Ein netFIELD Compact ist auf einer Hutschiene montiert und an ein Ethernet-Netzwerk angeschlossen.
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    Blog: Die IoT-Infrastruktur automatisieren

    Zunehmend stehen Unternehmen heute unter Wettbewerbsdruck. Maschinenbauer und Anlagenbetreiber müssen daher das Potenzial von Daten besser ausschöpfen. „Es geht darum, Daten zu nutzen, um mehr Transparenz und eine Produktivitätssteigerung zu erreichen“, bestätigt Dr. M. Meyer. „Daten können zum Beispiel dazu genutzt werden, um weniger Energie und Material zu verbrauchen sowie weniger Ausschuss zu produzieren.“ Darüber können laut dem Hilscher-Manager mit den richtigen Daten im Rahmen von IIoT und Industrie 4.0 maschinenbezogene Services oder sogar neue Geschäftsmodelle angeboten werden. Anlagen produzieren mehr Daten, als derzeit durch viele Unternehmen genutzt werden. Daher gibt es ein großes Reservoir an Daten, auf das man zurückgreifen kann. „Zuerst muss man allerdings an die Daten herankommen“, stellt Dr. M. Meyer heraus. „Es ist durchaus komplex, solche Lösungen von Null an zu entwickeln, um Daten bei kurzen Zykluszeiten abzugreifen, ohne dabei eine nennenswerte Last auf den Netzwerken zu erzeugen.“

    Wenn die Daten gesammelt werden können, dann beginnt die Phase der Lösungsentwicklung. Es werden Anwendungen entwickelt, um aus den Erkenntnissen Nutzen zu ziehen. Dies bleibt laut dem IoT-Experten am besten in der Hand der Anwender: Die Maschinenbauer und Anlagenbetreiber wissen am besten, welche Lösung wirklich zu Nutzen führt.“

    Datenvorverarbeitung an der Edge

    Dabei muss die Skalierung beim Roll-out von IIoT-Projekten beachtet werden: „Keinesfalls ergibt es Sinn, alle Rohdaten über das Internet zu schicken“, bekräftigt der Hilscher-Manager. Erforderlich sei vielmehr eine Datenvorverarbeitung an der Maschine an der Edge: „Hier werden die Daten aggregiert, um dann nur Erkenntnisse zu übertragen.“ Für Dr. M. Meyer gilt: „Nicht alle Daten gelangen zur Software, sondern die Software kommt zu den Daten. „Wir haben heute einen anderen Update-Zyklus“, erläutert Dr. M. Meyer. Alle paar Wochen gibt es Software-Updates für funktionale Erweiterungen, zur Fehlerbehebung oder zur Verbesserung der Cyber-Sicherheit.

    Auch werden Konfigurationsänderungen über Software-Updates vollzogen. „Kunden können sich zu einem späteren Zeitpunkt dazu entschließen, Services zu nutzen und diese aus der Ferne freizuschalten“, ergänzt der Hilscher-Experte. Es ist heute seiner Ansicht nach unrealistisch, dass Techniker zur Maschine fahren, wenn die Kunden weltweit verteilt sind: „Die Maschinen müssen aus der Ferne überwacht und am Laufen gehalten werden.“

    Datenanalyse vom Anwender

    „Die Datenanalyse entwickeln die Maschinenbauer und Anlagenbetreiber selbst“, betont der Experte. Sie kennen ihre Prozesse deutlich besser.“ Mit der Auswertung der Maschinendaten lässt sich seiner Ansicht nach das Meiste herausholen, um die Maschinen und Anlagen zu optimieren.

    Im Gegensatz dazu ist der Aufbau der IoT-Infrastruktur auch bei unterschiedlichen Unternehmen und Anwendungen sehr ähnlich, um gleich an die Maschinen- und Prozessdaten heranzukommen. „Hier kann auf Standardprodukte zurückgegriffen werden“, schließt er an. „Diese Funktionalitäten sollen mit geringem Aufwand laufen. Das Abgreifen der Daten kann weitgehend automatisiert werden.“ Mit der Werkzeugkiste von Hilscher werden die Maschinen- und Anlagendaten über MQTT als Datenbroker bereitgestellt.

