Edge Computing im Stahlwerk

Rechenleistung
aus dem Container

Immer mehr produzierende Unternehmen brauchen Rechenkraft direkt an ihren verteilten Standorten, etwa um Fertigungsprozesse zu unterstützen oder IoT-Daten für den Versand in die Cloud vorzubereiten. Thyssenkrupp Steel entschied, sich die Rechenleistung in Form zweier Container aufs Werksgelände zu holen.

Thyssenkrupp Steel nutzt zum Aufbau von Edge-Infrastrukturen robuste ITContainer von Rittal. Die Container sind durch ihre Stahlbauweise sehr sicher, verfügen über eine wetterfeste Ummantelung und lassen sich auch im Außenbereich aufstellen. (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)

Der Stahlhersteller Thyssenkrupp Steel setzt bei seiner Edge-Computing-Infrastruktur auf vorkonfigurierte IT-Container, um schnell Rechenleistung an den Produktionsstandorten aufbauen. Die Fertigung der mehr als 2.000 Stahlerzeugnisse ist bereits heute stark durch die Digitalisierung geprägt: Daten zu generieren, in Echtzeit zu analysieren und seinen Kunden bereitzustellen, ist für die Wettbewerbsfähigkeit in der Stahlbranche unverzichtbar geworden. „Die Digitalisierung wird für uns immer mehr zum entscheidenden Erfolgsfaktor“, sagt Michael Kranz, CIO von Thyssenkrupp Steel. „Es geht darum, reale Prozesse in der Wertschöpfungskette zu digitalisieren.“ Der Stahlproduzent fertigt hunderte verschiedener Produkte in stark automatisierten Fertigungsstätten. Viele Abläufe werden dabei über Sensoren und Roboter gesteuert, sodass leistungsfähige IT-Systeme in unmittelbarer Nähe der Produktionsstandorte notwendig sind. Niedrige Latenzzeiten und schnelle Datenverfügbarkeit gehören damit zu den zentralen Anforderungen an die Edge-Systeme. Gleichzeitig muss die IT-Infrastruktur vor unbefugtem Zugriff und den rauen Produktionsumgebungen geschützt werden – hier bieten IT-Container mit hoher Schutzklasse die notwendige Sicherheit. „Diese Container bilden das neue Rückgrat unserer Produktions-IT“, sagt Stefan Willing, Head of IIoT Solutions and Applications bei Thyssenkrupp Steel.

In sechs Wochen einsatzbereit

Zwölf Monate Vorarbeit waren nötig, bis am Standort Duisburg-Süd der erste Container in Betrieb ging. Aufgebaut wurde ein Container-Pärchen, denn die Produktionsdaten sind in einem identischen Zwilling mit autarker Versorgung gesichert. Der Entwicklungsaufwand hat sich gelohnt, denn nach der aufwendigen Erstinstallation dauert es mittlerweile nur noch sechs Wochen ab Auftragseingang, bis ein neuer Container in Betrieb gehen kann.

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Übergreifend relevant

Aber auch in vielen anderen Szenarien unterstützen Edge-Rechenzentren dabei, die vor Ort anfallenden Daten zu verarbeiten. Bei den Daten kann es sich um Sensordaten von einer Maschinensteuerung handeln oder um Trackingdaten von Fahrzeugen eines Fuhrparks. Wichtig bei Nutzung von Edge-Systemen ist die Anbindung an die Cloud: Denn erst in nachgelagerten Rechenzentren sind die IT-Kapazitäten vorhanden, um auch rechenintensive Datenanalysen vorzunehmen, wie sie z.B. für Machine Learning und Predictive Maintenance benötigt werden. Die Ergebnisse dieser Auswertungen fließen dann wieder zurück ins Edge-Rechenzentrum und können dort die Optimierung einer Produktionsstraße anstoßen.

