Produktionsmaschinen per Edge-Stack angebunden

Vom Shopfloor in die Cloud: der Architekturaufbau eines Edge-Layers
Vom Shopfloor in die Cloud: der Architekturaufbau eines Edge-Layers – Bild: Kontron AIS GmbH

Die Digitalisierung bringt für Produktionsumgebungen drei zentrale Herausforderungen mit sich:

Dezentralisierung und Heterogenität: Unterschiedliche Protokolle und Generationen von Maschinensteuerungen sowie Legacy-IT führen oft zu schwer wartbarer Heterogenität.

Wachsende Sicherheitsrisiken: Mit jedem Endgerät und jeder Schnittstelle vergrößert sich die Angriffsfläche. Besonders kritisch sind Geräte, die ohne sichere Gateways mit der Cloud verbunden sind.

Verwaltung und Updates: Software ist heute auf nahezu jedem Sensor und Gateway im Einsatz. Ohne Update-Strategie steigen Sicherheitsrisiken und der Aufwand zur Erfüllung regulatorischer Anforderungen wie des Cyber Resilience Acts (CRA).

Beispielhafter Edge-Stack aus der Praxis für Fabrikbetreiber, hier mit Kontron-Produkten.
Beispielhafter Edge-Stack aus der Praxis für Fabrikbetreiber, hier mit Kontron-Produkten. – Bild: Kontron AIS GmbH

Edge-Layer als Architekturmodell

Der Edge-Layer setzt bei diesen Herausforderungen an: Er bildet einen strategischen Rahmen, der einfache Integration, Sicherheit, Skalierbarkeit und Wartbarkeit verbindet. Drei Kernprinzipien stehen dabei im Fokus:

Ebenen-Architektur (Layer): Eine Abgrenzung der Funktionen gibt Struktur und Übersichtlichkeit in komplexen Produktionsumgebungen. Standardisierte Datenflüsse und Schnittstellen vereinfachen Integrationen, erhöhen Transparenz, erleichtern internationale Rollouts und beschleunigen die Anbindung neuer Werke oder Fertigungslinien. Außerdem können Innovationen wie KI-Modelle oder zusätzliche Protokolle oft ohne Eingriffe in bestehende Systeme eingebunden werden.

Automatisiertes Update- und Lifecycle-Management: Da heute auf nahezu jedem Sensor und Gateway Software läuft, werden kontinuierliche Aktualisierungen zum Erfolgsfaktor. Ein Edge-Layer-Ansatz kann daher auf automatisierte Prozesse abzielen, die den gesamten Software- und Betriebssystem-Lebenszyklus abdecken – von der Erstinstallation über Updates bis zur Stilllegung. Container-Technologien wie Docker bilden dafür die Grundlage, indem sie reproduzierbare, abgesicherte und skalierbare Software-Rollouts ermöglichen. Das ermöglicht die Verwaltung von tausenden Geräten über mehrere Standorte hinweg.

Sicherheitsmaßnahmen: Sicherheit sollte ein integraler Bestandteil der Edge-Layer-Architektur sein. Gehärtete Betriebssysteme mit verschlüsselten Protokollen, sicherem Remoting und Cloud-Security-Standards können vor externen Angriffen schützen, worauf auch eine Zugriffrechteverwaltung einzahlt.

Gateways als Edge-Basis: Edge-ausgerichtete Industrie-PCs können die Grundlage einer Edge-Architektur bilden. Sie erfassen und bündeln Daten an den Maschinen und Anlagen und überführen sie in benötigte Formate. Das reduziert die Zahl direkter Cloud-Verbindungen, sichert bestehende ab und reduziert die Angriffsflächen. Technologisch setzt der Hardwareanbieter Kontron dafür auf die KBox-Serie oder den AL i.MX8M-Mini, die optional mit dem gehärteten Linux KontronOS ausgeliefert werden. Sicherheits- und Funktionsupdates werden über Software-Container ausgerollt, um große Gateway-Flotten wartbar zu halten.