    A structural graphic of the different components of Hilscher's netFIELD solution.

      Damit wäre die Arbeitsteilung klar: Die standardisierte IoT-Infrastruktur stellt die Daten zur Verfügung; der Anwender nutzt diese zur Optimierung. Hilscher bietet hierfür die bewährte und aufeinander abgestimmte IoT-Infrastruktur bestehend aus netFIELD-Software wie ein Container-basiertes Betriebssystem, einer Edge-Management-Plattform und Gateways an. Aus einer Hand gibt es damit ein IoT-Produktportfolio zur Realisierung von modernen Industrie4.0Lösungen. Mit der IoT-Infrastruktur basierend auf netFIELD lassen sich IoT-Projekte schnell umsetzen. „Anwender können sich damit Überraschungen sparen“, fügt er an. „Gerade im Zusammenhang mit dem Edge-Management läuft das optimal. Der Anwender verfügt über eine schlüsselfertige Lösung.“ Dabei können die Anwender auf die Expertise von Hilscher für die industrielle Kommunikation bauen.

      Diese Expertise hilft, die Daten schnell und zielgerichtet nutzbar zu machen. Mit netFIELD bleiben Anwender auf die Entwicklung von IoT-Software, Datenintelligenz und neuen Geschäftsmodellen fokussiert. „Anwender können sich somit gleich auf die Datenanalyse konzentrieren“, so Dr. M. Meyer. Der Hilscher-Experte weist zusätzlich darauf hin, dass netFIELD offen für andere Kombinationen ist, d. h. es können auch Komponenten von Drittanbietern eingebunden werden.

      Auf Basis der mit netFIELD aggregierten IoT-Daten steigern Anwender die Effizienz ihrer Anlagen, erhöhen deren Sicherheit oder senken ihre Betriebs- und Wartungskosten. Die Automatisierung und die Professionalisierung der Digitalisierungsinfrastruktur umfasst auch die IT-Sicherheit. „Die Anforderungen an die Cyber-Sicherheit steigen“, so Dr. M. Meyer. „Diese ist nicht mehr freiwillig, sondern ein Muss.“ Seiner Meinung nach laufen Anwender in ein Risiko, wenn sie sich nicht mit der Datensicherheit beschäftigen.

       

      Edge-Management und Nutzdaten trennen

      Wichtig ist die Trennung des Managements der Edge-Gateways und den eigentlichen Nutzdaten. „Die Nutzdaten werden nicht über unsere eigene, sondern in die kundeneigenen Plattformen geleitet“, sagt Dr. M. Meyer. „Maschinenbauer und Anlagenbetreiber wollen die Kontrolle über ihre Daten behalten.“ Dazu können Cloudplattformen, wie AWS, Microsoft Azure, oder auch eigene Server zählen.

      „Bei Hilscher konzentrieren wir uns auf das Edge-Management, der zentralen Verwaltung der Edge-Gateways sowie der Software und der Applikationen, die darauf betrieben werden“, erklärt Dr. M. Meyer. „Damit können wir aus dem zentralen Management heraus remote Konfigurationen ändern und Software-Updates durchführen. Dies funktioniert auch im Sinne eines Flottenmanagements, bei dem Geräte mit bestimmten Eigenschaften einer bestimmten Gerätegruppe zugeordnet werden.“ Damit wird die Portfolioverwaltung der IoT-Infrastruktur inklusive Gateways und Apps gesichert.

      Das Geräte-Management ist ein zentraler Punkt für den Erfolg oder Misserfolg von Industrie-4.0-Projekten. Das Betriebssystem netFIELD OS ermöglicht dabei das lokale Gerätemanagement. Das Betriebssystem auf Yocto-Linux-Basis ist industriegehärtet und erfüllt hohe Anforderungen an die Security. Das Remote-Gerätemanagement wird mit netFIELD.io realisiert. Die gesamte Administration für Container, Netzwerk, Bridges, Firewalls und zusätzliche Features ist aufgrund des überzeugenden UI leicht zu handhaben. „Auf der Container-Laufzeitumgebung implementiert der Nutzer seine eigenen anwendungsspezifischen Applikationen“, bestärkt der Hilscher-Experte. Diese dienen üblicherweise zur Auswertung, Vorverarbeitung oder Aggregation von Maschinendaten. „Wir sind völlig frei, welche containerisierten Applikationen unsere Kunden auf der Hardware laufen lassen wollen.“

