Industrie 4.0 auf dem Weg in die Cloud

5. September 2019

Warum die Cloud-Anbieter bei der Realisierung von Automationstechnik aus der Wolke in der Poleposition sind.

Mit dem massenhaften Aufkommen von vernetzten IoT-Devices in Produktionsumgebungen wie Messgeräten, Sensoren, Aktoren oder ganzen Maschinen wurden die bislang getrennten Welten von Betriebsleitsystemen (Operational Technology) und der Unternehmens-IT in Form der Bereitstellung kaufmännischer Applikationen aufgebrochen.

Für die Transformation der Industrie in Richtung 4.0 ist es von Bedeutung, wie die Konvergenz von meist proprietärer Operational Technology (OT) mit ihren MES und SCADA Einrichtungen ohne bisherige Verbindung zur Außenwelt mit der vielfach auf offenen standardbasierten Architekturen beruhenden Office-IT gelingt.

Die Schwierigkeit dieser Zusammenführung liegt primär in den unterschiedlichen Kernanforderungen von IT und OT. Während es bei Informationstechnologie primär um Connectivity geht, stehen bei OT vor allem Echtzeitanforderungen und höhere Schutzbedürfnisse für Mensch und Maschine im Vordergrund.

Für Betreiber von Industrieanlagen ist die Vernetzung und damit auch Öffnung ihrer industriellen Prozess- und Steuerungseinrichtungen aber ohne Alternative. Denn nur mit der Verfügbarkeit von Echtzeit-Daten über aktuelle Maschinenzustände und Produktionswerte können sie den Weg zur weiteren Effizienzsteigerung ihrer Anlagen beschreiten und so in der digitalen Wirtschaft konkurrenzfähig bleiben.

Die Vorzüge der Cloud ausspielen

Durch dieses ökonomische Szenario ist auch die Zeit für die Cloud gekommen, um in der Automatisation der Industrie eine wichtige Rolle zu spielen. Cloud-Computing hat sich ohne Zweifel in der IT-Landschaft als irreversibles Zukunftsmodell etabliert. Mit Hardware-Virtualisierung, anforderungsgerechter, fein skalierbarer Ressourcenbereitstellung und höchsten Sicherheitsstandards für Speicherung und auch Datentransport im offenen Internet, ist die Cloud geradezu prädestiniert, jetzt auch in der OT-Arena ihre Vorzüge auszuspielen.

Cloud-Provider waren und sind mit ihrer langen Erfahrung im Design sicherer Workflows, bei der Integration unterschiedlichster Applikationen und bei der Umwandlung und Analyse unstrukturierter (Maschinen)-Daten in wertvolle Information immer auch Trendsetter für den Einsatz innovativer Technologien. Und auch bei der ganzheitlichen Abbildung von Unternehmensprozessen wie der Implementierung digitaler Zwillinge und bei Sicherheitslösungen wie Verschlüsselung, Redundanzkonzepten oder der Zonierung von Infrastrukturen nach verschiedenen Security-Klassen in Abhängigkeit von der Sensibilität verarbeiteter und gespeicherter Daten, spielen sie in der ersten Liga.

Mit diesem Know how-Setting, in dem sich auch eine frühe Spezialisierung auf die Schnittstellenproblematik (Gateways), das Monitoring und die Visualisierung von Datenflüssen einschließlich Anomalieerkennung als Sicherheits-Add-on sowie auf Big Data-Analyse und AI-Unterstützung spiegelt, sitzen Cloud-Anbieter heute in der Poleposition für die Realisierung von Automationstechnik aus der Wolke. Und sie verfügen mit ihrem Fachpersonal aus Data Scientists und Software-Engineers auch über die Humanressourcen für den anstehenden Industrie 4.0-Wandel.

Worauf kommt es bei der Zusammenführung, beim Brückenschlag zwischen IT und OT, an?

Dazu braucht es eine Systemarchitektur, die sich aus drei Schichten zusammensetzt:

  • Einem Geräte-Tier im Feld, in dem sich die cyber-physikalischen Systeme (Sensoren, Aktoren, Antennen) als Datenlieferanten und Endpunkte im industriellen Steuerungs- und Kontroll-Netz befinden. 
  • Ein Gateway-Tier als Steuerungsschicht, in der die Protokolle für Maschinendaten aus der OT-Welt in die IP-Welt der IT übersetzt, aggregiert und für die Weiterleitung und spätere Datenanalyse in der Cloud zwischengespeichert werden.
  • Ein Datencenter-Tier, indem die Rechen- und Speicherkapazitäten für die industrielle Prozesskontrolle und -steuerung bereitgestellt, sowie Datenanalysen und Simulationen durchgeführt werden.

Um eine optimale Steuerung von automatisierten Industrieanlagen aus der Cloud realisieren zu können, muss die IT-Kapselung der Steuerungsfunktionalität in einer Hardware (SPS = Speicherprogrammierbare Steuerung) aufgehoben und als Softwareinstanz (Webtechnologien) ausgelegt werden.

Und um die wichtigste Voraussetzung für OT-IT Konvergenz aus der Cloud einzulösen, d.h. die notwendigen Latenzen für Industrial Control Systems zu gewährleisten, wird das zuvor gezeichnete Schichtenmodell so zu designen sein, dass die Gateway-Schicht als Edge-Cloud nahe an den zu steuernden Maschinen und Produktionsanlagen realisiert wird. 
Mit einer solchen Hybrid Cloud aus Provider-Infrastruktur für die Administration der IoT-Devices, für Datenanalysen, Simulationen und Predictive Maintenance (vorausschauende Maschinenwartung) und den Gateways On-Premises kann Industrie 4.0 sofort in die nächste Entwicklungsphase eintreten.