Edge Computing Plattformen bieten neue Umsatz- und Kostensenkungsmöglichkeiten für Maschinen- und Anlagenhersteller
Wie kann man am besten neue Generationen intelligenter Geräte entwickeln, die den Anforderungen der Kunden entsprechen? Edge Computing ist ein wichtiger Ansatz, den es zu berücksichtigen gilt.
Während die Automatisierung seit vielen Jahren ein integraler Bestandteil des Maschinendesigns ist, werden in der Maschinenwelt zunehmend neue Konzepte wie Digital Transformation, Smart Manufacturing, Industry 4.0 und das Industrial Internet of Things (IIoT) eingesetzt, um Differenzierung und Wettbewerbsvorteile zu erzielen.
Erfahren Sie, was machine builders und Gerätehersteller tun können, um diese Konzepte zu übernehmen, und wie Technologien wie Edge Computing die Anforderungen von Maschinenherstellern und Endkunden erfüllen können, erfahren Sie in diesem Whitepaper.
Einführung
Es gibt viele verschiedene Arten von Geschäften und Unternehmen im Bereich der Maschinen- und Anlagenhersteller (OEM), aber eine Herausforderung ist immer die gleiche - der Markt ist hart umkämpft. Jede Gerätegeneration bietet Preis-/Leistungsverbesserungen gegenüber früheren Generationen. Die Abteilungen für Konstruktion, Engineering und Produktmanagement müssen ständig die Kompromisse zwischen neuen technologischen Verbesserungen und den damit verbundenen Kostensteigerungen abwägen, wenn sie neue Designs auf den Markt bringen.
Die Automatisierung ist seit vielen Jahren ein integraler Bestandteil der Anlagenkonstruktion. Neue Konzepte wie die digitale Transformation, Smart Manufacturing, Industrie 4.0 und das industrielle Internet der Dinge (IIoT) werden in der Fertigungswelt zunehmend eingesetzt, um Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Dieses Papier konzentriert sich darauf, was Maschinen- und Anlagenhersteller (OEMs) tun können, um diese neuen Konzepte zu nutzen und wie Edge Computing ihre eigenen Bedürfnisse sowie die Anforderungen ihrer Kunden erfüllen können.
Intelligente Fabriken und intelligente Fertigung brauchen smart machines
So wie die Maschinenautomatisierung mit Hilfe von SPSen und PACs vor einer Generation das Anlagendesign revolutioniert hat, entwickeln Smart Factories und Smart Manufacturing die industrielle Welt erneut weiter. Die Anwendung von Konzepten der digitalen Transformation ermöglicht es Unternehmen, durch die Nutzung der von Steuerungssystemen und Sensoren gesammelten Daten Spitzenleistungen zu erzielen. Dieser Ansatz bietet Echtzeit-Analysen für Bediener, Eingaben, die zur Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE) beitragen, und Daten, die lokal gesammelt und analysiert werden können. Die Daten können auch zur tieferen Analyse in einer Vielzahl von Anwendungen an die Cloud gesendet werden. Zu den Anwendungen gehören optimierte Wartung, Agilität in der Lieferkette und die Steigerung der Ausbeute in mehreren Anlagen mit ähnlicher Produktion.
Maschinen und OEM Anlagen sind grundlegende Elemente der Produktion. Intelligente Fabriken und eine intelligente Fertigung können nur erreicht werden, wenn Smart Machines so funktioniert, wie sie von OEM konzipiert oder vom Endnutzer vorgegeben wurde. Die Einbeziehung der digitalen Transformation ermöglicht es Maschinen- und Anlagenbauern, das Design zu verbessern und unterstützt die Entwicklung neuer Dienstleistungen rund um die Leistung und Wartung von Anlagen. Eine wichtige Frage ist, wie man am besten neue Generationen intelligenter Geräte entwickelt oder wie man es schafft, dass bestehende Konstruktionen und Einsätze die von den Kunden geforderten Anforderungen erfüllen. Edge Computing ist ein Ansatz, der viele der wichtigsten Konstruktionsanforderungen lösen kann.
Was ist Edge Computing?