Echtzeitverarbeitung vor dem Cloud-Upload: Große Datenmengen lassen sich nah an der Maschine auf Gateways oder in Produktionsleitsystemen, wie etwa der eingesetzten MES-Anwendung, voverarbeiten. Das spart Bandbreite der Internetverbindung und reduziert die Latenzen. Das ermöglicht etwa KI-basierte Bildanalysen oder KPI-Berechnungen. Auf lokalen Servern werden die Datenmengen dann aggregiert und analysiert, bevor sie in die Cloud übertragen werden. In der optischen Qualitätskontrolle könnten so Bilddaten mit KI-Algorithmen auf dem Gateway analysiert werden. Das Ergebnis – OK oder NOK – wird an die Cloud gemeldet.

Formate integrieren und ab in die Cloud

Die Stärke des Edge-Layers zeigt sich, wenn die eingesetzte Middleware typische Datenformate integrieren kann, die in einer Produktion zu finden sind. Heutzutage sollten OPC UA, MQTT, REST-APIs und Protokolle wie Modbus mit vergleichbar geringem Aufwand auf Ebene der Fabriksoftware umgewandelt und nutzbar gemacht werden können. Die Cloud schließlich bildet das Rückgrat für Verwaltung und Skalierung. Ohne zentrale Managementfunktionen wären hunderte Gateways und Geräte über verschiedene Standorte hinweg kaum aktuell und sicher zu halten. Kontron bietet beispielsweise eine Plattform an, die Remote-Updates, Monitoring und Flottenmanagement zentral und aus der Ferne ermöglicht. Software steht als Docker-Image bereit und wird automatisch an die angebundenen Geräte verteilt. Diagnose- und Logging-Funktionen helfen dabei, Probleme schnell zu beheben.

2021 DSC 1865 Robin Schubert CMYK 1
Bild: Kontron AIS GmbH

Grundlagen für künstliche Intelligenz

Edge-Layer sind ein praxiserprobtes Konzept für die industrielle Produktion. Denn Daten sind kein Nebenprodukt mehr, sondern das oft entscheidende Ausgangsmaterial für Innovation und Effizienz. Der Edge-Layer hilft, dieses Material sicher und wirtschaftlich zu nutzen. Wer heute strukturiert vorgeht, kann langfristig Integrationsaufwand und Risiken senken, Grundlagen für KI-Anwendungen sowie globale Roll-outs schaffen und nicht selten die eigene Wettbewerbsfähigkeit erhöhen.



  • 86 Prozent finden DSGVO-Umsetzung schwierig

    86 Prozent finden DSGVO-Umsetzung schwierig

    Für 86 Prozent der Firmen ist es sehr herausfordernd, die DSGVO umzusetzen, ergab eine Umfrage von Piwik Pro. Doch dass Konformität und ihre Marketingaktivitäten vereinbar seien, gaben 90 Prozent der…

    mehr lesen: 86 Prozent finden DSGVO-Umsetzung schwierig

  • SuperOffice-CEO Jentoft geht nach 18 Jahren

    SuperOffice-CEO Jentoft geht nach 18 Jahren

    Der CRM-Softwareanbieter SuperOffice hat Lars Engbork zum neuen CEO ernannt. Er übernimmt die Leitung von Gisle Jentoft, der das norwegische Unternehmen 18 Jahre lang geführt hat. Seit 2020 hält der…

    mehr lesen: SuperOffice-CEO Jentoft geht nach 18 Jahren

  • Transferprojekt vermittelt Blockchain-Wissen für KMU

    Transferprojekt vermittelt Blockchain-Wissen für KMU

    Im neu gestarteten Projekt DUH-IT sollen KMU aus Dortmund, Unna und Hamm den Einsatz von Blockchain-Technologie in der Lieferkettengestaltung erkunden. So wollen das Fraunhofer IML und die TU Dortmund die…

    mehr lesen: Transferprojekt vermittelt Blockchain-Wissen für KMU

  • Maschinenausfuhren gehen zurück

    Maschinenausfuhren gehen zurück

    Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau hat im ersten Quartal 2024 nominal 4,6 Prozent weniger als im Vorjahr exportiert, meldet der Branchenverband VDMA. Die Exporte nach China sinken weiter, das Wachstum…

