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Dezentrales Edge-Computing

Fertigungssysteme ohne Nervenzentrum

Eine neue Art von Software könnte die gängigen Konzepte für Fabriksoftware bald fundamental verändern. Auf der Basis einer dezentralen Edge-Computing-Architektur lassen sich die traditionell hohen Ansprüche an Skalierbarkeit, Flexibilität und Zuverlässigkeit vergleichsweise problemlos erfüllen – bei deutlich geringeren Investitionskosten.

(Bild: ©metamorworks/stock.adobe.com)

(Bild: ©metamorworks/stock.adobe.com)

Fabriken sind komplexe Systeme, bei denen Menschen, Material und Maschinen bestmöglich aufeinander abgestimmt sein müssen, um Produkte zur richtigen Zeit in hoher Qualität zu produzieren. Dabei läuft die Koordinierung dieser Abläufe nicht immer optimal. Informationsflüsse und Entscheidungen sind meist analog und nicht automatisiert. Hier kann Software helfen, Abläufe besser zu steuern und Fabriken insgesamt effizienter und gleichzeitig flexibler zu gestalten. So kann Software nicht nur vorher erkennen, wenn eine Komponente einer Maschine kaputt geht, sondern auch alle notwendigen Schritte einleiten, um den Austausch der Komponente zur koordinieren. Instandhalter werden informiert, wann sie an der Maschine gebraucht werden, Ersatzteile werden rechtzeitig kommissioniert, der Transport der Ersatzteile durch Gabelstaplerfahrer oder AGVs eingeleitet, und der Instandsetzer wird digital durch notwendige Informationen über Reparaturschritte, letzte Wartungsarbeiten und digitale Prüflisten unterstützt. Die Software zur Steuerung und Automatisierung von Shop-Floor-Prozessen muss dabei in der Lage sein, mit komplexen Entscheidungen umzugehen, und gleichzeitig ein hohes Maß an Zuverlässigkeit aufweisen. Denn wenn die Software nicht mehr funktioniert, dann kommt es zum Maschinenausfall und die Produktion steht still.

Kosten schrecken viele ab

Viele Fabriken scheuen allerdings die oft hohen Investitionen und Risiken, die mit der Einführung solcher Shop-Floor-Systeme verbunden sind. Laut einer Bitkomstudie sehen 73% der befragten Fabriken hohe Investitionskosten als Hemmnis, Industrie 4.0-Ansätze einzuführen. Softwarelösungen scheitern dabei nicht an den Ideen und der Kreativität, sondern oftmals an der Schwerfälligkeit der genutzten Software. Nur wenn Software günstiger, zugänglicher und flexibler wird, kann der Durchbruch von Industrie 4.0 auf breiter Basis gelingen.

Paradigmenwechsel kündigt sich an

Mit dezentralem Edge Computing könnte ein neues Softwareparadigma diesen Markt radikal verändern: Hier gibt es keine zentralen Server und somit keine einzelnen Komponenten, die beim Ausfall das komplette System lahmlegen können. Daten werden lokal auf Edge-Geräten wie IPCs, Tablets, Scannern oder Gateways gespeichert. Die Software läuft dort, wo sie genutzt wird: auf dem Gerät an der Maschine oder beim Menschen. Der Ansatz verspricht eine deutlich verbesserte Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Flexibilität im Vergleich zu zentralen Client-Server-Lösungen, gerade im Vergleich zu Cloud-basierten Systemen. Im Bereich der dezentralen Anwendungen hat es in den letzten Jahren große technische Fortschritte gegeben, die einen breiten Einsatz dieses Ansatzes jetzt ermöglichen. Vier Entwicklungen sind dabei besonders hervorzuheben:

  • geringere Hardwarekosten
  • Edge Computing-Technologien
  • Dezentrales Rechnen
  • Event-Streaming-Technologien

Hardware wird günstiger

Die erste Entwicklung ist eine massive Reduktion der Kosten für zuverlässige und leistungsfähige Hardware. Da Software lokal auf Endgeräten ausgeführt wird und Daten auch dort gespeichert werden, braucht es leistungsstarke Geräte. Industrietaugliche Tablets und Gateways sind deutlich günstiger geworden und mittlerweile für niedrige dreistellige Beträge zu erwerben. Auch bieten inzwischen fast alle Automatisierungshersteller Steuerungen an, auf denen neben der SPS-Logik auch nicht-echtzeitfähige Software ausgeführt werden kann. Dies reduziert die Notwendigkeit, zusätzliche Hardware für Maschinen nachzurüsten.


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