Edge Computing gibt es in vielen Formen und kann allgemein definiert werden als jede Datenverarbeitung, die außerhalb der data center stattfindet. Bei einer so weit gefassten Definition ist es nicht verwunderlich, dass es viele verwirrende Definitionen gibt, die sich sowohl auf die IT-Branche als auch auf die Automatisierungs- und Steuerungsbranche erstrecken, die wir als Operationelle Technologie (OT) bezeichnen.
Gartner, ein großes Analystenunternehmen, hat eine einfache Topologie veröffentlicht, die es jedem ermöglicht zu verstehen, welche Art von Edge computing für sie nützlich sein könnte. Diese Topologie veranschaulicht einen Infrastruktur-Technologie-Stack, der die Arten von Servern, Geräten oder Plattformen zeigt, die sich als Edge Computing und wo sie sich vom physischen Endpunkt "auf der edge" der Datenquelle befinden. Es spielt auf die Arten von Rechenleistung, Erfassung, Analyse und Datenbewegung an, die außerhalb der eigentlichen data center zur Verfügung stehen. Edge bietet äußerst wichtige Vorteile für Gerätehersteller und ihre Kunden.
Anhand dieser Topologie lässt sich leicht erkennen, dass die Geräte Edge bis hin zum Compute Edge für Maschinen- und Anlagenbauer anwendbar sind. In der Praxis haben heute alle Maschinen und Anlagen Aspekte des Device Edge mit PLCs, und einige haben Gateway Edge Geräte. In gewisser Hinsicht fallen Industrie- und Panel-PCs, die von Maschinen oder Anlagen verwendet werden, in diese Gateway-Kategorie. Sie können der erste "Kontaktpunkt" für ein Gerät edge SPS sein. IPCs haben jedoch eine begrenzte Rechen- und Analyseleistung oder leiden unter allgemeinen Zuverlässigkeits- und Benutzerfreundlichkeitsproblemen, die denen eines typischen PCs oder Servers ähneln, der nicht für raue Umgebungen hergestellt wurde. Daher sind andere Arten von speziell angefertigten Edge Rechenplattformen erforderlich, um die Kundenanforderungen zu erfüllen.
Wenn es um die Modernisierung von Maschinensteuerungs- und Automatisierungssystemen geht, sollte Compute Edge im Mittelpunkt des Interesses der Anlagenbauer stehen. Edge Computing bietet alle Eigenschaften und Fähigkeiten, die Maschinen- und Anlagenhersteller benötigen, um ihre aktuellen Designs zu verbessern und den Übergang zu noch intelligenteren Geräten zu schaffen.
Edge Computing ist eine skalierbare, modulare Technologie, die die Entwicklung von standardisierten, modularen Softwarekomponenten und -anwendungen unterstützt, um die Effizienz zu steigern.
Sie kann dazu beitragen, dass die bestehenden Anwendungen der Gerätehersteller - wie Überwachungs- und Steuerungssoftware - auf einer einzigen Plattform konsolidiert werden können, während andere kritische Anwendungen auf derselben Plattform laufen können. Dies erleichtert die Entwicklung intelligenter, industrietauglicher Maschinen und Anlagen, die das Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT) nutzen, sowie das einfache Hinzufügen zukünftiger Anwendungen, die die sich entwickelnden Anforderungen der Kunden an Industry 4.0 und Smart Manufacturing unterstützen.
Wenn Edge Computing implementiert ist, kann es eine reibungslose Entwicklung von den heutigen Geräten zu digitalisierten Maschinen ermöglichen, die in die Betriebsabläufe des Kunden integriert sind. Dazu gehören verschiedene Funktionen wie On-Prem- oder Cloud -Konnektivität bis hin zu vollständig integrierten Smart Machines , die die digitale Transformation ohne komplexe Nachrüstungen und Umgestaltungen ermöglichen.
Edge Computing Merkmale für Maschinen- und Anlagenbauer
Die Kategorie Compute Edge ist zwar recht breit gefächert, doch gibt es eine Reihe von Schlüsselmerkmalen, die die Arten von Funktionen, die speziell auf einen Maschinen- oder Anlagenhersteller zutreffen, einschränken.
