In den Anwendungen für die Fabrikvernetzung existiert Edge Computing vor allem, um Eigenschaften und Anforderungen zu erfüllen, die Cloud-native Paradigmen nicht abdecken können. Dazu zählen insbesondere diejenigen, die in den unteren OT-fokussierten Ebenen der industriellen Pyramide benötigt werden:
Heterogene Hardware – Typische industrielle Automatisierungsumgebungen haben unterschiedliche Architekturen, x86, Arm, sowie eine Vielzahl von Rechen-Konfigurationen.
Sicherheit – Die Sicherheitsanforderungen und deren Abmilderungen sind von Gerät zu Gerät unterschiedlich und müssen sorgfältig gehandhabt werden.
Innovation – Während einige industrielle Anwendungen mit dem alten Paradigma weitermachen können, das seit über einem Jahrzehnt gleich geblieben ist, erfordert der Großteil der industriellen Welt nun zusätzlich moderne Datenanalyse und Überwachung der Anwendungen in ihren Anlagen. Künstliche Intelligenz (KI) verspricht die Revolution der Fertigung, doch in der Praxis scheitern viele Projekte an einer unzureichenden Datenbasis. Warum Sie erst Ordnung schaffen müssen, bevor Sie Künstliche Intelligenz erfolgreich nutzen können. ‣ weiterlesen
Ohne Datenordnung keine Effizienz: Wie Sie Ihre Produktion KI-ready machen
Datenschutz – Wie in anderen Bereichen der IT wird die Verwaltung von Datenberechtigungen in vernetzten Maschinen immer komplexer und muss bereits bei der Entstehung der Daten geregelt werden.
Echtzeit und Determinismus – Der von Steuerungen bereitgestellte Echtzeit-Determinismus bleibt für die Sicherheit des Betriebs entscheidend.
Kritische Anwendungen
Im nachfolgend beschriebenen Mission Critical Edge-Konzept wurden Anforderungen gestellt, die typisch für Embedded Computing sind (Sicherheit, Echtzeit und sicheres, deterministisches Verhalten) und in ein Szenario für vernetztes, virtualisiertes, containerisiertes Softwarelifecycle-Management versetzt. Es geht die Herausforderungen der IT/OT-Schnittstelle an, indem es wesentliche, aber fragmentierte Legacy-Systeme durch technologische Möglichkeiten wie Datenanalyse und künstliche Intelligenz (KI) ergänzt. Die in Abbildung 1 dargestellte Architektur würde Folgendes bieten:
- Verteilte und zusammengeschaltete, gemischtkritische, virtualisierte Multicore-Rechenknoten (System of Systems).
- Netzwerkunterstützung für IT-Kommunikation und deterministische Legacy-Feldbusse, die sich in Richtung eines verbesserten Determinismus durch IEEE Time Sensitive Networking (TSN) bewegen, sowie öffentliche und private 4G/5G.
- Unterstützung für die Datenverteilung innerhalb und zwischen den Knoten, basierend auf Standard-Middleware (OPC UA, MQTT, DDS und mehr) wird auch Determinismus anstreben (OPC UA über TSN).
- Als virtuelle Maschinen und Container verpackte Anwendungen.
Im industriellen Testfeld
Mit diesem Zielbild haben die Firmen Codesys, Exor, Lynx, und Next Stel ein industrielles Testbed errichtet. Wie in Abbildung 2 dargestellt, wurde LynxSecure mit vier Gästen konfiguriert. Damit diese Konfiguration funktioniert, muss sich die Systemperformance auf dem anspruchsvollen Niveau der Betriebstechnik bewegen. Das hängt vor allem von der Leistungsfähigkeit der virtualisierten Anwendungen ab.
Erste Testergebnisse
Da eine typische industrielle Steuerung auf einer zyklischen Regelung basiert, muss ein Steuerungssystem sicherstellen, alle Berechnungen an den Endpunkten des Regelkreises und alle in jedem Regelzyklus erforderlichen Kommunikationen zwischen diesen Punkten vor Beginn des nächsten Zyklus abgeschlossen sind. Dafür wurden im Testbed drei Messreihen durchgeführt – mit Codesys, das auf Bare-Metal-Hardware läuft, mit Codesys, das auf LynxSecure läuft, und schließlich mit Codesys, das auf LynxSecure mit störenden Workloads läuft. In allen drei Fällen wurde die Codesys-Kontaktplananwendung mit einer Zykluszeit von 250 µs (Mikrosekunden) betrieben. Es gab nur eine sehr geringe Verschlechterung der Echtzeit-Performance, wenn die Codesys-Anwendung von der Bare-Metal- auf die LynxSecure-Umgebung migriert wird, und keine nennenswerte Verschlechterung der Echtzeit-Performance der Codesys-Anwendung, die auf LynxSecure läuft, mit oder ohne störenden Workloads.
