von Adrian Bolliger

Digitalisierung, Industrie 4.0, IoT, KI und 5G: In modernen Fabriken entstehen heute immense Datenmengen. Weil diese geschäftskritisch sind und oft mit kurzen Latenzen verarbeitet werden müssen, benötigen die Unternehmen viel Rechenleistung in unmittelbarer Nähe zu den Maschinen und Anlagen.

Um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen, müssen Fertigungsunternehmen immer mehr Prozesse automatisieren und digitalisieren, damit sie ihre Produktion schnell und flexibel an neue Anforderungen anpassen können.

Der erste Schritt zu einer «Smart Factory» besteht darin, die Maschinen und Anlagen zu vernetzen – je nach den Gegebenheiten vor Ort mittels Kabeln, WiFi oder 5G. Anschliessend sind die anfallenden Daten zu messen, zu sammeln und in digitale Verarbeitungssysteme zu übertragen. Hier stehen Unternehmen vor einer wichtigen Entscheidung: Wo sollen sie die vielen Daten analysieren: in einem zentralen Rechenzentrum, in der Cloud oder vor Ort?

Datenanalyse vor Ort

Es gibt produktionsrelevante und sensible Daten, die möglichst schnell zu verarbeiten sind. Für solche Daten kommen die ersten beiden Optionen oft nicht in Frage. Denn ihre Übertragung in ein zentrales Rechenzentrum oder in die Cloud dauert häufig zu lange, und unterwegs besteht die Gefahr, dass die Informationen ausgespäht werden.

Darum sollte man geschäftskritische Daten nach Möglichkeit direkt vor Ort auswerten. Das gewährleistet kurze Latenzzeiten und eine hohe Sicherheit. Zudem müssen die riesigen Datenmengen so auch nicht über das Internet zur Cloud und zurück übermittelt werden. Nur für übergreifende, allgemeine Analysen oder eine weitere Verarbeitung dieser Daten ist eine Bearbeitung in einem zentralen Rechenzentrum oder in der Cloud nötig. Doch auch dazu muss man sie zunächst zusammenfassen und komprimieren, um die Übertragungs- und Rechenkapazität zu minimieren.

^{Das Dätwyler Mini-Micro-Datencenter (Foto: Dätwyler).}

Verarbeitung in Echtzeit

Um die benötigten Rechenkapazitäten direkt an den Maschinen bereitzustellen, setzen immer mehr Fertigungsunternehmen auf ein kleines, kompaktes Rechenzentrum vor Ort, sogenannte Micro- oder Mini-Datacenter. Das sogenannte Edge-Computing bietet viele Vorteile: Die Prozesse können in Echtzeit ablaufen und Daten-, Entscheidungs- und Aktionslatenzen lassen sich deutlich reduzieren. Neben der Schnelligkeit profitieren Unternehmen auch von einer grösseren Zuverlässigkeit. Denn selbst bei einem Ausfall der Internetverbindung oder des Unternehmensnetzwerks arbeiten diese Micro- oder Mini-Datacenter problemlos weiter. Sie benötigen nur die Verbindung zur Maschine und einen Stromanschluss, um die vernetzten Geräte zu steuern. So ermöglicht es, die lokale Datenverarbeitung auch an entlegenen Orten schnell und unterbrechungsfrei zu arbeiten. Sobald die Internetverbindung wieder steht, können sie die aggregierten Daten an die übergreifenden Analysesysteme schicken.

Ein solch autarkes System kann mögliche Probleme an der Maschine selbstständig und frühzeitig erkennen und lösen. Damit lassen sich Ausfallzeiten deutlich reduzieren oder sogar vollständig vermeiden. Neben der «Predictive Maintenance» können Edge-Systeme bei Industrie 4.0 auch für die automatische Korrektur von Produktabweichungen bei der Massenfertigung oder für die individuelle Einstellung der Maschinen zur Einzelfertigung sorgen.

