Intelligenz vor Ort für die „Smart Factory“

Digitalisierung, Industrie 4.0, IoT, KI und 5G: In smarten Fabriken entstehen bereits heute immense Datenmengen.

Weil diese geschäftskritisch sind und oft mit kurzen Latenzen verarbeitet werden müssen, benötigen Fertigungsunternehmen viel Rechenpower in unmittelbarer Nähe – sprich: leistungsfähige Micro- oder Mini-Datacenter.

Fabriken werden heute zunehmend zu „Smart Factories“. Denn zur Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit sind immer mehr Prozesse zu automatisieren und zu digitalisieren, um sie schnell und flexibel an neue Anforderungen anpassen zu können.

Der erste Schritt besteht meist in der Vernetzung der Maschinen – mittels Kabeln, WiFi oder 5G. Anschließend sind die anfallenden Daten zu messen, zu sammeln und in digitale Verarbeitungssysteme zu übertragen. Hier stellt sich das Problem, wo die vielen entstehenden Daten zu analysieren sind: in einem zentralen Rechenzentrum, in der Cloud oder vor Ort?
 

Vor-Ort-Analyse

Bei produktionsrelevanten und sensiblen Daten, die möglichst schnell zu verarbeiten sind, kommen die ersten beiden Optionen häufig nicht in Frage. Eine Übertragung der vielen Daten in ein zentrales Rechenzentrum oder die Cloud dauert häufig zu lange. Außerdem besteht die Gefahr, dass die Informationen auf dem Weg ausgespäht werden könnten.

Daher sind die geschäftskritischen Daten möglichst vor Ort auszuwerten. Das gewährleistet kurze Latenzzeiten und eine hohe Sicherheit. Die riesigen Datenmengen müssen auch nicht über das Internet zur Cloud und zurück übermittelt werden. Nur für übergreifende, allgemeine Analysen oder eine weitere Verarbeitung von nicht geschäftskritischen Daten ist eine Bearbeitung in einem zentralen Rechenzentrum oder in der Cloud nötig. Dazu werden jedoch bereits vor Ort die dort anfallenden Daten analysiert, zusammengefasst und komprimiert, um sowohl Übertragungs- als auch Rechenkapazität zu sparen.
 

Zuverlässige Datenverarbeitung in Echtzeit

Die Vor-Ort-Rechenkapazitäten, das so genannte Edge Computing, bietet Fertigungsunternehmen zahlreiche Vorteile: Die Prozesse finden direkt an den Maschinen statt, wodurch sie in Echtzeit ablaufen. Das reduziert die Daten-, Entscheidungs- und Aktionslatenzen deutlich.

Neben der Schnelligkeit profitieren Unternehmen auch von größerer Zuverlässigkeit. Denn selbst bei einem Ausfall der Internetverbindung oder des Unternehmensnetzwerks können Micro- oder Mini-Datacenter vor Ort problemlos weiterarbeiten. Sie benötigen nur die Verbindung zur Maschine und einen Stromanschluss, um die Geräte zu steuern. So ermöglicht es die lokale Datenverarbeitung, auch an entlegenen Orten schnell und unterbrechungsfrei zu arbeiten. Sobald die Internetverbindung wieder steht, können sie die aggregierten Daten an die übergreifenden Analysesysteme schicken.

Ein solch autarkes System kann mögliche Probleme an der Maschine selbstständig und frühzeitig erkennen und lösen. Damit lassen sich Ausfallzeiten deutlich reduzieren oder sogar vollständig vermeiden. Neben Predictive Maintenance können Edge-Systeme bei Industrie 4.0 auch für die automatische Korrektur von Produktabweichungen bei der Massenfertigung oder für die individuelle Einstellung der Maschinen zur Einzelfertigung sorgen.
 