    mehr lesen: Maschinenausfuhren gehen zurück

  • All About Automation in Heilbronn vorüber

    All About Automation in Heilbronn vorüber

    Das Messekonzept der All About Automation: überschaubar, praxisnah und regional. Damit ist Veranstalterin Easyfairs erfolgreich, die dritte Ausgabe der Automatisierungsschau in Heilbronn verzeichnete rund 30 Prozent mehr Aussteller und 40…

    mehr lesen: All About Automation in Heilbronn vorüber

  • Instandhaltung und Field Service mit SAP-Software abwickeln

    Instandhaltung und Field Service mit SAP-Software abwickeln

    Der 28. Jahreskongress SAP EAM 2024 findet am 20. und 21. Juni in Berlin statt. Auch dieses Mal stehen auf der unabhängigen Konferenz Neuigkeiten und Herausforderungen rund um SAP-softwaregestütztes Instandhaltungsmanagement…

    mehr lesen: Instandhaltung und Field Service mit SAP-Software abwickeln

  • AI Act nimmt letzte Hürde

    AI Act nimmt letzte Hürde

    Die Mitgliedsstaaten der EU wollen am 21. Mai 2024 im Ministerrat den AI Act beschließen. In der Verordnung werden Systeme mit künstlicher Intelligenz nach Risikoklassen unterteilt und reguliert. Bitkom-Präsident Dr.…

    mehr lesen: AI Act nimmt letzte Hürde

  • Decide4ECO nutzt Manufacturing-X für nachhaltige Produktentwicklung

    Decide4ECO nutzt Manufacturing-X für nachhaltige Produktentwicklung

    Im Rahmen der Initiative Manufacturing-X fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) das Konsortialprojekt Decide4Eco mit 7,3Mio.€. Das Projekt beschäftigt sich mit der Frage, wie Produkte nachhaltiger entwickelt und…

    mehr lesen: Decide4ECO nutzt Manufacturing-X für nachhaltige Produktentwicklung

  • Forschungsbeirat Industrie 4.0 stellt Engineering-Roadmap vor

    Forschungsbeirat Industrie 4.0 stellt Engineering-Roadmap vor

    Der Forschungsbeirat Industrie 4.0 stellt mit seiner Engineering-Roadmap und den darin enthaltenen Themenblöcken einen Rahmen für konkrete Forschungsschwerpunkte der nächsten zehn Jahre vor. Im Mittelpunkt stehen vier Hauptthemen.

    mehr lesen: Forschungsbeirat Industrie 4.0 stellt Engineering-Roadmap vor

  • Eine gemeinsame Sprache für Daten finden

    Eine gemeinsame Sprache für Daten finden

    Unternehmen treffen Entscheidungen meist auf Basis von strukturierten Daten. Dabei haben auch unstrukturierte Daten Erkenntnisse zu bieten. Der Software-Spezialist Progress erläutert, wie Unternehmen die beiden Datentypen zu einem sinnvollen Ganzen…

    mehr lesen: Eine gemeinsame Sprache für Daten finden

  • IFS ernennt Hannes Liebe zum COO für Nord-, Ost und Zentraleuropa

    IFS ernennt Hannes Liebe zum COO für Nord-, Ost und Zentraleuropa

    Hannes Liebe übernimmt ab sofort die Position des neuen Chief Operation Officer (COO) von IFS für die Region Nord, Ost und Zentraleuropa.

    mehr lesen: IFS ernennt Hannes Liebe zum COO für Nord-, Ost und Zentraleuropa

  • SPS ab 2025 wieder Ende November

    SPS ab 2025 wieder Ende November

    Die SPS wird im nächsten Jahr (2025) vom 25. bis zum 27. November in Nürnberg stattfinden und somit wieder auf den seit vielen Jahren bekannten Zeitraum zurückkehren. Auch die Termine…

    mehr lesen: SPS ab 2025 wieder Ende November