Vom Pilotprojekt zur skalierten Edge-Infrastruktur

430344 Bild 2 2
Unterschiedliche Datenquellen laufen über ein Edge-Gerät Hub-CX400 zusammen und werden über standardisierte Schnittstellen an Visualisierung, Auswertung und übergeordnete Systeme weitergegeben. – Bild: In.Hub GmbH

Viele Digitalisierungsprojekte in der Produktion beginnen im kleinen Rahmen. Zunächst wird eine einzelne Maschine angebunden, ausgewählte Datenpunkte werden erfasst und in einem Dashboard dargestellt. Eine solche Testinstallation zeigt schnell, ob sich Energieverbräuche, Maschinenzustände oder Stillstände besser auswerten lassen. Pilotprojekte erfüllen damit eine wichtige Aufgabe: Sie beweisen, dass ein Anwendungsfall technisch funktioniert. Ob sich dasselbe System wirtschaftlich und organisatorisch auf viele Maschinen übertragen lässt, ist damit noch nicht beantwortet. Was während der Erprobungsphase überschaubar bleibt, wird beim Roll-Out schnell komplex.

Aufgaben kommen hinzu

Mit wachsender Zahl der angebundenen Maschinen verändern sich die Anforderungen. Edge-Geräte müssen reproduzierbar in Betrieb genommen, Konfigurationen dokumentiert und Softwarestände gepflegt werden. Gleichzeitig braucht es klare Regeln für Benutzerrechte, Updates, Datensicherheit und den laufenden Betrieb. Ein System skaliert erst, wenn sich weitere Maschinen nach einem wiederholbaren Verfahren anbinden und betreiben lassen. Gerade in gewachsenen Produktionsumgebungen treffen unterschiedliche Maschinengenerationen, Steuerungen, Sensoren und Kommunikationsprotokolle aufeinander. Eine Anlage liefert Daten über OPC UA, eine andere über Modbus TCP, eine dritte nur über digitale Signale. Hinzu kommen unterschiedliche Variablennamen, Einheiten und Datenformate. In einer ersten Testinstallation lassen sich solche Unterschiede noch individuell lösen. Beim Roll-Out führen sie jedoch schnell zu Sonderlösungen, mehrfacher Pflege und Abhängigkeiten vom Wissen einzelner Personen. Skalierbarkeit verlangt daher keine identischen Maschinen, sondern einheitliche Regeln für Anbindung, Konfiguration und Verwaltung.

Standards statt Einzelsysteme

Für einen Maschinentyp kann ein Template festlegen, welche Datenquellen angebunden werden, wie Messwerte bezeichnet werden, welche Berechnungen lokal erfolgen und an welche Zielsysteme die Informationen gehen. Bei der Inbetriebnahme werden nur noch Parameter wie IP-Adresse, Maschinenkennzeichen oder Standort ergänzt. Das verkürzt die Installation und reduziert Abweichungen zwischen den Anlagen. Aus einer individuellen Konfiguration wird ein reproduzierbarer Prozess. Auch das Datenmodell muss diesem Prinzip folgen. Ein Maschinenzustand kann an der Quelle als Zahl, Text oder digitales Signal vorliegen. Für übergeordnete Anwendungen sollte er dennoch einheitlich als ‚produktiv‘, ‚bereit‘, ‚Stillstand‘ oder ‚Störung‘ interpretierbar sein. Dasselbe gilt für Stückzahlen, Energieverbräuche, Auftragsinformationen und Zeitstempel. Die Datenquelle bleibt maschinenspezifisch, die bereitgestellte Information folgt einer gemeinsamen Struktur. Erst dadurch lassen sich Kennzahlen über Maschinen, Linien oder Standorte hinweg vergleichen. Ohne einheitliches Datenmodell entstehen viele Dashboards, aber keine durchgängige Datengrundlage.

Edge wird Teil der Produktions-IT

Während der ersten Erprobungsphase gilt ein Edge-Gerät häufig als lokales Hilfsmittel. Im Roll-Out wird es jedoch zum dauerhaft betriebenen Bestandteil der IT- und OT-Infrastruktur. Jedes Gerät benötigt daher eine eindeutige Identität, dokumentierte Software- und Konfigurationsstände, geregelte Zugriffsrechte sowie kontrollierte Kommunikationswege. Updates können bei einer größeren Edge-Flotte nicht dauerhaft manuell verteilt werden. Gleichzeitig dürfen sie nicht ungeprüft auf allen produktiven Systemen landen. Nötig sind Freigabeprozesse, Testgruppen und ein Rückweg auf den vorherigen Stand, der auch dann trägt, wenn ein Update fehlschlägt. Technisch lässt sich das absichern, indem ein Gerät zwei vollständige Systemabbilder vorhält. Das Update wird in den gerade inaktiven Bereich geschrieben, erst danach schaltet das Gerät um. Startet der neue Stand nicht sauber, fällt es automatisch auf den vorherigen zurück. Die Edge-Plattform Siineos von In.Hub arbeitet nach diesem Prinzip. Je mehr Komponenten im Einsatz sind, desto wichtiger wird eine zentrale Übersicht. Sie zeigt, welche Geräte erreichbar sind, welche Anwendungen laufen und ob Konfigurationen noch dem festgelegten Standard entsprechen. Eine Managementebene führt Geräte, Softwarestände, Benutzerrechte, Verbindungen und Fehlermeldungen zusammen. Dazu ergänzt Hub-CX400 die Siineos-Plattform um eine zentrale Ebene, über die Geräte, Anwendungen und Datenbestände zusammengeführt und verwaltet werden können.

430344 Bild 3
Topologie verschiedenster Sensoren, Aktoren an In.Hub-Modulen, führend zum übergeordneten Hub-CX400 – Bild: In.Hub GmbH

Brownfield bleibt heterogen

Besonders anspruchsvoll ist die Skalierung im Brownfield. Dort unterscheiden sich Maschinen in Baujahr, Steuerungstechnik, Schnittstellen und Dokumentationsstand. Ein Roll-Out muss deshalb mehrere Wege der Datenerfassung zulassen. Moderne Maschinen können über standardisierte Protokolle angebunden werden. Bei älteren Anlagen sind zusätzliche Sensoren, digitale Signale, Zählerimpulse oder Messgeräte erforderlich. Das Hub-SE100 von In.Hub wird dafür zwischen Sensor und Steuerung geschleift: Das Signal läuft unverändert zur Steuerung weiter und wird dabei zusätzlich erfasst. Alternativ arbeitet das Modul als autarker Sensorknoten oder bindet Impuls- und Zählersignale an. Für Energie- und Mediendaten steht das Edge-Modul Hub-EN200 zur Verfügung. Ob überall dasselbe Gerät steckt, spielt dabei eine geringere Rolle. Wichtiger ist, dass unterschiedliche Erfassungswege in einer gemeinsamen Datenstruktur zusammenlaufen und nach denselben Regeln betrieben werden.

Modularität statt Inselsysteme

Bei einer ersten Umsetzung werden Datenerfassung, Verarbeitung, Visualisierung und Analyse häufig eng miteinander verbunden. Für den Roll-Out ist eine modulare Architektur sinnvoller. Die physische Erfassung sollte von der späteren Nutzung getrennt werden, damit dieselben Daten für mehrere Anwendungen zur Verfügung stehen. Maschinenzustände und Stückzahlen können so für OEE-Auswertungen, Stillstandsanalysen und Produktionsberichte genutzt werden. Energieinformationen lassen sich mit Zustandsdaten kombinieren und zugleich an ein Energiemanagementsystem oder eine SQL-Datenbank übergeben. SQLxConnect übernimmt innerhalb der Siineos-Umgebung die strukturierte Übergabe aufbereiteter Daten an bestehende SQL-Systeme, ohne dass für jede Maschine ein eigenes Schnittstellenprojekt entstehen muss. Für einen neuen Anwendungsfall muss so nicht automatisch eine neue Infrastruktur entstehen.

430344 Bild 1
Module im Schaltschrank – Bild: In.Hub GmbH

Skalierung braucht klare Verantwortung

Neben der Technik entscheidet die Organisation über den Erfolg. Produktion, Instandhaltung, Automatisierung und IT verfolgen unterschiedliche Anforderungen. Daher muss klar geregelt sein, wer Hardware und Betriebssystem verantwortet, Anwendungen freigibt, Konfigurationen pflegt, Zugriffe verwaltet und auf Störungen oder Sicherheitsmeldungen reagiert. Auch Cybersecurity muss Teil der Architektur sein. Jedes Gerät und jede Verbindung erweitert die Angriffsfläche. Notwendig sind begrenzte Kommunikationswege, sichere Authentifizierung, minimale Zugriffsrechte, nachvollziehbare Änderungen und ein geregelter Umgang mit Sicherheitsupdates. Wenn ab Dezember 2027 die Hauptpflichten des Cyber Resilience Act greifen, dürfen Produkte mit digitalen Elementen in der EU nur noch in Verkehr gebracht werden, wenn sie definierte Sicherheitsanforderungen erfüllen. Für ein Roll-Out-Projekt, das heute geplant wird, ist das kein fernes Datum. Edge-Geräte, die jetzt in die Produktion gehen, laufen dort typischerweise fünf bis zehn Jahre. Wie lange es für ein Gerät noch Sicherheitsupdates gibt und wie diese in den Betrieb kommen, gehört deshalb in die Auswahl und nicht in die spätere Betriebsphase. Wer im Pilot nur auf den Funktionsumfang schaut, entscheidet unbemerkt auch über die Wartbarkeit der nächsten Jahre.

