Cloud für industrielle Anwendungen So einfach geht IIoT für jedermann

Mit dem Fortschreiten des Industrial Internet of Things (IIoT) stellen sich immer weniger potenzielle Anwender die Frage nach dem „Warum“ von Cloud-Lösungen. Viele sind von den Vorteilen für ihren konkreten Anwendungsfall überzeugt, sei es bei den Geräteherstellern und Maschinenbauern oder beim Anlagenbetrieb in der Fertigungsindustrie. Jetzt stellt sich vielmehr die Frage nach dem „Wie“? Wie bringt man sensible Daten sicher in die Cloud? Was muss man beachten, welche typischen Fehler kann man machen? Der Anwenderwunsch ist oft eine Out-of-the-Box-Lösung, die ihm aufwendige Entwicklungsarbeit jenseits der eigenen Kernkompetenzen abnimmt.

Mittlerweile gibt es zahlreiche namhafte Cloud-Anbieter und häufig ist schon eine grundsätzliche Entscheidung getroffen, welchen Anbieter ein Unternehmen generell nutzt. Diese Vorgabe gilt dann auch für die Fertigungsebene. Manche Unternehmen dagegen entscheiden sich bewusst, Daten nicht in einer externen Cloud abzulegen, sondern setzen auf eine lokale On-Premises-Lösung, weil sie zum Beispiel kritische Daten nicht in die Hände Dritter geben wollen.

Egal wie die Lösung aussieht: Daten müssen von den Punkten, wo sie entstehen, gesammelt und sicher in die Cloud gebracht werden. Es wird nicht nur ein Edge-Gateway benötigt, das die Brücke zwischen industriellem Netzwerk und der Cloud schlägt. Gleichermaßen muss dieses Gateway – wie auch immer gestaltet – intelligent genug sein, um die sichere Datenübertragung zu gewährleisten. Die Experten für industrielle Kommunikation von HMS haben für die verschiedenen Ansätze jeweils eine passende Lösung, die sich mit minimalem Aufwand an die individuellen Bedürfnisse anpassen und integrieren lässt: sei es im selbst entwickelten Gerät, in der ausgelieferten Maschine oder in einer Fertigungslinie.

Die Cloud im eigenen Haus

Gerade wer neu in die Thematik einsteigt, entscheidet sich oft bewusst für die Cloud im eigenen Haus oder weil man sensible Daten nicht auf Servern Dritter ablegen möchte. Solche On-Premises-Konzepte bieten die Kommunikationsexperten mit der Anybus-Edge-Lösung. Sie besteht aus drei Komponenten: Dem Edge-Gateway, dem Edge-Broker und dem Edge-Portal.

An dieser Dreiteilung wird der generelle Aufbau von Cloud-Lösungen verständlich: Das Edge-Gateway ist die vor Ort installierte Hardware, die auf Fabrikebene eine Verbindung zu den dort vorhandenen industriellen Netzwerken herstellt. Zudem werden hier aber auch Daten aus der Fabrik vorverarbeitet, analysiert, sinnvoll zusammengefasst und für eine intelligente und sichere Übermittlung an die Cloud vorbereitet. Um den Datenfluss so gering wie möglich zu halten, werden Daten ereignisgesteuert übertragen. Das Gateway kann zur Anpassung an Anwendungsanforderungen einfach parametriert werden und stellt selbstständig eine sichere Verbindung zum Edge-Broker her, um die vorher definierten Daten zu übertragen. Der Anschluss an die Cloud lässt sich sowohl über Ethernet, WLAN oder Mobilfunk realisieren. Das Gateway wird in einer Vielzahl verschiedener Varianten angeboten und kann so für nahezu jeden Anwendungsfall die passende Lösung sein.

Das Herz des Systems ist der Edge-Broker, der zwischen Fabrik und Cloud die sichere Datenübermittlung herstellt. Dazu ist die Datenkommunikation komplett mit dem auch bei Banken üblicherweise benutzten Standard TLS 1.2 Ende-zu-Ende-verschlüsselt. Datenintegrität und Vertraulichkeit sind so sichergestellt. Das eingesetzte und speziell auf die IIoT-Anforderungen entwickelte Protokoll arbeitet bidirektional und ereignisgesteuert. Es überzeugt durch seine geringe Latenzzeit und ist auch bei einer großen Anzahl von verbundenen Geräten performant. Wer nicht zu einer Lösung „Out of the Box“ greift, muss sich gerade im Bereich der sicheren Datenverbindung viel Wissen aneignen und stets auf dem neuesten Stand der Technik bleiben, um eine sichere Kommunikation realisieren zu können.

