionslinie, auch zu veränderten Anforderungen an die IT selbst. Herkömmliche IT-Architekturen bieten durch ihre Limitierungen hinsichtlich Agilität und Flexibilität, Schnelligkeit oder Skalierbarkeit keine adäquate Basis.

Forum Edge & Cloud Control 2022

Forum Edge & Cloud Control - Networking
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Forum Edge & Cloud Control - Training
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Forum Edge & Cloud Control - Learning
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Für die Realisierung einer modernen Fertigungsumgebung ist somit auch eine adäquate IT-Infrastruktur erforderlich – eine Infrastruktur, die auf Containern, Kubernetes, agiler Entwicklung, KI und ML sowie Automatisierung basiert. All diese Technologien sind Komponenten einer offenen Hybrid-Cloud- oder Multi-Cloud-IT-Infrastruktur, die die Bereitstellung von Anwendungen in kurzen Entwicklungszyklen ermöglichen – und zwar in einer dynamisch skalierbaren Umgebung. Mit einer Hybrid Cloud steht eine konsistente Plattform für Bare-Metal- und virtuelle Umgebungen sowie für Private und Public Clouds zur Verfügung. Außerdem muss eine offene Hybrid-Cloud-Plattform umfassende Edge-Implementierungen unterstützen. Edge Computing wird damit zu einem integralen Bestandteil einer Open-Hybrid-Cloud-Strategie.

Mit einer über alle Umgebungen hinweg konsistenten Plattform kann eine einheitliche Entwicklungs- und Betriebserfahrung vom Core bis zum Edge etabliert werden. Eine Hybrid-Cloud-Plattform unterstützt auch die Portabilität von Applikationen. Dadurch können Fachapplikationen, die oft zentral entwickelt werden, in verschiedenen Cloud-Umgebungen bis hin zu den Edge-Komponenten ausgerollt werden. Aus technologischer Sicht haben sich hierbei auch im Edge- und IoT-Umfeld die Container-Technologie und Kubernetes als Container-Orchestrierungs-Framework zunehmend bewährt.

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Der Autor: Wolfram Richter ist Manager Chief Architects bei Red Hat.
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Es ist keine Frage, dass in der Fertigung die Umsetzung innovativer Industrie-4.0- und IoT-Szenarien zunehmend an Bedeutung gewinnt. Nur so können effiziente und intelligente Geschäftsprozesse realisiert werden. Die entscheidenden Hilfsmittel werden dabei Factory-Edge-Implementierungen und – weiter gefasst – offene Hybrid-Cloud-Architekturen sein, die die einheitliche Erstellung und Ausführung von Lösungen in Cloud-, On-Premises- und Edge-Umgebungen unterstützen. 

Forum Edge & Cloud Control - Die Referenten

Das Forum Edge & Cloud Control findet am 17. Mai 2022 statt.
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Bernd Kremer, CSO Digital Industrial Solutions bei GEC
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Dr. Viviene Dollinger, CEO und Co-Founder von ObjectBox.io
© Object Box

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