12.07.2022

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Den nächsten Schritt gehen: Entwickeln einer Edge-Computing-Anwendung

Im Zuge von vernetzten Geräten und Anlagen ist Edge Computing immer bedeutender. Jedoch ist es für Unternehmen oft schwer, Konzepte zu erstellen und Applikationen umzusetzen.

Unternehmen wie Schubert System Elektronik helfen beim Finden und Integrieren der richtigen Komponenten zu einem System. Im Zuge der weiteren Vernetzung von Produktionsanlagen ist Edge Computing immer häufiger ein Thema – unabhängig davon, ob man das System während eines Retrofit nachrüstet oder bereits beim Neuentwickeln von Produkten einplant.

Somit kann die Umsetzung einer Edge-Computing-Anwendung sowohl vonseiten der Hersteller von Anlagen und Maschinen als auch durch interne beziehungsweise externe Dienstleister und Automatisierungsunternehmen erfolgen. Die Herausforderung für beide Zielgruppen ist es, den Trend des Edge Computing richtig zu bewerten und abhängig vom Anwendungsfall das Systemkonzept optimal auszulegen. Als Systemberater unterstützt Schubert System Elektronik beide Anwendergruppen mit individueller Beratung beim Auslegen des Edge-Computing-Systems. Im Beitrag werden Möglichkeiten und Ideen zum Gestalten eines solchen Geräts aufgezeigt, erste Schritte zur Auswahl beschrieben und Themen wie Systementwurf und Software-Architektur angerissen.

Daten verarbeiten als zentrales Element

Edge Computing dient in erster Linie dazu, dezentral mit Daten zu arbeiten. Im Fall von Maschinen und Anlagen besteht häufig der Wunsch, aus Datensammlung, -vorverarbeitung und -analyse einen Mehrwert zu generieren. Für die Art der Datenaufbereitung ist ein hohes Domänenwissen nötig, welches bei Herstellern von Anlagen und Maschinen aufgrund der hohen Systemkomplexität nicht immer vorliegt. Aus diesem Grund besteht der erste Schritt immer darin, im Maschinen- und Anlagenkonzept auf einer passenden Systemkomponente Daten zu sammeln. Aus den Daten baut sich anschließend das Domänenwissen auf beziehungsweise wird es genutzt, um die Daten zu interpretieren. Hierbei kann die ausgewählte Systemkomponente entweder eine neue, eigenständige oder eine bestehende Hardware sein.

Gründe für die Integration eines Edge-Computing-Systems können unter anderem sein:

  • Schnelles, dezentrales Verarbeiten von Daten (inklusive Sammeln, Speichern, Analyse etc.)
  • Gute Zugriffsmöglichkeit auf die Operational Technology (OT)
  • Kein Zugriff der Anlage oder Maschine auf zentrale Server, auf denen die Daten weiterverarbeitet werden können
  • Hohe Kosten beim Verlagern der Datenverarbeitung in die Cloud beziehungsweise fehlendes Vertrauen in die Cloud

Edge Computing mit oder ohne Gateway-Funktion

Die Auswahl eines geeigneten Edge-Computing-Systems beginnt mit dem Anwendungsfall und dem Vernetzungskonzept. So definiert der Anwendungsfall, welche Aufgabe am Edge zu erfüllen ist. Außerdem legt der Anwender an der Stelle fest, wo und wie er die Daten weiter nutzen möchte. Aus den Festlegungen ergibt sich das Vernetzungskonzept mit der Unterscheidung, ob die Edge-Computing-Anwendung in einem separierten Netz, in einem internen Firmennetzwerk oder in einem Netzwerk mit Internetzugriff zu betreiben ist. Abhängig von dem Vernetzungsszenario lassen sich weitere Anforderungen an das Edge definieren.

Solange Unternehmen das Edge Computing in einem separierten Netz betreiben, sind die Anforderungen gering und sie können sie mit einem Box-Industrie-PC (IPC) umsetzen. Das ist zudem der Fall, wenn Unternehmen keine Daten nach außen geben oder von außen empfangen wollen, das Edge also hauptsächlich mit der OT verbunden ist. Ein solcher IPC ist in der Regel in vielen Maschinen und Anlagen als bestehende Systemkomponente bereits vorhanden. Er lässt sich entsprechend um eine Edge-Computing-Funktion erweitern.

Betreibt man den Edge Computer hingegen in einem internen Netz, liegt der Fokus der Funktion des Systems meist in der Kommunikation mit weiteren vernetzten Geräten oder angeschlossener Peripherie. Dann kommt meist ein separater IPC fürs Edge Computing zum Einsatz. Neben den Aufgaben zur Datenverarbeitung des Gesamtsystems werden in dieser Konstellation häufig Daten von anderen Systemen benötigt beziehungsweise für andere Systeme bereitgestellt. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist ein Dashboard in einer Produktionshalle, welches die verarbeiteten Daten direkt vom Edge Computer erhält.

Ein weiteres Vernetzungsszenario ist die Kommunikation des Edge Computers mit dem Internet und weiteren externen Komponenten. Hier ist ein besonderes Augenmerk auf den Schutz der Firmen-IT und der Anlagen-OT zu legen; das Edge-Computing-System benötigt daher eine Gateway-Funktion. So steigen die Anforderungen an das Sicherheitsniveau mit der Reichweite der Vernetzung. Weitere Anforderungen mit steigender Netzwerk-Reichweite ergeben sich aus zusätzlichen Funktionen im Bereich der Datenverarbeitung und -weitergabe. Typische Anwendungsbeispiele sind Anwendungen der künstlichen Intelligenz (KI) oder des Machine Learning (ML), die in Interaktion mit einem Cloud-Dienst stehen.

erschienen in Markt & Technik, Ausgabe 7-2022
Autor: David Bongermino

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