Niedrige Latenzzeiten und schnelle Datenverfügbarkeit gehören zu den Anforderungen an die IT, wenn es um die Produktionsdaten bei Thyssenkrupp Steel geht. (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)

Der Start mit Edge Computing

Die vorkonfigurierten IT-Container, wie sie Thyssenkrupp Steel einsetzt, haben eine Reihe von Vorzügen: Sie sind durch ihre Stahlbauweise sehr robust und bieten eine hohe physikalische Sicherheit sowie eine wetterfeste Ummantelung. Außerdem lässt sich ein Container entweder auf dem Außengelände oder innerhalb einer Lager- bzw. Produktionshalle aufstellen. Sollte ein Container mit der Standardlänge von 40 Fuß überdimensioniert sein, kann auf eine kürzere Variante mit 20 Fuß Länge zurückgegriffen werden. Für den punktuellen Edge-Ausbau mit kleineren Systemen sind IT-Racks am Markt verfügbar, die über eine Umhausung verfügen und ebenfalls abgesichert sind. Mit entsprechender Kühltechnologie versehen, kann ein IT-Rack mit einer Leistung von bis zu 35kW arbeiten – solche Werte erreicht etwa ein mit Blade-Servern vollständig bestücktes IT-Rack. Aber auch Edge-Lösungen für kleinere Anwendungen sind verfügbar, die z.B. als Hallen- oder Etagenverteiler arbeiten. Diese nehmen primär die Konsolidierung von Daten vor, können kleinere Datenströme direkt verarbeiten und leiten Ergebnisse an nachgelagerte Cloudrechenzentren weiter. Bei der Planung sollten Unternehmen beachten, dass sich eine verteilte Edge-Infrastruktur nur durch einen hohen Grad an Automatisierung effizient betreiben lässt. Weiterhin ist ein detailliertes Monitoring notwendig, um den laufenden Betrieb zu überwachen und den Energieverbrauch zu optimieren. Bei dem Thema Sicherheit bieten Edge-Lösungen generell eine hohe Auswahl an Features an.

Rechnen in rauen Umgebungen

Insbesondere in rauen Produktionsumgebungen benötigen Edge-Lösungen höhere Schutzarten, um die Elektronik gegen Staub, Feuchtigkeit und Erschütterung zu schützen. Hierfür wird eine Sicherheitszelle um die Server bzw. die IT-Racks montiert. Während in Büroumgebungen die IP22-Schutzart ausreicht, benötigen Installationen näher zur Produktion Schutzarten bis IP55. Diese schützen die IT-Systeme vor Strahlwasser, Staub und unbefugtem Zugriff. Weiterhin ist ein Brandschutz notwendig: Eine Brandfrüherkennung sowie eine automatisiertes Aktivlöschsystem verhindern, dass es zu einem größeren Feuer kommen kann. Somit muss ein Unternehmen weder die komplette Produktion stoppen, noch die Fabrikhalle evakuieren, nur weil ein Netzteil zu schmoren anfängt. Welche Schutzklasse für den physikalischen Schutz letztlich notwendig ist, entscheiden Faktoren wie der Standort oder die benötigte Ausfallsicherheit. Darüber hinaus ist es wichtig, Gehäuse- und Rack-Türen sowie die Seitenwände der Racks zu überwachen. Elektronische Türschlösser erleichtern zudem die Auswertung, wann welche Mitarbeiter Zugriff auf die Edge-Systeme hatten. Bei einer Fernwartung oder Notfällen kann es notwendig sein, das System komplett herunterzufahren und dafür auch die Stromversorgung zu unterbrechen. Hierfür werden schaltbare PDUs (Power Distribution Units) benötigt.

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Ein Rezept für den raschen Aufbau von Edge-Infrastrukturen sind vorkonfigurierte und modular aufgebaute IT-Systeme. Standardisierte Module für Klimatisierung, Stromversorgung und USV helfen dabei, die Edge-Lösung basierend auf der benötigten IT-Leistung sowie den Sicherheitsanforderungen individuell auszurichten. Darüber hinaus ist ein solches System über Module schnell erweiterbar und unterstützt somit die Digitalisierungsstrategie von Unternehmen.

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