Ein Ziel der Industrie 4.0 besteht darin, eine grundlegende Verbindung zwischen der Welt der Informationstechnologie (IT) und der operativen Technologie (OT) herzustellen. Eine bedeutende Komponente dieser Verbindung sind Edge Devices.
Edge Devices: Grundlage für Interoperabilität
Mit Hilfe von Edge Devices werden eine Interoperabilität und Kommunikation zwischen sämtlichen Maschinen und der IT-Infrastruktur des Unternehmens ermöglicht. Dies bildet die Grundlage für:
ein umfangreiches Monitoring der Maschinenparameter
Prozessautomatisierung
Erhöhung der Maschinenlaufzeiten
Im Wesentlichen fungiert ein Edge-Management-System, kurz EMS, als Administrationslösung. LNI4.0 und Arvato Systems haben auf der Messe SPS – smart production solutions im Jahr 2023 erstmals einen Ansatz gezeigt, der die Funktionalität eines EMS mit dem Datenstandard der digitalen Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, kurz AAS) verbindet und somit ein herstellerbergreifendes Edge Management möglich macht.
Aus der notwendigen Interoperabilität ergeben sich zukünftig zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Dazu gehören unter anderem:
das Hinzufügen neuer Maschinen und Geräte
die herstellerübergreifende Steuerung und systemseitige Wartung der Maschinen und Geräte
die Auswertung von Daten gesamter Produktionsprozesse in einem System
Herausforderungen
Die wesentliche Herausforderung liegt vornehmlich in der proprietären Gestaltung von Edge-Management-Systemen. Das bedeutet, dass jedes EMS des jeweiligen Herstellers speziell für die Kompatibilität mit dem Edge-Gerät des Herstellers entwickelt wird. Das hat wiederum zur Folge, dass Edge Devices unterschiedlicher Hersteller nicht in der Lage sind, miteinander zu kommunizieren. Zudem führt dies auch zu einer Fragmentierung auf operativer Ebene innerhalb eines Unternehmens.
Das bedeutet: Maschinen unterschiedlicher Hersteller müssen im Kontext von Wartungen, System-Updates und Datenaustausch zum überliegenden System, über ihre vordefinierten und isolierten Kommunikationsmöglichkeiten angesprochen werden. Eine fehlende Kommunikation zwischen den verschiedenen Systemen fördert so die Bildung von Datensilos. Um diesem Problem entgegenzuwirken, bedarf es einer übergreifenden Lösung.
Ein Edge-Management-System muss als zentrale Instanz verstanden werden. Es ermöglicht die notwendige Interoperabilität und sorgt für das herstellerübergreifende Management sämtlicher Edge Devices in einem Industrieunternehmen. Um das zu erreichen, arbeiten verschiedene Hersteller von Edge-Lösungen im Rahmen des „LNI 4.0 Edge Management Testbeds“ zusammen.
LNI 4.0 Testbed „Edge Management“
Labs Network Industrie 4.0 ist ein vorwettbewerblicher Verein, der Produktionsunternehmen und Systemanbieter in Testzentren zusammenbringt. Sogenannte „Testbeds“ sind eine Möglichkeit dies zu erreichen. Dabei handelt es sich um wissenschaftliche Plattformen zur Erprobung dieser Ideen in vordefinierten Testumgebungen.
Das Ziel dieses expliziten Testbeds besteht darin, Anwendungsfälle für das Management von Edge- und Feld-Devices über ein Device Management System zu erproben und die Ergebnisse kleinen und mittleren Unternehmen für die Vernetzung ihrer Devices zuzuführen sowie Anstöße für die Standardisierung zu liefern.
Die beteiligten Partner erarbeiten und testen gemeinsam die möglichen Lösungen. Damit entwickeln sie innovativen Input für zukünftige Standards. Arvato Systems übernimmt als Technologiepartner die Entwicklung des EMS und anknüpfende IT-Dienstleistungen, wie zum Beispiel das Datenmanagement.
Veranschaulichung per Demonstrator
Im Rahmen der Zusammenarbeit innerhalb des Testbeds wurde der LNI-4.0-Edge-Management-Demonstrator entwickelt, der einen ersten prototypischen, industriellen Durchstich über Herstellergrenzen hinweg darstellt. Die Digitale Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, kurz AAS) ist dabei von wesentlicher Bedeutung. Die Maschinen werden mit Hilfe von IDTA-standardisierten AAS-Typenschildinformationen abgebildet (Asset Modellierung), um eine eindeutige Identifizierung und Verwaltung von Maschinen und Edge-Geräten zu ermöglichen.
Zu den Meilensteinen des Demonstrators zählen die erfolgreiche Verwaltung von Edge Devices unterschiedlicher Hersteller. Außerdem ist es möglich, zahlreiche Informationen, wie die „Gesundheitsinformationen“, verschiedener Edge Devices über eine einheitliche Benutzeroberfläche (UI) darzustellen. Zusammengefasst verdeutlicht der Demonstrator, dass ein herstellerübergreifendes Management von Edge-Geräten möglich ist und für die Industrie 4.0 großes, noch unerschlossenes Potenzial bereithält.
Ausblick
Mit der stetig wachsenden Internet of Things und Edge-Computing-Landschaft geht ein vielversprechender Nutzenzuwachs für Produktionsunternehmen einher. Ein interoperables Edge-Management-System ermöglicht es, heterogene Edge-Ressourcen in jeglicher Hinsicht effizient zu managen, sie flexibel anzupassen und gegebenenfalls zu optimieren, um den sich ständig ändernden Anforderungen gerecht zu werden.
Eine wirksame und echte Interoperabilität durch eine neutrale Schnittstelle für die Verwaltung der verschiedenen neuartigen und nachgerüsteten Edge Devices ist Grund genug, das Projekt weiterzuentwickeln, in die Erprobung zu überführen und so die Innovationskraft in der Gesamtheit zu fördern.