Unterstützung für bestehende Automatisierungs- und Steuerungsanwendungen
Edge Computing Plattformen müssen in der Lage sein, bestehende Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen auf modulare Weise auszuführen, ohne dass eine umfangreiche Neuarchitektur erforderlich ist. Virtualisierung ist eine Schlüsseltechnologie. Im Wesentlichen kann jeder bestehende IPC als "virtueller IPC" oder virtuelle Maschine auf der Edge Computing Plattform laufen. Dies ermöglicht die Konsolidierung aller bestehenden IPCs auf einer einzigen Plattform. Keine dieser virtuellen Maschinen weiß von den anderen virtuellen Maschinen, so dass alle Anwendungen weiterhin unabhängig laufen.
Modifizieren und Aufrüsten bestehender Steuerungsanwendungen
Mit einer virtualisierten Edge Computing Plattform ist es nun möglich, den Betrieb und die Überwachung von Maschinen und Anlagen wesentlich flexibler zu gestalten. Beim herkömmlichen IPC/HMI-Ansatz ist beispielsweise jede Station an einer Maschine oder Anlage auf das beschränkt, was dieser IPC/HMI anzeigen kann, so dass nur ein einziger Bediener komplexe Anlagen von einem einzigen Standort aus überwachen kann. Dies ist kein ideales Modell. Mit Hilfe der Virtualisierung können Anlagenhersteller ihren Kunden mehr Flexibilität bieten, indem sie mehreren Personen an verschiedenen Stationen Fernzugriff auf Daten und Anwendungen ermöglichen. Dieses autonome Modell wird bevorzugt und bietet den Kunden mehr Möglichkeiten.
Hinzufügen neuer Anwendungen für Analytik und digitale Transformation
Mit der Virtualisierung kann es möglicherweise einfacher sein, neue Anwendungen hinzuzufügen, indem einfach eine neue virtuelle Maschine auf Ihrer Edge Computing Plattform. Dies ebnet den Weg für das Hinzufügen neuer Anwendungen ohne Auswirkungen auf bestehende Anwendungen. Dies kann eine lokalisierte Datenerfassung, Echtzeitanalyse und Datenfilterung vor dem Transport an externe Standorte, wie z. B. die data center eines Kunden, oder an die Cloud, vielleicht Ihre eigene, umfassen. Dies kann auch von Dingen wie Datenschutzgesetzen abhängen und setzt natürlich voraus, dass Sie über eine skalierbare Edge Computing Plattform haben, wenn der Bedarf wächst.
Unterstützung für die OT/IT-Konvergenz
Dies ist vielleicht ein Thema, das von Maschinen- und Anlagenbauern nicht oft in Betracht gezogen wird, das aber bei Initiativen zur digitalen Transformation immer wichtiger wird. Die Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen, die die Maschine betreiben, werden von Ihren Konstrukteuren und Ihren Kunden, die die Maschinen betreiben, gut verstanden. Sie konzentrieren sich auf die Betriebstechnologie (OT). Das Fachwissen zur Entwicklung anspruchsvoller Analysefunktionen, vielleicht unter Einbeziehung von maschinellem Lernen (ML) und künstlicher Intelligenz (KI), sowie die Fähigkeit, die entsprechenden Daten sicher an data center oder Cloud zu übertragen, ist oft die Domäne von Experten der Informationstechnologie (IT). Edge Computing Plattformen können sowohl OT- als auch IT-Anforderungen unterstützen. Es ist wichtig sicherzustellen, dass eine Plattform, die mehrere Arten von Betriebsanwendungen unterstützt, einfach zu implementieren und zu warten ist und sowohl von OT- als auch von IT-Fachleuten leicht zu verwalten ist.
Edge Computing Plattformen bieten Geräte- und Maschinenherstellern die Möglichkeit, neue umsatzfördernde Dienste anzubieten und gleichzeitig die Kosten zu senken und die Gesamtbetriebskosten zu verbessern.
Neue Einnahmemöglichkeiten
Viele der Funktionen und neuen Anwendungen, die Edge Computing Plattformen unterstützen, eröffnen die Möglichkeit, neue umsatzfördernde Dienstleistungen anzubieten oder bestehende Service- und Supportleistungen zu optimieren. Ein sich abzeichnender Trend ist z. B. das Konzept "Maschine als Service" oder "Ausrüstung als Service", bei dem der Endkunde nach Zeit oder Nutzung anstelle eines traditionellen Kapitalkaufs zahlt. Um ein solches Modell erfolgreich umzusetzen und aufrechtzuerhalten, muss der Maschinen- oder Anlagenhersteller das Leistungs- und Wartungsprofil der Anlagen kennen und in der Lage sein, die entsprechenden Daten genau zu erfassen und zu analysieren.
