Industrie-4.0-Komplettlösung schafft Interoperabilität mit offenem Industrial Service Bus

[PatrikEdlund]

Hewlett Packard Enterprise (HPE), Intel und Microsoft bringen mit der Distributed Industrial Cloud eine Industrie-4.0-Lösung auf den Markt, die einen durchgängigen Austausch von Daten und Diensten in heterogenen und verteilten Fertigungsumgebungen ermöglicht. Damit hilft sie Produktionsunternehmen dabei, Ziele wie höhere Gesamtanlageneffektivität oder wandelbare Fertigungsabläufe zu erreichen. Die Lösung ist ab sofort in Deutschland, Österreich und der Schweiz von HPE erhältlich, auch im As-a-Service-Modell über HPE GreenLake. Für den schnellen Einstieg bietet HPE ein Fast-Start-Paket an, das die für eine Erst-Installation erforderliche Software, Hardware und Services umfasst.

Industrie 4.0 bezeichnet den Übergang von starren zu dynamischen und autonom organisierten Wertschöpfungsketten. Die Grundlage dafür ist Interoperabilität, die laut einem Positionspapier der Plattform Industrie 4.0 durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist: Integrierbarkeit aller Assets, Dezentralität, Einsatz von künstlicher Intelligenz und Offenheit. Allerdings gehört laut einer Studie von MHP und der LMU München gerade die mangelnde Interoperabilität zu den größten Hindernissen von Industrie 4.0: Fehlende Integration und Datensilos verhindern demnach einen durchgängigen Datenaustausch entlang der Wertschöpfungskette.

Industrial Service Bus verbindet Maschinen, Applikationen und Standorte

Florian Dörr, Leiter Edge Practice, HPEUm Firmen bei der Lösung dieses Problems zu helfen, haben HPE, Intel und Microsoft ihre Industrie-4.0-Technologien zu einer Edge-to-Cloud-Lösung integriert und bieten diese unter dem Namen Distributed Industrial Cloud inklusive Dienstleistungen an. Das Herzstück der Architektur ist ein Industrial Service Bus (ISB), der zusammen mit Produktionsunternehmen als quelloffene Software entwickelt wurde. Der ISB vermeidet Datensilos, Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und die daraus resultierenden Spaghetti-Architekturen – stattdessen bietet er eine durchgängige Kommunikationsarchitektur, die Maschinen, Systeme und Applikationen über Standorte und Clouds hinweg verbindet.

„Oft wird Standardisierung als Voraussetzung für Interoperabilität in der Industrie 4.0 bezeichnet – in der Realität sind Fertigungsumgebungen aber nach wie vor weitgehend heterogen“, sagt Florian Dörr, Leiter der Edge Practice in der DACH-Region bei Hewlett Packard Enterprise. „Unser Ansatz hilft Firmen, ihre Industrie-4.0-Ziele auch unter diesen Bedingungen zu erreichen. Durch die Offenheit der Architektur können künftige Standards problemlos eingebunden werden.“

Technologieneutrale Any-to-any-Kommunikation

Der Industrial Service Bus (ISB) ist eine quelloffene Nachrichten-orientierte Middleware, die mit einem Publish-Subscribe-Protokoll arbeitet. Jede Maschine und jede Applikation kann über den ISB Datendienste veröffentlichen, die von anderen Maschinen und Applikationen abonniert werden. Das können zum Beispiel Sensordaten sein, Abweichungen von Soll-Werten oder die Ergebnisse der Verarbeitung solcher Daten, etwa aus MES- oder IoT-Applikationen.

Der ISB kann sowohl für den lokalen als auch für den globalen Datenaustausch genutzt werden. In einer Produktionsstraße für Schokoriegel kann zum Beispiel Maschine B von der vorgelagerten Maschine A die Abweichungen vom Soll-Gewicht abonnieren, sodass es bei Bedarf mehr oder weniger Schokomasse auftragen kann, um Ausschuss zu vermeiden. Oder eine Deep-Learning-Applikation in der Public Cloud abonniert Sensordaten von weltweit verteilten Produktionsmaschinen, um die Parameter seines neuronalen Netzes zu optimieren.