Wirtschaftlichkeit durch Wiederholbarkeit

Der Nutzen einer Testinstallation zeigt sich etwa in geringerem Energieverbrauch, weniger Stillstand oder reduziertem manuellem Aufwand. Beim Roll-Out kommt die Wirtschaftlichkeit der Umsetzung hinzu. Ein Beispiel aus der Praxis: In einer Roboterzelle stieg die Gesamtanlageneffektivität nach der Anbindung von 82 auf 90 Prozent. Der Energieverbrauch der Zelle sank um 28 Prozent, das entspricht rund 3.000 Euro im Jahr. Die Umsetzung dauerte etwa neun Stunden. Für den Roll-Out sagt die Umsetzungszeit mehr aus als die Einsparung. Neun Stunden für eine Zelle sind vertretbar. Fallen dieselben neun Stunden bei jeder weiteren Maschine erneut an, sind es bei 40 Maschinen rund 360 Stunden Engineer-ing, bevor die erste standortweite Auswertung steht. Läuft die Anbindung dagegen über ein Template, bleibt pro Maschine nur die Inbetriebnahme mit wenigen Parametern. Somit ist ein erfolgreiches Pilotprojekt zwar ein wichtiger erster Schritt, der Weg zum skalierbaren System jedoch noch weit. Denn wie schnell die erste Maschine angebunden ist, sagt insgesamt recht wenig aus. Der Maßstab ist die zweite, die zehnte und die hundertste.



  • Hexagon und JSOL Corporation arbeiten zusammen

    Hexagon und JSOL Corporation arbeiten zusammen

    Virtuelles Prototyping Hexagon und JSOL Corporation arbeiten zusammen Im Rahmen einer strategischen Partnerschaft wollen Hexagon und die JSOL Corporation virtuelles Prototyping von Elektroantriebssträngen vorantreiben.

    mehr lesen: Hexagon und JSOL Corporation arbeiten zusammen

  • Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President

    Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President

    Neue Position in den Niederlanden Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President Das IT-Systemhaus Bechtle verändert die Führungsstruktur und beruft Marijke Kasius zur Vice President für die Bechtle-Unternehmen in den…

    mehr lesen: Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President

  • VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus

    VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus

    Nachwuchspreis ’Digitalisierung im Maschinenbau’ VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus 30 Absolventinnen und Absolventen von Deutschen Hochschulen waren für den Nachwuchspreis ’Digitalisierung im Maschinenbau’ nominiert. Vier von ihnen wurden nun für ihre…

    mehr lesen: VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus

  • Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck

    Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck

    Kommentar von Martin J. Krämer, KnowBe4 Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck Jüngste Ereignisse zeigen, dass Cyberkriminelle nicht nur über technisches Knowhow verfügen, sondern auch über ein grundlegendes…

    mehr lesen: Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck

  • Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen

    Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen

    Fachkräfte für die Industrie 4.0 Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen Was können sogenannte Lernfabriken 4.0 für die Weiterbildung von Fachkräften leisten? Sehr viel – wenn Lehrkonzepte und Rahmenbedingungen stimmen. Zu…

    mehr lesen: Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen

  • Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

    Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

    Blended Learning Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen Viele Unternehmen nutzen inzwischen die Digitaltechnik, um sogenannte Blended-Learning-Konzepte in ihrer Organisation zu realisieren – auch weil diese Lernform den Erwartungen der Angehörigen…

    mehr lesen: Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

  • Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

    Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

    Forschung- und Entwicklung Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert Der Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland hat im Jahr 2022 knapp 8,7Mrd.€ für Forschung und Entwicklung ausgegeben. Das war eine Steigerung von…

    mehr lesen: Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

  • Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

    Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

    CO2-Emissionen einlagern Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen Technologien zum Abtrennen und Speichern von CO2 (CCS) waren vor einigen Jahren für Kohlekraftwerke im Gespräch – stießen aber auf massiven…

    mehr lesen: Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

  • Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

    Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

    Zahlen des Ifo Instituts Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab Im Juni 2023 ist Stimmung der Automobilindustrie deutlich eingebrochen. Und nach Angaben des Ifo Instituts hat sich dieses Niveau bis…

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

  • Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

    Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

    Karl Wachtel übergibt Unternehmensführung Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer Karl Wachtel hat die Führung des PLM-Spezialisten XPLM übergeben. Seit November leitet Michael Pieper die Geschicke des Dresdner Unternehmens.

    mehr lesen: Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

  • Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

    Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

    Plus 74 Prozent in 10 Jahren Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz Etwas mehr als 4Mrd.€ hat die deutsche Industrie im Jahr 2021 im Bereich Klimaschutz investiert. Wie das Statistische Bundesamt…

    mehr lesen: Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

  • Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Die SPS in Nürnberg ist der Branchentreff für Automatisierer. Welche Trends dabei in diesem Jahr hervorstechen und was Besucher darüber hinaus erwarten können, berichtet Silke Schulz-Metzner, Vice President SPS beim…

    mehr lesen: Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten