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.



  • Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur

    Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur

    Kommunikationsnetz mit Quantenverschlüsselung Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur Ein von der Telekom geführtes Konsortium verantwortet den Aufbau von Quanten-Testinfrastruktur für Europa. Die Europäische Union will damit die Sicherheit ihrer Kommunikationsnetze,…

    mehr lesen: Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur

  • Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

    Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

    Ein Jahr Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz Eine Studie von IntegrityNext zeigt, dass Unternehmen ab 3.000 Mitarbeitenden eine mäßig positive Bilanz nach dem ersten Jahr des Lieferkettensorgfaltspflichtengesetzes (LkSG) ziehen. Als…

    mehr lesen: Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

  • Umati eröffnet Showroom in China

    Umati eröffnet Showroom in China

    Ab sofort können sich Interessierte auch in China live von den Vorteilen offener, standardisierter Schnittstellen auf Basis von OPC UA überzeugen und Umati besser kennenlernen. Die gemeinsame Konnektivitätsinitiative von VDW…

    mehr lesen: Umati eröffnet Showroom in China

  • Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

    Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

    Ab Mai in neuer Position Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco Zum 1. Mai übernimmt der Brasilianer Vagner Rego beim schwedischen Industriekonzern Atlas Copco die Position des Präsidenten…

    mehr lesen: Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

  • Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

    Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

    Forschungsprojekt RealSec5G Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen Im Projekt ’RealSec5G’ sollen die Anforderungen der Datensicherheit in Kommunikationsgeräten für 5G/6G-Infrastrukturen in einem deterministischen Time-Sensitive-Netzwerk (TSN) erprobt werden. Im Projekt konzipiert das Fraunhofer-Institut…

    mehr lesen: Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

  • Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

    Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

    Mit sofortiger Wirkung Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor Der IT-Dienstleister Synostik gibt Veränderungen in der Führungsebene bekannt und hat Maik Ekert mit sofortiger Wirkung zum Geschäftsführer ernannt.

    mehr lesen: Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

  • Aleph Alpha erweitert Führungsteam

    Aleph Alpha erweitert Führungsteam

    Jan Hiesserich ist neuer Vice President of Strategy & Communications bei Aleph Alpha. Er kommt vom US-Datenanalyse-Spezialisten Palantir Technologies zum Heidelberger KI-Startup.

    mehr lesen: Aleph Alpha erweitert Führungsteam

  • Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

    Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

    Wechsel bei Kontron Electronics Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb Kontron Electronics hat einen neuen Vertriebsleiter. Fabian Kuttenkeuler übernimmt das Amt von Franz Ott, der neuer Business Development Manager des Unternehmens wird.

    mehr lesen: Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

  • KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung

    KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung

    Materialwissenschaft KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung Forschende gehen davon aus, ihre Arbeit mit einer Kombination aus künstlicher Intelligenz (KI) und Cloud Computing auf ein Tempo beschleunigen zu können, das bis…

    mehr lesen: KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung

  • Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen

    Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen

    Antriebe der Zukunft entwickeln Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen Im Forschungsprojekt Antrieb 4.0 sollen Ansätze für mehr Effizienz und Nachhaltigkeit in Antriebssystemen entwickelt werden. Ein Use Case zielt darauf…

    mehr lesen: Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen

  • Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche

    Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche

    Vergleich zwischen Deutschland und Großbritannien Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche 43 Prozent der deutschen Automotive-Unternehmen setzen KI in der Bildverarbeitung ein. In Großbritannien sind es mehr als die Hälfte.…

    mehr lesen: Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche

  • Warum Unternehmen zu einem APS-System greifen

    Warum Unternehmen zu einem APS-System greifen

    Im Maschinen- und Anlagenbau sind effiziente Fertigungs- und Planungsprozesse unerlässlich. Advanced-Planning-and-Scheduling-Systeme (APS) gewinnen in diesem Zusammenhang an Bedeutung. Der Aachener Softwarespezialist Inform hat in einer Kundenbefragung die Ziele und Einflussfaktoren…

    mehr lesen: Warum Unternehmen zu einem APS-System greifen