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.



  • Neue Vice President Channel & Marketing bei Schneider Electric DACH

    Neue Vice President Channel & Marketing bei Schneider Electric DACH

    Mit der Zusammenlegung von Marketing und Channel-Organisation stellt Schneider Electric die Kommunikationsarbeit in der DACH-Region neu auf.

    mehr lesen: Neue Vice President Channel & Marketing bei Schneider Electric DACH

  • Erwerbstätige sind beim KI-Einsatz geteilter Meinung

    Erwerbstätige sind beim KI-Einsatz geteilter Meinung

    Rund die Hälfte der vom Branchenverband Bitkom befragten Erwerbstätigen würde Routineaufgabe an eine KI abgeben. Die andere Hälfte lehnt dies jedoch ab. Zudem sehen nur wenige der Befragten keinerlei Nachteile…

    mehr lesen: Erwerbstätige sind beim KI-Einsatz geteilter Meinung

  • Technologiemonitor weist Weg zur klimaneutralen Produktion

    Technologiemonitor weist Weg zur klimaneutralen Produktion

    Fraunhofer IAO und IPA sowie das IAT und EEP der Universität Stuttgart haben gemeinsam mit der Umwelttechnik BW in Stuttgart eine Studie vorgestellt: Die ’Roadmap Klimaneutrale Produktion’ soll Unternehmen in…

    mehr lesen: Technologiemonitor weist Weg zur klimaneutralen Produktion

  • Autobauer sehen sich im Aufwind

    Autobauer sehen sich im Aufwind

    Die deutschen Autobauer blicken wieder zuversichtlicher auf die kommenden Monate. Laut aktueller Zahlen des Ifo Instituts fallen vor allem die Exportaussichten positiv auf.

    mehr lesen: Autobauer sehen sich im Aufwind

  • Deutsche Fertiger setzen vermehrt auf KI

    Deutsche Fertiger setzen vermehrt auf KI

    Rockwell Automation liefert in der neunten Ausgabe des ’State of Smart Manufacturing’-Reports Einblicke in Trends, Herausforderungen und Pläne für Hersteller. Demnach ist künstliche Intelligenz in der Fertigung angekommen.

    mehr lesen: Deutsche Fertiger setzen vermehrt auf KI

  • Silo AI und AppliedAI wollen KI-Ökosystem aufbauen

    Silo AI und AppliedAI wollen KI-Ökosystem aufbauen

    Die KI-Initiative AppliedAI startet eine Partnerschaft mit dem privaten KI-Labor Silo AI. Die Partner wollen ein europäisches Ökosystem zur KI-Implementierung aufbauen und Unternehmen damit eine Anlaufstelle bieten.

    mehr lesen: Silo AI und AppliedAI wollen KI-Ökosystem aufbauen

  • Auftragseingang im Maschinenbau: Flaute hält an

    Auftragseingang im Maschinenbau: Flaute hält an

    Auch im Februar sind die Bestellungen im Maschinen- und Anlagenbau prozentual zweistellig gesunken: Die Auftragseingänge blieben abermals um real 10% unter dem Vorjahresniveau.

    mehr lesen: Auftragseingang im Maschinenbau: Flaute hält an

  • Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

    Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

    Ab April unterstützen Gerald Rosspeintner, Thomas Pötsch und Werner Lichtenegger als Prokuristen die Geschäftsleitung von Knapp Systemintegration in Loeben.

    mehr lesen: Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

  • Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Proalpha strukturiert das Führungsteam der ERP Business Unit neu und ernennt Christoph Kull zum President ERP+. Er berichtet an CEO Eric Verniaut.

    mehr lesen: Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

  • Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    95 Prozent der 102 von Horváth befragten Führungskräfte sprechen sich in der Studie für staatliche Unterstützung beim Ausbau von Studiengängen und ähnlichen Weiterbildungsformen mit KI-Schwerpunkten aus.

    mehr lesen: Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

  • VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    Mit der Gründung des Forums Manufacturing-X will der VDMA sämtliche Aktivitäten zu diesem Thema in Richtung seiner Mitgliedsunternehmen und Stakeholder bündeln und koordinieren. Die Arbeit des Forums fußt dabei auf…

    mehr lesen: VDMA gründet Forum Manufacturing-X

  • Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Im aktuellen Bitkom-Ifo-Digitalindex schätzen die Unternehmen ihre aktuelle Lage wieder besser ein. Auch die Erwartungen haben sich verbessert. Der Indexwert klettert im März somit um 1,6 Punkte.

    mehr lesen: Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer