Whitepaper

Intelligente Fabriken brauchen intelligentere Maschinen

Edge Computing Plattformen bieten neue Umsatz- und Kostensenkungsmöglichkeiten für Maschinen- und Anlagenhersteller

Was ist der beste Weg, um neue Generationen intelligenter Geräte zu 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 in diesem informationsreichen Whitepaper, was machine builders und Gerätehersteller tun können, um diese Konzepte umzusetzen, und wie Technologien wie Edge Computing die Anforderungen von Maschinenherstellern und Endkunden erfüllen können.

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 kann.

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. Smart Factories und Smart Manufacturing können nur erreicht werden, wenn Smart Machines so funktioniert, wie es von OEM entworfen oder vom Endbenutzer 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, was der beste Weg ist, um neue Generationen von intelligenteren Geräten zu entwickeln oder bestehende Designs und Einsätze in die Lage zu versetzen, die von den Kunden geforderten Anforderungen zu erfüllen. Edge Computing ist ein Ansatz, der viele der wichtigsten Designanforderungen lösen kann.

Was ist Edge Computing?

Edge Computing kommt in vielen Formen vor und kann allgemein als jede Datenverarbeitung definiert werden, die außerhalb der data center stattfindet. Bei einer so weit gefassten Definition ist es nicht verwunderlich, dass es viele verwirrende Definitionen gibt, die sowohl die IT-Branche als auch die Automatisierungs- und Steuerungsbranche umfassen, die wir als Operational Technology (OT) bezeichnen.

Gartner, ein großes Analystenunternehmen, hat eine einfache Topologie veröffentlicht, die es jedem ermöglicht zu verstehen, welche Art von Edge computing für ihn nützlich sein könnte. Dieses Topologiebild demonstriert einen Infrastruktur-Technologie-Stack, der die Arten von Servern, Geräten oder Plattformen zeigt, die als Edge Computing charakterisiert werden können und wo sie sich vom physischen Endpunkt "am Rand" der Datenquelle befinden. Es spielt auf die Arten von Rechenleistung, Erfassung, Analyse und Datenbewegung an, die außerhalb des eigentlichen data center verfügbar sind. Edge bietet extrem wichtige Vorteile für Gerätehersteller und ihre Kunden.

Aus dieser Topologie ist leicht zu erkennen, dass die Device Edge bis hin zum Compute Edge für Maschinen- und Anlagenbauer anwendbar sind. In der Praxis haben heutzutage 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 eine Device 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 wird. Daher sind andere Arten von speziell angefertigten Edge-Computerplattformen erforderlich, um die Kundenanforderungen zu erfüllen.

Wenn es um die Modernisierung von Maschinensteuerungs- und Automatisierungssystemen geht, ist es der Compute Edge, der für Anlagenbauer im Mittelpunkt stehen sollte. Edge Computing bietet alle Eigenschaften und Fähigkeiten, die Maschinen- und Anlagenbauer benötigen, um ihre aktuellen Designs zu verbessern und zur Lieferung von noch intelligenteren Anlagen überzugehen.

Edge Computing ermöglicht smart machines & Geräte

Edge Computing ist eine skalierbare, modulare Technologie, die die Entwicklung von standardisierten, modularen Softwarekomponenten und -anwendungen zur Steigerung der Effizienz unterstützt.

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.

Bei der Implementierung kann Edge Computing eine reibungslose Entwicklung von den heutigen Geräten zu digitalisierten Maschinen ermöglichen, die in die Betriebsabläufe eines Kunden integriert sind. Dies umfasst mehrere Funktionen wie On-Prem- oder Cloud -Konnektivität bis hin zu vollständig integrierten Smart Machines , die die digitale Transformation ohne komplexe Nachrüstung und Neugestaltung umfassen.

Edge Computing Eigenschaften für Maschinen- und Anlagenbauer

Während die Kategorie "Compute Edge" recht breit gefasst ist, gibt es eine Reihe von Schlüsselmerkmalen, die die Arten von Funktionen einschränken, die speziell für einen Maschinen- oder Anlagenhersteller gelten.

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 vorhandene IPC als "virtueller IPC" oder virtuelle Maschine auf der Plattform Edge Computing laufen. Dies ermöglicht die Konsolidierung aller vorhandenen 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, die Bedienung und Überwachung von Maschinen und Anlagen wesentlich flexibler zu gestalten. Mit dem traditionellen IPC/HMI-Ansatz ist beispielsweise jede Station an einer Maschine oder Anlage auf das beschränkt, was dieser IPC/HMI anzeigen kann, sodass nur ein einziger Bediener komplexe Anlagen von einem einzigen Standort aus überwachen kann. Dies ist kein ideales Modell. Mit Hilfe der Virtualisierung können Anlagenhersteller eine höhere Flexibilität für ihre Kunden erreichen, indem mehrere Personen an verschiedenen Stationen auf Daten und Anwendungen zugreifen können. Dieses autonome Modell wird bevorzugt und bietet den Kunden mehr Möglichkeiten.

Hinzufügen neuer Anwendungen für Analytik und digitale Transformation

Mit Virtualisierung kann es potenziell einfacher sein, neue Anwendungen hinzuzufügen, indem einfach eine neue virtuelle Maschine auf Ihrer Edge Computing Plattform erstellt wird. Dies ebnet den Weg für das Hinzufügen neuer Anwendungen ohne Auswirkungen auf bestehende Anwendungen. Dies kann eine lokalisierte Datenerfassung, Echtzeitanalysen und Datenfilterung vor dem Transport an externe Standorte, wie z. B. die data center eines Kunden, oder an die Cloud, vielleicht Ihre eigene, beinhalten. Dies kann auch von Dingen wie Datenschutzgesetzen abhängen und setzt natürlich voraus, dass Sie 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, aber es wird bei Initiativen zur digitalen Transformation immer wichtiger. 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 Operational Technology (OT). Das Fachwissen zur Entwicklung anspruchsvoller analytischer Fähigkeiten, vielleicht unter Einbeziehung von maschinellem Lernen (ML) und künstlicher Intelligenz (KI), sowie die Fähigkeit, entsprechende Daten sicher an eine data center oder an die 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.

Die Plattformen vonEdge Computing bieten Geräte- und Maschinenherstellern die Möglichkeit, neue umsatzsteigernde Dienstleistungen anzubieten und gleichzeitig die Kosten zu senken und die TCO zu verbessern.

Neue Einnahmemöglichkeiten

Viele der Funktionen und neuen Anwendungen, die Edge Computing Plattformen unterstützen, schaffen die Möglichkeit neuer umsatzbringender Dienstleistungen oder die Optimierung bestehender Service- und Supportleistungen. Ein Trend, der sich beispielsweise abzuzeichnen beginnt, ist das Konzept der "Maschine als Service" oder "Ausrüstung als Service", bei dem der Endkunde auf der Basis von Zeit oder Nutzung anstelle eines traditionellen Kapitalkaufs bezahlt. Um ein solches Modell erfolgreich zu implementieren und aufrechtzuerhalten, muss der Maschinen- oder Anlagenhersteller das Leistungs- und Wartungsprofil der Anlagen verstehen 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 selbstverständlich, aber Edge Computing Plattformen werden von einer Vielzahl von Anbietern geliefert - nicht alle von ihnen kennen die endgültige Betriebsumgebung der Geräte. Es geht nicht nur um Robustheit, sondern auch darum, Ausfallzeiten zu vermeiden, Wartung und Support so einfach wie möglich zu gestalten und Fernüberwachung anzubieten. In ähnlicher Weise müssen Edge Computing Plattformen in der OT-Welt darauf vorbereitet sein, über lange Zeiträume hinweg autonom zu arbeiten, da oft keine Verbindung zur Außenwelt besteht.

