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.



  • Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley arbeiten zusammen

    Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley arbeiten zusammen

    Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley wollen gemeinsam die herstellerübergreifende Integration in der Verpackungsindustrie realisieren. Die Schwerpunkte der Zusammenarbeit liegen auf Master Data Management, Plant Analytics und Predictive Maintenance.

    mehr lesen: Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley arbeiten zusammen

  • Pepperl+Fuchs übernimmt Aava

    Pepperl+Fuchs übernimmt Aava

    Das finnische Unternehmen Aava gehört ab sofort zur Pepperl+Fuchs-Gruppe. Das Unternehmen bietet u.a. Tablet Computer für die Industrie ab.

    mehr lesen: Pepperl+Fuchs übernimmt Aava

  • Manufacturing Execution-Systeme im Vergleich

    Manufacturing Execution-Systeme im Vergleich

    Der vom Trovarit Competence Center MES in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) und dem VDI herausgegebene ’Aachener Marktspiegel Business Software – MES/Fertigungssteuerung 2021/2022‘, untersucht das Angebot…

    mehr lesen: Manufacturing Execution-Systeme im Vergleich

  • Weniger Kurzarbeit im August

    Weniger Kurzarbeit im August

    In Deutschland waren im August nach Angaben des Ifo Instituts 688.000 Menschen in Kurzarbeit, ein deutlicher Rückgang im Vergleich zum Vormonat. Die Lieferengpässe in der Industrie hatten demnach kaum Auswirkungen…

    mehr lesen: Weniger Kurzarbeit im August

  • Konjunkturerwartungen gehen zurück

    Konjunkturerwartungen gehen zurück

    Zum vierten Mal in Folge haben die ZEW-Konjunkturerwartungen ein Minus verzeichnet. Der Index lag in der September-Umfrage bei 26,5 Punkten nach 40,4 Punkten im Vormonat. Die aktuelle Lage wird jedoch…

    mehr lesen: Konjunkturerwartungen gehen zurück

  • Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

    Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

    Die Auftragsbücher im Maschinen- und Anlagenbau haben sich wegen der guten Weltkonjunktur und einer schwachen Vorjahresbasis auch im Juli kräftig gefüllt.

    mehr lesen: Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

  • Ifo-Exporterwartungen sinken im August

    Ifo-Exporterwartungen sinken im August

    Die Ifo-Exporterwartungen sind im August gesunken. In einigen Branchen gingen die Erwartungen dabei deutlich zurück, in der Automobilindustrie zeigen sich die Unternehmen jedoch optimistischer.

    mehr lesen: Ifo-Exporterwartungen sinken im August

  • Fortschritt bei künstlicher Intelligenz

    Fortschritt bei künstlicher Intelligenz

    Laut aktuellem KI-Monitor von BVDW und IW Köln kommt das Thema Künstliche Intelligenz in Deutschland voran. Die Wirtschaft ist dabei der größte Treiber — alle Betrachtungsindikatoren haben sich in diesem…

    mehr lesen: Fortschritt bei künstlicher Intelligenz

  • Digital Twins helfen bei Neuorganisation

    Digital Twins helfen bei Neuorganisation

    Industrieunternehmen organisieren sich neu, so eine Sopra Steria-Studie. Und das betrifft nicht nur interne, sondern auch externe Abläufe. Dabei spielt auch der Einsatz des digitalen Zwillings eine Rolle.

    mehr lesen: Digital Twins helfen bei Neuorganisation

  • Dibac wird Teil der GUS Group

    Dibac wird Teil der GUS Group

    Mit Dibac hat die GUS Group zum 1. August einen auf Farben- und Lacke-Industrie spezialisierten ERP-Anbieter übernommen.

    mehr lesen: Dibac wird Teil der GUS Group

  • Industrie 4.0-Kompetenzen in der Weiterbildung

    Industrie 4.0-Kompetenzen in der Weiterbildung

    Sozialpartner aus der Metall- und Elektroindustrie setzen neue Standards für die Weiterbildung der Mitarbeiter. Diese betreffen insgesamt sieben Handlungsfelder.

    mehr lesen: Industrie 4.0-Kompetenzen in der Weiterbildung

  • Mercedes ernennt Chief Software Officer

    Mercedes ernennt Chief Software Officer

    Mit MB.OS soll bei Mercedes ein eigenes Fahrzeug-Betriebssystem entstehen. Dessen Entwicklung verantwortet zukünftig Magnus Östberg, der die neu geschaffene Position des Chief Software Officers übernimmt.

    mehr lesen: Mercedes ernennt Chief Software Officer