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.



  • 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

  • Zugang zur Formnext nur für Geimpfte und Genesene

    Zugang zur Formnext nur für Geimpfte und Genesene

    Im November findet die 3D-Druck-Messe Formnext in Frankfurt statt. Wie der Veranstalter nun bekanntgegeben hat, kommt dabei die 2G-Regel zum tragen.

    mehr lesen: Zugang zur Formnext nur für Geimpfte und Genesene

  • Lieferengpässe drücken die Stimmung der Automobilindustrie

    Lieferengpässe drücken die Stimmung der Automobilindustrie

    Die Engpässe bei Vorprodukten wirken sich derzeit quasi auf alle Teile der Industrie aus. Besonders davon betroffen ist allerdings die Automobilindustrie, was sich auch in aktuellen Zahlen des Ifo Instituts…

    mehr lesen: Lieferengpässe drücken die Stimmung der Automobilindustrie

  • Datenwirtschaft und KI als Chance begreifen

    Datenwirtschaft und KI als Chance begreifen

    Laut einer ZVEI-Umfrage fühlen sich die Unternehmen der Elektronikbranche eingeschränkt, wenn es um die Nutzung von Daten geht, auch aufgrund von Rechtsunsicherheiten bezüglich der DSGVO.

    mehr lesen: Datenwirtschaft und KI als Chance begreifen

  • Mehr Angriffe, mehr Lösegeld, doppelt Erpresst

    Mehr Angriffe, mehr Lösegeld, doppelt Erpresst

    Nach einer Analyse des Technologie-Dienstleisters NTT haben Ransomware-Attacken ein neues Rekordniveau erreicht: Bis zum Jahresende müssen sich Unternehmen alle elf Sekunden auf einen Angriff mit Erpresser-Schadsoftware einstellen. Dabei nutzen Cyberkriminelle…

    mehr lesen: Mehr Angriffe, mehr Lösegeld, doppelt Erpresst

  • Weg ins Firmennetzwerk oft schlecht gesichert

    Weg ins Firmennetzwerk oft schlecht gesichert

    In Deutschland nutzen die Menschen laut einer G Data-Erhebung zu selten sichere Passwörter, Antiviren-Programme oder Zwei-Faktor-Authentifizierung. Damit steigt das Risiko im beruflichen und auch im privaten Bereich.

    mehr lesen: Weg ins Firmennetzwerk oft schlecht gesichert

  • Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

    Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

    In dieser Woche erfolgte der Spatenstich für den Neubau des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung. Das Investitionsvolumen beträgt rund 37Mio.€.

    mehr lesen: Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

  • Peter Schneck wird Cenit-CEO

    Peter Schneck wird Cenit-CEO

    Peter Schneck wird Mitglied des Vorstands bei der Cenit AG und übernimmt zum 1. Januar 2022 die Position des CEO. Er folgt auf Kurt Bengel der das Unternehmen plangemäß zum…

    mehr lesen: Peter Schneck wird Cenit-CEO

  • Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

    Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

    Der McKinsey ‘Quantum Technology Monitor’ zeigt eine Zunahme der globalen Markt – und Technologieentwicklungen von Quantentechnologien. Dabei sind die angekündigten Investitionen im laufenden Jahr dreimal so hoch wie in 2020.

    mehr lesen: Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

  • Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

    Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

    Nach einem Rückgang im August ist der Ifo-Geschäftsklimaindex auch im September gesunken. Belastet werden die Zahlen dabei durch die schlechtere Stimmung in der Industrie.

    mehr lesen: Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima