Edge Computing in der Produktion?

Seit einigen Jahren verfolgt uns in der Produktion der Begriff der Edge. Was verbirgt sich eigentlich wirklich dahinter? Der Begriff der Edge kommt vor allem aus der Mobilfunktechnik. Dort erkannte man vor einiger Zeit, dass es mit den verfügbaren Datenraten nicht möglich ist, alle Funktionalitäten in zentralen Rechenzentren aufzubauen. Es muss also Rechentechnik am Rande des Netzwerks, in den Funkzellen, bereitgestellt werden.

Der Begriff wurde kritiklos in die Produktion übernommen. Hier finden wir jedoch eine vollständig unterschiedliche Architektur vor. Die Produktionssteuerung ist traditionell dezentral aufgebaut. Leistungsfähige Steuerungen erledigen die Ablaufsteuerung in Echtzeit und lokale Industrie-PCs stellen Datenbanken, Schnittstellen und Auswertefunktionen bereit.

Betrachtet man dies mit einem ehrlichen Blick, so haben wir in der Produktion schon immer Edge Computing betrieben. Neu sind neben dem Begriff jedoch vor allem zwei weitere Dinge: die zunehmende Verwendung offener und standardisierter Protokolle sowie die heutige Verfügbarkeit kleiner und kostengünstiger Rechner, den Edge Devices. Und noch etwas ist neu: die zunehmende vertikale Integration führt zu einer Annäherung von zentralen IT-Funktionen an die dezentrale Anlagensteuerung, da eine Produktion sich heute flexibel an die Bedarfe anpassen muss und dafür zeitnahe Produktionsdaten benötigt. Dies bedingt neue und vor allem standardisierte Schnittstellenprotokolle wie OPC UA.

Neue, PC-basierte Steuerungen bieten prinzipiell die Möglichkeit, quasi beliebige Software mit auf dem Rechner laufen zu lassen. Von der Hochsprachenprogrammierung in IEC61131 bis hin zu virtuellen Maschinen und der Hypervisor-Technik steht hier das Tor weit offen. In der Realität besitzen Steuerungen in Maschinen und Anlagen jedoch zumeist nicht die notwendige innere Softwarearchitektur, um Edge Computing im Sinne der dezentralen Vorverarbeitung nach IT-Standards auszuführen. Als Kopfsteuerung einer Automatisierungs-Applikation ist sie nicht mit der umgebenden IT vernetzt. Zudem soll sie aus Safety- und Verfügbarkeitsgründen soweit wie möglich autark, also von IT Prozessen abgekoppelt, sein.

Auch bedingt ein Upgrade einer bestehenden Anlage selbst um kleine Funktionen bereits einen Eingriff in die Steuerung. Häufig müsste sogar der Steuerrechner getauscht werden, nur um neue Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen.

An dieser Stelle können dedizierte Edge Devices für neue I4.0-Services sehr einfach für das Upgrade von laufenden Anlagen jeden Alters eingesetzt werden. Eine Aufrüstung um neue Funktionen ist damit ohne Eingriff in ein geprüftes und zertifiziertes System möglich. Somit können Edge Devices unter anderem als eine Art datentechnischer Steckverbinder Protokolle überbrücken und Sicherheitsfunktionen implementieren.

Über den Autor:

Prof. Dr.-Ing. Martin Ruskowski ist Inhaber des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen und Steuerungen an der TU Kaiserslautern und Forschungsbereichsleiter Innovative Fabriksysteme am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz. Seine Forschungsschwerpunkte sind Industrieroboter als Werkzeugmaschinen, Künstliche Intelligenz in der Automatisierungstechnik sowie neuartige Steuerungskonzepte für die Automatisierung. Zuvor hatte er mehrere Führungspositionen in der Industrie inne, zuletzt als Leiter „Research & Development“ bei in der KUKA Industries Group.