Vorteile einer zukunftsfähigen IT-Infrastruktur

Solche Lösungen für das Edge Computing sind damit wichtige Bausteine für die Smart Factory, in der sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme ohne menschliche Eingriffe weitgehend selbst organisieren, um die gewünschten Produkte herzustellen. Entsprechend sind diese Lösungen auf dem Vormarsch: Laut ISG weist das Edge Computing Wachstumsraten von mehr als 30 Prozent jährlich auf. Gemäß einer Studie des Netzwerkausrüsters Aruba nutzen bereits knapp drei Viertel der IT-Führungskräfte weltweit Edge-Computing-Technologien. Einer Dätwyler Studie aus dem Jahr 2020 zufolge geben in der DACH-Region 47 Prozent und in Festlandchina 65 Prozent der mittelständischen Unternehmen die Datenverarbeitung »am Rand des Netzwerks« als Investitionsbereich für die kommenden Jahre an.
 

Zur Vorbereitung auf diese Zukunft hat Dätwyler am Standort Altdorf den Prototypen einer hochmodernen IoT/5G-Anwendung entwickelt, um die eigenen Produktionsprozesse zu digitalisieren. Kunden und Partner können sich die intelligente Infrastrukturlösung, bei der auch Micro-Datacenter zum Einsatz kommen, live anschauen. Mit einem einfachen Gateway und den Borddaten der Produktionsanlage lässt sich der Mantelverbrauch der Kabelproduktion in Echtzeit verfolgen. So können die Anlagenführer genauer an Toleranzen fahren und hohe Qualitätsstandards bei laufender Kostenoptimierung einhalten.

Im praktischen Einsatz zeigen sich dabei folgende Vorteile:

• Kurze Reaktionszeiten durch unmittelbare Nähe zur Datenquelle
• Unterstützung der dezentralen Datenverarbeitung
• Automatische Steuerung von Maschinen und IoT-Geräten
• Leistungsfähige Anbindung an das Internet
• Komplettes IT-Equipment in einem oder mehreren Racks
• Strategische Nähe zu Nutzern und Geräten
• Unterstützung aller Protokolle und Verbindungen (5G/WiFi, Kupfer-/Glasfaserkabel)
• Optimale physikalische und Cyber-Sicherheit
• „Tier-Level“ ist so hoch wie der des zentralen Rechenzentrums und der Cloud

Micro- und Mini-Datacenter

Ein Micro-Datacenter sollte sich immer in direkter Nähe der Maschinen oder IoT-Geräte befinden, um die Vorteile optimal zu nutzen. Für die genaue Ausgestaltung der Infrastruktur anhand der individuellen Anforderungen sind Experten einzubinden. So kümmern sich etwa die Spezialisten von Dätwyler um die kabelgebundene und kabellose Vernetzung der Maschinen sowie die Bereitstellung der Datacenter und der zugehörigen Räume inklusive Stromanbindung, Klimatisierung und Absicherung.

Daneben gibt es auch Mini-Datacenter. Dabei handelt es sich um – auch vormontiert lieferbare – Plug-and-Play-IT-Infrastrukturlösungen, mit denen sich kleine Rechenzentren und Edge-Computing-Anwendungen maßgeschneidert für den jeweiligen Kundenbedarf betreiben lassen. Bei den von Dätwyler angebotenen Mini-Datacentern ergänzen Technologiepartner die IoT-Plattformen, Server-, Storage- oder KI-Lösungen.
 

Fazit

Durch die Zeit- und Kostenersparnis aufgrund von Automatisierung, Digitalisierung und vereinfachtem Remote-Management rechnen sich in der Regel die Investitionen in Edge-Systeme schnell. Alle Einzellösungen lassen sich in hybride Systeme einbetten. So können systemkritische Edge-Lösungen nahtlos mit weniger systemkritischen Cloud-Lösungen für Analyse und Monitoring integriert werden. Fertigungsunternehmen erhöhen ihre Wettbewerbsfähigkeit mit Edge-Lösungen deutlich. Denn sie ermöglichen viele neue Applikationen und Geschäftsmodelle, um auch in Zukunft erfolgreich zu sein.