Volle Skalierbarkeit ist gegeben

Das Edge-Portal schließlich entspricht der Cloud. Hier werden alle Daten des Systems verwaltet und dargestellt: Dashboards geben einen Überblick über die Live-Prozessdaten einer Anlage oder Maschine. Trendgrafen zeigen kontinuierliche Änderungen in Anlagen- oder Maschinenteilen oder können Aufschluss über Verschleiß in einzelnen Komponenten geben. Ein Alarmmanagement per E-Mail oder SMS ist möglich. Aber auch eigene Applikationen können erstellt werden. Der Anschluss an Third-Party-Clouds oder Datenbanken beispielsweise für die Abrechnung lässt sich ebenfalls realisieren. Und der Clou: Möchte der Anwender aufgrund steigender Anforderungen von der lokalen Cloud auf die „echte“ Cloud-Lösung in einem externen Rechenzentrum umsteigen, ist dies möglich – die volle Skalierbarkeit ist somit gegeben.

Viele Gerätehersteller müssen heute eine Cloud-Anbindung schon direkt ins Gerät integrieren. Zu ihrer Kernkompetenz gehört aber die Geräteentwicklung und nicht die sichere Datenkommunikation zur Cloud. IPC@CHIP reduziert wesentliche Entwicklungsarbeit hierfür. Das Embedded-System ist auch Kern des Anybus-Edge-Gateways und funktioniert prinzipiell wie bereits beschrieben. Der Gerätehersteller muss den kompakten Chip lediglich via Schnittstelle im Hardwaredesign einplanen. Dann werden entsprechend der Anwendung die Verbindung zur Cloud und die zu übertragenden Daten konfiguriert. Anschließend übernimmt der Chip alle Aufgaben für den Verbindungsaufbau und die sichere Übertragung.

Alle Steuerungen an Mindsphere anbinden

Bei vielen industriellen Anwendungen ist Mindsphere von Siemens als Cloud-Lösung im Einsatz. Für die Verwaltung und den Zugriff stehen dem Anwender zahlreiche Apps zur Verfügung. Aber auch hier stellt sich die Frage, wie Daten aus der Fabrik sicher und einfach in die Cloud übertragen werden. Das IIoT-Gateway eWON Flexy 205 macht das äußerst einfach. Per Konfiguration werden Zugangsdaten für den Login zum Mindsphere-Server hinterlegt und definiert, welche Daten in die Cloud übertragen werden sollen. Alles weitere – also die sichere Datenverbindung und -übertragung – übernimmt das IIoT-Gateway.

Vergleichsweise hoch ist die Anzahl an Daten, nämlich 1.500 Tags, die sich mit dem Gateway übermitteln lassen. Damit ist es für komplexe Anwendungen bestens geeignet und kann zum Beispiel auch im Rahmen von Modernisierungen älterer Anlagen (Retrofit) sehr gute Dienste leisten. Auf Seite der Fertigungsebene lässt es sich flexibel an verschiedenste Kommunikationsbusse und Steuerungen unterschiedlichster Hersteller anbinden. Die OPC-UA-Zertifizierung stellt die Kompatibilität und ein reibungsloses Zusammenspiel mit anderen Komponenten sicher. Das Charmante an der Flexy-205-Lösung ist, dass damit alle Tools und Apps, die es für Mindsphere gibt, mit äußerst geringem Aufwand genutzt werden können.

Während alle vorgestellten Ansätze, also das IIoT-Gateway eWON Flexy 205 und die Anybus-Edge-Lösung, zur Datenübertragung in die Cloud genutzt werden können, bietet das Flexy 205 zusätzlich auch die Möglichkeit des Fernzugriffs auf Anlagen, Maschinen oder Steuerungen: zum Beispiel für Inbetriebnahme, Fernwartung, vorbeugende Instandhaltung und vieles mehr. Dadurch ergeben sich auch Chancen für völlig neue Geschäftsmodelle.

Daten sinnvoll nutzen

Ebenfalls allen Lösungen gemeinsam ist, dass Daten gesammelt und zur Auswertung visualisiert werden. Dabei stellen sich stets die Fragen: Welche Daten sind relevant, welche nicht? Was gilt es zu vergleichen, wo muss man genau hinschauen? Welche sind nicht weiter beachtenswert? Nicht immer ist das leicht zu entscheiden.

Mit dem Solutions-Partner-Programm bietet HMS auch hier Unterstützung. Die HMS-Partner stellen Softwaretools für die Datenauswertung bereit. Sei es, um die Produktivität einer Anlage zu verbessern, die Qualität der hergestellten Produkte zu optimieren oder neue Möglichkeiten zur (vorbeugenden) Instandhaltung zu realisieren.