Zukunftsfähige IT-Infrastruktur

Solche Lösungen für das Edge-Computing sind damit wichtige Bausteine für intelligente Fabriken, in denen sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme ohne menschliche Eingriffe weitgehend selbst organisieren, um die gewünschten Produkte herzustellen. Entsprechend sind diese Lösungen auf dem Vormarsch: Laut Marktforschungs- und Beratungshaus ISG weist das Edge-Computing Wachstumsraten von mehr als 30 Prozent jährlich auf. Gemäss einer Studie des Netzwerkausrüsters Aruba nutzen bereits knapp drei Viertel der IT-Führungskräfte weltweit Edge-Computing-Technologien. Einer Dätwyler Studie aus dem Jahr 2020 zufolge geben in der DACH-Region 47 Prozent der mittelständischen Unternehmen die Datenverarbeitung an der «Edge» als Investitionsbereich für die kommenden Jahre an.

Praktisches Beispiel in Altdorf

Zur Vorbereitung auf diese Zukunft hat Dätwyler IT Infra am Standort Altdorf den Prototypen einer hochmodernen IoT/5G-Anwendung entwickelt, um die eigenen Produktionsprozesse zu digitalisieren. Interessenten können sich diese Lösung live anschauen. Mit einem einfachen Gateway und den Borddaten der Produktionsanlage lässt sich der Mantelverbrauch der Kabelproduktion in Echtzeit verfolgen. So können die Anlagenführer genauer an Toleranzen fahren und hohe Qualitätsstandards bei laufender Kostenoptimierung einhalten.

Im praktischen Einsatz zeigen sich dabei folgende Vorteile:

• Kurze Reaktionszeiten durch unmittelbare Nähe zur Datenquelle
• Unterstützung der dezentralen Datenverarbeitung
• Automatische Steuerung von Maschinen und IoT-Geräten
• Leistungsfähige Anbindung an das Internet
• Komplettes IT-Equipment in einem oder mehreren Racks
• Strategische Nähe zu Nutzern und Geräten
• Unterstützung aller Protokolle und Verbindungen (5G/WiFi, Kupfer-/Glasfaserkabel)
• Optimale physikalische und Cyber-Sicherheit
• «Tier-Level» ist so hoch wie der des zentralen Rechenzentrums und der Cloud

Micro- und Mini-Datacenter

Ein Micro-Datacenter sollte sich immer in direkter Nähe der Maschinen oder der IoT-Geräte befinden, um die Vorteile optimal zu nutzen. Für die genaue Ausgestaltung der Infrastruktur anhand der individuellen Anforderungen sind Experten einzubinden. Sie kümmern sich um die kabelgebundene und kabellose Vernetzung der Maschinen sowie die Bereitstellung der Rechenzentren und der zugehörigen Räume inklusive Stromanbindung, Klimatisierung und Absicherung.

Für die Produktion in Altdorf fiel die Entscheidung, eine Edge-Cloud in einem Mini-Datacenter zu betreiben. Für diese Edge-Cloud kommt eine Lösung mit hyperkonvergenten Infrastrukturen (HCI) zum Einsatz, die Hardware- und Software-Stacks umfasst. Das Mini-Datacenter ist eine Plug-and-Play-IT-Infrastrukturlösung, mit der sich kleine Rechenzentren und Edge-Computing-Anwendungen massgeschneidert für den jeweiligen Bedarf betreiben lassen. Für die IoT-Plattformen, Server-, Storage- oder KI-Lösungen stehen Technologiepartner mit dem nötigen Know-how zur Verfügung.

Fazit

Durch die Zeit- und Kostenersparnis aufgrund von Automatisierung, Digitalisierung und vereinfachtem Remote-Management rechnen sich in der Regel die Investitionen in Edge-Systeme schnell. Alle Einzellösungen lassen sich in hybride Systeme einbetten. So können systemkritische Edge-Lösungen nahtlos mit weniger systemkritischen Cloud-Lösungen für Analyse und Monitoring integriert werden. Fertigungsunternehmen erhöhen ihre Wettbewerbsfähigkeit mit Edge-Cloud-Lösungen deutlich. Denn sie ermöglichen viele neue Applikationen und Geschäftsmodelle, um auch in Zukunft erfolgreich zu sein.