Vereinfacht den Dienst
Kompakt, lüfterlos, Wand- oder DIN-Schienen montierbar
Industrie bewertet
-10 bis 60 °C (-10 bis 140 °F)
10 bis 95% Luftfeuchtigkeit
3 Grms (5 bis 500 Hz)
Hot-Swap-fähig, selbsterkennend und automatisch synchronisierend
Robustheit
Für einen Maschinen- und Anlagenhersteller ist dies vielleicht offensichtlich, aber Edge Computing Plattformen werden von einer Vielzahl von Anbietern geliefert, von denen nicht alle die endgültige Betriebsumgebung der Geräte kennen. Es geht nicht nur um Robustheit, sondern auch darum, Ausfallzeiten zu vermeiden, Wartung und Support so einfach wie möglich zu gestalten und Fernüberwachung anzubieten. Ähnlich, Edge Computing müssen Plattformen in der OT-Welt darauf vorbereitet sein, über lange Zeiträume hinweg autonom zu arbeiten, da oft keine Verbindung zur Außenwelt besteht.
Kostensenkungen
Letztlich ist die Übernahme von Edge Computing nur dann rentabel, wenn sie den strengen Kostenvorgaben der hart umkämpften Märkte, auf denen die Gerätehersteller tätig sind, gerecht wird. Bei der Bewertung von Edge Computing Plattformen ist es wichtig, sowohl die Kapitalkosten als auch die Entwicklungs- und laufenden Kosten zu berücksichtigen. Abgesehen von den Einsparungen durch Virtualisierung sind die Kosten auch eine Funktion des Nutzens. Teurere Plattformen bieten einen viel höheren Wert und Nutzen als einfache Geräte oder Gateways mit geringerer Rechenleistung. Dieser Ansatz reduziert andere Kosten wie manuelle Überwachung, Ausfallzeiten, Personalressourcen und Anwendungseffizienz. Einige dieser Kosten können weniger greifbar sein, aber da sich die Industrie auf Automatisierung, digitale Transformation und damit verbundene Initiativen wie Industrie 4.0, Smart Manufacturing und IIoT zubewegt, müssen Gerätehersteller zukünftige Anwendungen und Veränderungen in der Umgebung ihrer Kunden berücksichtigen.
Edge Computing die Plattformen müssen einfach, geschützt und autonom sein
Es gibt drei Grundprinzipien, die für wirklich effektive Edge Computing Plattformen. Sie sollten diese Überlegungen bei der Auswahl der richtigen Edge Computing Plattform für die Bedürfnisse eines Kunden:
Einfachheit
Eine Edge Computing Plattform sollte einfach zu installieren und in wenigen Minuten einsatzbereit sein.
Es würde eine leicht zu bedienende und intuitive Verwaltungsschnittstelle bieten und im Falle redundanter Systeme, wenn eine Einheit ersetzt werden muss, die Wiederherstellung des vollen Betriebs eines Systems nur einen einzigen Knopfdruck erfordern.
Nicht-redundante Systeme können ein Image-Backup im cloud vorhalten, das bei Bedarf automatisch wiederhergestellt werden kann.
Schutz
Nahtloses Failover in redundanten Systemen im Falle eines Ausfalls oder wenn die Plattform proaktiv ein anstehendes Problem erkennt.
Die Plattform sollte eingebettete Sicherheitsfunktionen enthalten.
Alle externen, unbenutzten Ports, wie z.B. USBs, sind deaktiviert und müssen bei Bedarf explizit eingeschaltet werden.
Passwortänderungen sind bei der ersten Anmeldung erforderlich, um zu vermeiden, dass bekannte und einfache Passwörter die Sicherheit gefährden, und diese Plattformen verfügen über eine eingebettete Firewall, die White-Listing und Black-Listing von IP-Adressen unterstützt.