Kostensenkungen

Letztendlich wird die Einführung von Edge Computing nur dann rentabel, wenn sie den strengen Kostenvorgaben der hart umkämpften Märkte entspricht, in denen die Gerätehersteller agieren. Bei der Bewertung von Edge Computing Plattformen ist es wichtig, sowohl die Kapitalkosten als auch die Entwicklungs- und laufenden Kosten zu berücksichtigen. Zusätzlich zu den Einsparungen durch Dinge wie Virtualisierung, sind die Kosten eine Funktion des Wertes. 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 verwandte Initiativen wie Industrie 4.0, Smart Manufacturing und IIoT zubewegt, müssen Gerätehersteller zukünftige Anwendungen und Veränderungen in der Umgebung der Kunden berücksichtigen.

Edge Computing Plattformen müssen einfach, geschützt und autonom sein

Es gibt drei Hauptgrundsätze, die wirklich effektive Edge Computing Plattformen bestimmen. Sie sollten diese Überlegungen im Hinterkopf behalten, wenn Sie die richtige Edge Computing Plattform für die Bedürfnisse eines Kunden auswählen:

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 dafür ausgelegt, über längere Zeiträume ohne Verbindung zur Außenwelt zu laufen? Die vorausschauende Zustandsüberwachung und das nahtlose Failover ermöglichen es, redundante Systeme weiterlaufen zu lassen.
  • 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 -Service, oder sie kann über eine Reihe von Standard-APIs (Application Programming Interfaces) in eine Gerätehersteller- oder Kundenverwaltungslösung eingebettet werden.

Spart Ihnen Zeit und Mühe

  • Unterstützt OVF-Appliances, einschließlich VMware-Images
  • 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 Evolutionsphase 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 Automatisierungsfunktionen von Anlagen spielen. Sie werden auch die Brücke für Gerätehersteller bilden, um Initiativen zur digitalen Transformation für sich selbst zu übernehmen und mit Initiativen ihrer Kunden zu integrieren.

Mehr Informationen

Weitere Informationen zu Geräten und Maschinenherstellern finden Sie unter: https://www.stratus.com/oem/

Weitere Informationen über die Produktlinie Stratus ztC Edge finden Sie unter https://www.stratus.com/solutions/platforms/ztc-edge/

Stratus ztC™ Edge-Plattform für machine builders

Die Stratus ztC Edge Produktlinie ist eine Reihe von Edge Computing Plattformen, die speziell für die Anforderungen von Industrieanlagen und abgelegenen Standorten entwickelt wurden. Als solche sind die ztC Edge Plattformen ideal für Maschinen- und Anlagenbauer, die ihre Fähigkeiten in traditionellen Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen aufrüsten und sich in Richtung Smart Machines bewegen, die Initiativen zur digitalen Transformation wie Smart Manufacturing, Industrie 4.0 und IIoT 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 unterschiedliche Anwendungen unterstützen, zu denen auch leistungsfähigere Edge-Gateways gehören, die sich auf die Bereitstellung von Datenzugriff mit begrenzter Funktionalität konzentrieren. ztC Edge 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 Produktlinie ztC Edge ist einzigartig in der Art und Weise, wie sie grundlegende Herausforderungen von Maschinen- und Anlagenbauern adressiert. Jedes ztC Edge wird mit einer vorintegrierten Virtualisierungsschicht geliefert und ist so vorkonfiguriert, dass es in weniger als 30 Minuten in Betrieb genommen werden kann.

Über Stratus Technologien

Stratus reduziert die Komplexität, geschäftskritische Anwendungen rund um die Uhr am Laufen zu halten. Stratus' Technologien verhindern proaktiv ungeplante Ausfallzeiten sowohl im data center als auch am Edge, und unsere Services stellen sicher, dass alle Probleme behoben werden, bevor der Kunde sie braucht. Global agierende Fortune-500-Unternehmen und kleine bis mittelständische Unternehmen in den verschiedensten Branchen auf der ganzen Welt verlassen sich seit mehr als 35 Jahren auf Stratus für eine betrieblich einfache, kontinuierliche Verfügbarkeit.

Erfahren Sie mehr unter stratus.com heute.

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