Vom Embedded-Device bis zur Industrie 4.0-Anwendung

Vernetzung im Paket

Vor allem KMU können bei ihrer Prozessdigitalisierung nicht jedes Mal das Rad neu erfinden. Gerade deshalb bündeln Technologieanbieter wie Kontron ihre Angebote zu modularen Systemen, die sich individuell ausprägen lassen. Das IoT-Toolset Susietec reicht dabei vom Embedded-Device bis zur cloud-basierten KI-Applikation.
Bild: ©Gorodenkoff/stock.adobe.com

Immer mehr Maschinen werden in das Internet of Things (IoT) und das Industrial Internet of Things (IIoT) eingebunden. Dadurch entstehen weltweit Datenmengen, die gespeichert, ausgewertet und verteilt werden müssen. In diesem Aufgabenspektrum verrichten zahlreiche Embedded/IoT-Technologien sowohl auf der Hardware- als auch der Softwareebene ihren Dienst. Auch der weltweite Ausbau der 5G-Netze, neuer Anwendungen rund um Industrie 4.0, Logistik, Medizintechnik und nicht zuletzt künstliche Intelligenz erhöht den Anspruch an die eingesetzte IT. Ab einem gewissen Anspruch der angedachten Lösung beschäftigen sich Projektbetreiber zunehmend mit Plattformen für High Performance Computing (HPC). Je nach Anwendung unterscheiden sich die Anforderungen, die an solche Embedded-Plattformen gestellt werden – so kann mehr Rechenleistung, ein höherer Datendurchsatz, eine größere Bandbreite, mehr Speicherkapazität oder KI-Funktionalität benötigt werden.

Neuer HPC-Standard

Viele dieser Anforderungen werden mittels verschiedener COM-Express-Module inkl. Type 7 und darauf basierenden Systemen heute erfüllt. Die neue, ergänzende Spezifikation COM-HPC mit verschiedenen Formfaktoren für zukünftige HPC Edge Client und Serveranwendungen wurde inzwischen vom Industriekonsortium Open Standards for Embedded Computing Applications (PICMG) freigegeben. Die Einsatzgebiete für diese Plattformen sind vielseitig. Das Spektrum reicht von Edge Servern über Mobile Edge Computing für 5G/10G-Anwendungen bis hin zu KI-Lösungen in der Industrie, wo viele Aufgaben maschinenah zu erledigen sind, also ‚on edge‘. HPC kommt auch im medizinischen Bereich, bei stationären Testern und mobilen Messgeräten oder in autonomen Fahrzeugen zum Einsatz, die mit GPS und KI-Funktionalität vernetzt über 5G fahrerlos unterwegs sind. 5G-Netze sind sehr skalierbar, anpassungsfähig und ermöglichen hohe Bandbreiten, Echtzeitanwendungen und eine große Teilnehmerzahl.

Industrietaugliche Funktechnik

Zudem lassen sich mit 5G private Netzwerke etwa für Industrieanwendungen realisieren. Denn der Mobilfunkstandard eröffnet neue Perspektiven bei der drahtlosen Steuerung und Überwachung von Maschinen und Geräten selbst dort, wo es geringe Latenzen gefordert sind. Die deterministische Vernetzung neuer industrieller Module, Boards und Systeme mit hoher Rechenleitung, profitiert von einem einheitlichen, echtzeitfähigen Netzwerk, das interoperabel ist und IT- Standards mit den Standards der Industrie verbindet. Die Voraussetzung dafür ist echtzeitfähiges Kommunikationsprotokoll, deren Offenheit für die erforderliche Akzeptanz sorgen sollte. Viele Hersteller von Automatisierungs- und Informationstechnik setzen daher auf die Kommunikationslösung OPC UA over TSN. Dieser Kommunikationsplattform werden derzeit hohe Chancen eingeräumt, sich als weltweit einheitlicher Echtzeit-Kommunikationsstandard zu etablieren.

Kommunikationsstandard für das neue Ethernet

OPC UA alleine verfügt jedoch nicht über ein deterministisches Zeitverhalten, so dass es sich kaum für die Übertragung von Echtzeitdaten innerhalb synchronisierter Anlagenteile eignet. Für den Datenaustausch zwischen Steuerungen führte die OPC Foundation bereits das Kommunikationsmodell Publisher-Subscriber (Pub/Sub) ein. Die Fähigkeit zu einem deterministischen, harten Echtzeitverhalten jedoch entsteht erst durch Nutzung des echtzeitfähigen und herstellerunabhängigen Ethernet-Standards Time Sensitive Networking (TSN). TSN ist eine Erweiterung des Ethernet-Standards des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) um ein ganzes Bündel an Normen, die das Übertragungsverhalten von Datenpaketen auf verschiedene Weise regeln und ihm dadurch Echtzeitfähigkeit verleihen. Dazu verfügt TSN über die Kernfähigkeiten Zeitsynchronisation, Disposition des Datenversandes (Traffic Scheduling) und automatisierte Systemkonfiguration. Die Konnektivität zwischen Produkten, Maschinen mit End-to-End Security und die Zusammenarbeit zwischen Menschen über die gesamte industrielle Wertschöpfungskette hinweg sind die entscheidenden Faktoren der Digitalisierung.

Vorgefertigte Lösungen

Um solche Technologien für sich zu nutzen, sind vor allem kleine und mittlere Unternehmen auf marktverfügbare Lösungen angewiesen, die auf Basis neuer Hard- und Software Prozesse der digitalen Transformation unterstützen. der Technologieanbieter Kontron hat für diesen Zweck Produkte wie das IoT-Toolset Susietec entwickelt, die beispielsweise den sicheren Zugriff auf die gesamte Embedded IoT- und IT-Hardware, auf Anwendungsprogramme und Entwicklungsumgebungen ermöglicht. Anbieter solcher Lösungen stellen Anwendern damit in Aussicht, sich weniger mit der Technologie selbst, als mit der Wertschöpfung dahinter, etwa über neue Geschäftsmodelle, befassen zu können. Dafür lassen sich etwa verschiedene Datenquellen verknüpfen, um mit KI-gestützten Predictive-Analytics-Lösungen interne Prozesse zu optimieren, oder die eigenen Erzeugnisse zu digitalisieren. Die dann greifbaren Szenarien erlauben beispielsweise eine erhöhte Produktivität der Fertigung durch Qualitätsprüfung in Echtzeit, erweitertes Asset Management und die vorausschauende Wartung. Also das, was vielerorts derzeit als Industrie 4.0-Lösung bezeichnet wird.

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