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.



  • Digitales Tool für sichere Cobots

    Digitales Tool für sichere Cobots

    Roboter und Menschen rücken in der Fertigung immer näher zusammen. Um dabei auch die Sicherheit zu gewährleisten, wurde im Forschungsprojekt COVR ein Toolkit entwickelt, das Unternehmen bei der sicheren Installation…

    mehr lesen: Digitales Tool für sichere Cobots

  • Cobotracks erhält Techman-Zertifizierung

    Cobotracks erhält Techman-Zertifizierung

    Cobotracks entwickelt und vertreibt 7-Achs-Lösungen für Cobots. Das belgische Unternehmen wurde nun von Techman zertifiziert.

    mehr lesen: Cobotracks erhält Techman-Zertifizierung

  • Anwendungsszenarien für den RPA-Einsatz

    Anwendungsszenarien für den RPA-Einsatz

    Robotic Process Automation kann manuelle Prozesse im Unternehmen beschleunigen. Doch wo genau setzt man die Technologie am besten ein? Hai Le, CEO von FPT Deutschland, gibt einen Überblick.

    mehr lesen: Anwendungsszenarien für den RPA-Einsatz

  • Erste Details zur Fusion von Procad und Keytech

    Erste Details zur Fusion von Procad und Keytech

    Procad-Geschäftsführer Gerhard Knoch erstmals mit Details zur Fusion der PLM-Softwareanbieter Procad und Keytech. Die Lösungen beider Firmen sollen weiter wie angekündigt gepflegt und aktualisiert werden, mit der Zeit aber zusammenwachsen.

    mehr lesen: Erste Details zur Fusion von Procad und Keytech

  • IAB-Arbeitsmarktbarometer steigt im Mai

    IAB-Arbeitsmarktbarometer steigt im Mai

    Gegenüber April hat das IAB-Arbeitsmarktbarometer um 2 Punkte zugelegt und erreicht so den höchsten Stand seit März 2018.

    mehr lesen: IAB-Arbeitsmarktbarometer steigt im Mai

  • Gaia-X-Testbed in Kaiserslautern

    Gaia-X-Testbed in Kaiserslautern

    Die SmartFactory-KL, das DFKI und die TU-Kaiserslautern bauen ein Gaia-X-Testbed auf. Dabei soll ein gemeinsamer Datenraum für eine verteilte Produktion entstehen.

    mehr lesen: Gaia-X-Testbed in Kaiserslautern

  • Weltweite Investitionen in die Roboterforschung

    Weltweite Investitionen in die Roboterforschung

    Asien, Europa und Amerika passen mit der allmählichen Öffnung der Wirtschaft nach der Pandemie ihre Förderprogramme für die Robotikforschung an. Was aber sind die Ziele der offiziell betriebenen Regierungsprogramme heute?…

    mehr lesen: Weltweite Investitionen in die Roboterforschung

  • Wibu-Systems bezieht neuen Firmensitz

    Wibu-Systems bezieht neuen Firmensitz

    Wibu-Systems bezieht einen neuen Firmensitz in Karlsruhe. Zusammen mit dem Architekturbüro Archis Architekten + Ingenieure, IBA Immobilien, MDBM und Wolff+Müller wurde der Unternehmenscampus entwickelt und umgesetzt.

    mehr lesen: Wibu-Systems bezieht neuen Firmensitz

  • Ifo-Geschäftsklimaindex steigt im Mai

    Ifo-Geschäftsklimaindex steigt im Mai

    Der Ifo-Geschäftsklimaindex steigt im Mai auf 99,2 Punkte und erzielt damit den höchsten Wert seit Mai 2019. Demnach verbesserte sich die Stimmung in allen Sektoren.

    mehr lesen: Ifo-Geschäftsklimaindex steigt im Mai

  • 20Mio.€ für die 5G-Föderung

    20Mio.€ für die 5G-Föderung

    Frankreich und Deutschland wollen 5G-Anwendungen fördern und haben einen Förderaufruf gestartet. Konsortien können bis zum 1.September Förderanträge einreichen.

    mehr lesen: 20Mio.€ für die 5G-Föderung

  • ProAlpha übernimmt CP

    ProAlpha übernimmt CP

    ProAlpha erweitert sein ERP-Portfolio um die Lösungen von CP Corporate Planning. Das Hamburger Unternehmen wird somit Teil der ProAlpha-Gruppe.

    mehr lesen: ProAlpha übernimmt CP

  • Einführung & Migration zu SAP S/4Hana

    Einführung & Migration zu SAP S/4Hana

    Am 29. und 30. Juni widmet sich die Online-Veranstaltung ‚Einführung & Migration zu SAP S/4Hana‘ den Möglichkeiten der SAP-Software-Suite.

    mehr lesen: Einführung & Migration zu SAP S/4Hana