Der ISB beruht auf einer Microservices-Architektur und ist mit der Distributed Application Runtime (Dapr) implementiert, einer quelloffenen ereignisgesteuerten Laufzeitumgebung. Maschinen und Applikationen kommunizieren mit Dapr – Dapr wiederum regelt die Kommunikation mit der Technologie, über die der Datenaustausch abgewickelt wird, etwa nats.io, RabbitMQ oder Kafka. Dadurch ist der ISB technologieunabhängig, fügt sich in bestehende Messaging-, Streaming- und Protokoll-Umgebungen ein, und diese können mit relativ geringem Aufwand ausgetauscht werden.

Hard- und Softwarekomponenten der Distributed Industrial Cloud

Außer dem ISB umfasst die Distributed Industrial Cloud unter anderem die folgenden Technologien und Plattformen, mit denen sich eine komplette Edge-to-Cloud-Umgebung für Industrie 4.0 einrichten lässt:

• HPE Edgeline EL300 Converged Edge System – ein Edge-optimiertes System, das die physische OT-IT-Schnittstelle bildet. Es kann sowohl für die Echtzeit-Datenanalyse vor Ort als auch für den Datentransfer in die Cloud genutzt werden. Das System beherrscht die bi-direktionale Steuerung und Kommunikation mit industriellen Systemen, etwa über High Speed Digital Input/Output, CAN-Bus, Modbus oder Profinet.
• HPE Edgeline OT Link Plattform – verfügt über eine Workflow-Engine, mit der das Zusammenspiel von industriellen Netzen, Steuerungen und Daten mit Treibern, Middleware und IT-Anwendungen über eine grafische Benutzeroberfläche orchestriert und automatisiert werden kann. Gleichzeitig ermöglicht OT Link den Betrieb von Container-Anwendungen direkt am Edge. Dabei erfolgt die zentrale Administration der verteilten Infrastruktur mit dem Edgeline Workload Orchestrator.
• Intel OpenVINO – ein kostenloses Toolkit für die schnelle Entwicklung von Anwendungen für das maschinelle Sehen mit Deep Learning. Es ermöglicht Deep Learning auf der Basis von Hardwarebeschleunigern und auf verschiedenen Intel®-Plattformen. Es beinhaltet das Intel® Deep Learning Deployment Toolkit mit einem Model Optimizer und einer Inference Engine sowie optimierten Computer-Vision-Bibliotheken und -Funktionen für OpenCV und OpenVX. Damit unterstützt OpenVino das gesamte Spektrum von Bilderkennungslösungen.
• Microsoft Azure und Microsoft Azure Stack – eine große Sammlung von Diensten, zum Beispiel PaaS- (Platform as a Service), IaaS- (Infrastructure-as-a-Service) und verwaltete Datenbankdienste, die in der Public Cloud (Azure), Hybrid oder Private Cloud (Azure Stack) betrieben werden können. Damit können Produktionsunternehmen ihre Dienste dort betreiben, wo ihre technischen, regulatorischen oder organisatorischen Kriterien am besten erfüllt werden.
• Hard- und Software-basierte Sicherheitsfunktionen von HPE, Intel und Microsoft – etwa hardwarebasierte Kryptographie, manipulationsresistente Daten, Zero-Trust-Netzwerksicherheit und User and Entity Behavior Analytics

Fast-Start-Paket und As-a-Service-Modell

HPE bietet Beratungs-, Implementierungs- und Betriebsdienstleistungen für die Distributed Industrial Cloud. Dazu gehört ein Fast-Start-Paket, das einen Workshop und alle erforderliche Software, Hardware und Services für die zügige Umsetzung eines ersten Anwendungsfalles umfasst. Die Architektur ermöglicht danach eine reibungslose Skalierung vom ersten Probelauf bis zur globalen Edge-to-Cloud-Fertigungsinfrastruktur.

Über HPE GreenLake kann die Distributed Industrial Cloud auch im As-a-Service-Modell bezogen werden – etwa durch eine Bepreisung pro Monat und Maschine für alle bereitgestellten Hardware-, Software- und Service-Bausteine. Produktionsunternehmen reduzieren damit ihre Anfangs-Investitionen und ihre Kosten skalieren parallel zur Auslastung. Dabei übernimmt HPE die Ende-zu-Ende-Betreuung der Umgebung und entlastet damit den Kunden vom Management der Edge-to-Cloud-Infrastruktur.