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.



  • Wie Projektingenieure mit Entwicklungspartnern kooperieren

    Wie Projektingenieure mit Entwicklungspartnern kooperieren

    Die Richtlinie VDI-MT 6602 Blatt 2 ‚Projektingenieur in Projekten mit Entwicklungspartnern – Anforderungen an die Qualifizierung‘ ist Anforderungsprofil für in der Praxis tätige Ingenieure und Projektingenieure, die ihre Fähigkeiten für…

    mehr lesen: Wie Projektingenieure mit Entwicklungspartnern kooperieren

  • IT-Sicherheitsmarkt vor Umsatzrekord

    IT-Sicherheitsmarkt vor Umsatzrekord

    Der Markt für IT-Sicherheit in Deutschland wächst ungebrochen. Das bisherige Rekordjahr 2020 könnte in diesem Jahr nochmals übertroffen werden. So geht der Digitalverband Bitkom von einem Plus von 9,7 Prozent…

    mehr lesen: IT-Sicherheitsmarkt vor Umsatzrekord

  • Zuliefermesse für den Maschinenbau

    Zuliefermesse für den Maschinenbau

    In Bad Salzuflen findet am 10. November die FBM statt. Bereits im Vorfeld der Messe können Unternehmen über eine Matchmaking-Plattform feste Termine mit den Ausstellern buchen.

    mehr lesen: Zuliefermesse für den Maschinenbau

  • Umsatzprognose auf Höchststand

    Umsatzprognose auf Höchststand

    Im neuen PWC-Maschinenbaubarormeter blicken mehr als die Hälfte der Unternehmen zwar optimistisch in die Zukunft. Im Vergleich zum Vorquartal ist dieser Wert jedoch zurückgegangen.

    mehr lesen: Umsatzprognose auf Höchststand

  • Produktionserwartungen steigen im September

    Produktionserwartungen steigen im September

    Die Produktionsaussichten in der Industrie haben im September zugelegt. Dabei werden die Pläne der Unternehmen von den derzeitigen Materialengpässen gebremst.

    mehr lesen: Produktionserwartungen steigen im September

  • Partnerschaft zwischen UiPath und CrowdStrike

    Partnerschaft zwischen UiPath und CrowdStrike

    UiPath und CrowdStrike wollen gemeinsam den Schutz von RPA-Prozessen verbessern. Die Zusammenarbeit der beiden Unternehmen soll ein neues Sicherheitsniveau sowie mehr Transparenz bei RPA-Anwendungen bieten, heißt es in der Pressemitteilung.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen UiPath und CrowdStrike

  • Referenzbasis für TRIZ-Werkzeuge

    Referenzbasis für TRIZ-Werkzeuge

    Richtlinie VDI 4521 Blatt 1 ‚Erfinderisches Problemlösen mit TRIZ – Grundlagen und Begriffe‘ legt eine gemeinsame Sprache zur Beschreibung von Inhalten der TRIZ-Methodik fest. Sie bietet eine Referenzbasis zum Vergleich…

    mehr lesen: Referenzbasis für TRIZ-Werkzeuge

  • Ekrem Yigitdoel wird Managing Director

    Ekrem Yigitdoel wird Managing Director

    Mit der Ernennung von Ekrem Yigitdoel zum Managing Director will sich die Open Industry 4.0 Alliance für weiteres Wachstum rüsten. Derzeit gehören dem Zusammenschluss rund 80 Mitglieder an.

    mehr lesen: Ekrem Yigitdoel wird Managing Director

  • Aus Innovation.rocks und Augmentaio wird Svarmony

    Aus Innovation.rocks und Augmentaio wird Svarmony

    Die beiden Unternehmen Innovation.rocks und Augmentaio wollen fusionieren und zukünftig gemeinsam als AR-Spezialist Svarmony am Markt auftreten.

    mehr lesen: Aus Innovation.rocks und Augmentaio wird Svarmony

  • 5G-Ortungslösung für die Industrie

    5G-Ortungslösung für die Industrie

    Im Rahmen einer Partnerschaft haben die Telekom und Trumpf eine Ortungslösung entwickelt, die in einem 5G-Campusnetz betrieben werden kann. Durch den Omlox-Standard lassen sich unterschiedliche Endgeräte miteinander kombinieren.

    mehr lesen: 5G-Ortungslösung für die Industrie

  • Mit Low-Code gegen den Entwicklungsstau

    Mit Low-Code gegen den Entwicklungsstau

    Die Pandemie hat die Digitalisierung beschleunigt, aber auch zu einem zunehmendem Software-Entwicklungsstau geführt, so eine Studie von Mendix. Ein Low-Code-Ansatz kann helfen den damit einhergehenden Problemen zu begegnen.

    mehr lesen: Mit Low-Code gegen den Entwicklungsstau

  • Jochen Weyrauch folgt auf Ralf Dieter

    Jochen Weyrauch folgt auf Ralf Dieter

    Seit 2006 ist Ralf W. Dieter Vorstandsvorsitzender der Dürr AG. Zum Jahresende wird er sein Amt zur Verfügung stellen. Seine Nachfolge tritt Jochen Weyrauch an.

    mehr lesen: Jochen Weyrauch folgt auf Ralf Dieter