Die Plattform bietet die Möglichkeit, den grundlegenden Zustand aller Anwendungen zu überwachen, die auf der Plattform ausgeführt werden, um Benutzer auf potenzielle Anwendungsprobleme oder darauf hinzuweisen, dass auf einer Plattform abtrünnige Anwendungen bereitgestellt wurden.
Autonomie
Sind Ihre edge computing Plattformen so ausgelegt, dass sie über längere Zeiträume ohne Verbindung zur Außenwelt laufen? Dank der vorausschauenden Zustandsüberwachung und der nahtlosen Ausfallsicherung können redundante Systeme weiter betrieben werden.
Plattformen sollten sich automatisch selbst verwalten und Funktionen wie den automatischen Lastausgleich bei unterschiedlichen Anwendungslasten durchführen.
Eine edge Compute-Plattform sollte aus der Ferne verwaltet werden, entweder über einen cloud -Dienst, oder sie kann über eine Reihe von Standard-APIs (Application Programming Interfaces) in eine Lösung für den Gerätehersteller oder die Kundenverwaltung eingebettet werden.
Konsolidieren Sie sowohl aktuelle als auch legacy Anwendungen
Kein redundanter Modus oder Clustering-Konfiguration erforderlich
Zusammenfassung
Der Markt der Maschinen- und Anlagenbauer tritt in eine Entwicklungsphase ein, die so viele Veränderungen mit sich bringen wird wie die Einführung der SPS vor einer Generation. Edge Computing ist eine entscheidende Technologie, die diesen Übergang ermöglichen und erleichtern wird. Edge Computing Plattformen werden eine wesentliche Rolle bei der Erweiterung der traditionellen Steuerungs- und Automatisierungsmöglichkeiten von Anlagen spielen. Sie werden auch die Brücke für Gerätehersteller sein, um Initiativen zur digitalen Transformation für sich selbst zu übernehmen und mit Initiativen ihrer Kunden zu integrieren.
Die Stratus ztC Edge Produktlinie besteht aus einer Reihe von Edge Computing Plattformen, die speziell für die Anforderungen von Industrieanlagen und abgelegenen Standorten entwickelt wurden. Als solche, ztC Edge Plattformen ideal für Maschinen- und Anlagenbauer, die ihre Fähigkeiten in traditionellen Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen verbessern und sich in Richtung Smart Machines bewegen, um Initiativen zur digitalen Transformation wie Smart Manufacturing, Industrie 4.0 und IIoT zu unterstützen.
Verbinden Sie Ihre Smart Machine mit dem Unternehmen und Cloud
Die ztC Edge Plattform unterscheidet sich von IPCs, die nicht gleichzeitig eine Vielzahl von Anwendungen unterstützen - durch die Virtualisierung kann sie mehrere verschiedene Anwendungen unterstützen, darunter leistungsfähigere Edge Gateways, die sich auf den Datenzugriff mit begrenzter Funktionalität konzentrieren. ztC Edge Die Plattformen unterscheiden sich auch von Servern der IT-Klasse, die nicht für raue Umgebungen ausgelegt sind, da sie robust sind, um erweiterten Temperaturbereichen standzuhalten, und keine beweglichen Teile haben.
Die ztC Edge Produktlinie ist einzigartig in der Art und Weise, wie sie sich den grundlegenden Herausforderungen der Maschinen- und Anlagenbauer stellt. Jede ztC Edge wird mit einer vorintegrierten Virtualisierungsschicht geliefert und ist so vorkonfiguriert, dass sie in weniger als 30 Minuten betriebsbereit ist.
Über Stratus Technologien
Stratus macht es einfacher, geschäftskritische Anwendungen rund um die Uhr am Laufen zu halten. Die Technologien von Stratusverhindern proaktiv ungeplante Ausfallzeiten sowohl auf data center als auch auf edge, und unsere Dienste sorgen dafür, dass Probleme behoben werden, bevor die Kunden sie brauchen. Global agierende Fortune-500-Unternehmen sowie kleine und mittelständische Firmen aus den verschiedensten Branchen weltweit verlassen sich seit mehr als 35 Jahren auf Stratus , wenn es um einfache, kontinuierliche Verfügbarkeit geht.