      A browser icon with zeros and ones in red placed left and right. In each corner of the picture a different icon of machines can be seen. From each machine goes an arrow to the browser windows in the middle.
      Hilscher – empowering communication

      Die Maschinenhersteller und Anlagenbetreiber führen ihre eigene Datenanalyse durch. Sie kennen ihre eigenen Prozesse besser als jeder andere. Indem sie ihre eigenen Maschinendaten analysieren, holen sie das Beste aus ihren Daten heraus, um ihre Maschinen und Fertigungsanlagen zu optimieren. Die Rollen sind also klar verteilt: Die IoT-Infrastruktur stellt die Daten zur Verfügung, und der Kunde nutzt sie zur Optimierung seiner Prozesse.

      Dr. Marek Meyer, Product Manager Industrial IoT bei Hilscher

      A man in a black suit stands beneath a robot arm. He is indoors in a bright environment with large windows. He is wearing glasses.

      MQTT und OPC UA zur Datenübertragung

      Für die Datenübertragung etablieren sich Standards, insbesondere MQTT mit der Publish-Subscribe-Architektur, die von fast allen Plattformen unterstützt wird. „Wir erachten das Übertragungsprotokoll als sehr nützlich“, unterstreicht Dr. M. Meyer. „Daher werden bei Hilscher die Edge-Geräte mit MQTT-Broker ausgerüstet.“ Weiterhin basiert die Kommunikationsebene zwischen Edge-Komponenten und den Maschinen noch auf OPC UA. „Auch hier haben wir die entsprechenden Konnektoren“, führt er weiter aus.

      Die Open Industry 4.0 Alliance, deren Gründungsmitglied Hilscher ist, hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Standards weiter voranzutreiben, vor allem die Daten- und Payload-Strukturen. „Damit sollen Software und Geräte unterschiedlicher Hersteller kompatibel Daten austauschen können“, berichtet der Hilscher-Manager. Dabei verweist die OI4 auch auf die verschiedenen Companion Specs für OPC UA: Die OI4 Alliance entwickelt einen gemeinsamen App-Store, in welchen unterschiedliche Anbieter ihre Applikationen einstellen. Dies wird eine Mischung aus Open-Source- und lizenzbasierter Software. „Aus unserem Hause arbeiten einige Kollegen intensiv in der OI4 mit“, bestätigt Dr. M. Meyer.

      „Um an die Prozessdaten in der Feldebene heranzukommen, reicht entweder Standard-Ethernet oder es muss mit dem Automatisierungsprotokoll interagiert werden“, führt Dr. M. Meyer weiter aus. Für den Zugriff auf Echtzeit-Ethernet-Protokolle bietet Hilscher mit dem netX-Multiprotokollprozessor eine Kernkomponente, die auch in die Edge-Gateways des Unternehmens verbaut ist. „Damit kann rückwirkungsfrei auf Automatisierungsdaten zugegriffen werden“, hebt er hervor. Mit weiteren Software-Konnektoren, wie den PROFINET und EtherCAT Tap Apps von Hilscher, können Anwender zudem Prozessdaten rückwirkungsfrei aus einem Netzwerk ausleiten und nutzbar machen, ohne Änderungen an SPS oder Maschinen vornehmen zu müssen. Mit Produkten und Lösungen von Hilscher können automatisiert, schnell und sicher IoT-Infrastrukturen aufgebaut werden. Damit wird Industrie 4.0 in die Praxis umgesetzt und es entstehen neue Möglichkeiten an Konnektivität, welche Kunden den Zugang zu neuen Märkten und Geschäftsmodellen eröffnen.

       

      The OPC UA logo on top and MQTT logo on the bottom. The two protocol logos are divided by a horizontal colorful stripe in the middle of the picture.
      Weiterführende Links
      Ein netPI-Edge-Gateway von Hilscher im Einsatz.
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      Dieser Artikel ist zuerst beim Digital Factory Journal erschienen. Der Autor ist Ronald Heinze.