Automatisierung in der Fertigung Mehr Effizienz mit Software-Defined Manufacturing und Container-Technologien

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Automatisierung spielt im Fertigungsbereich eine entscheidende Rolle im Hinblick auf Produktivität und Effizienz, Kosten sowie Qualität. Software-Defined Manufacturing und der Einsatz von Container-Technologien können den Manufacturing-Bereich nachhaltig verändern, so Stefan Bergstein, Chief Architect Manufacturing bei Red Hat.

Derzeit wird Automatisierung im Fertigungsumfeld noch hauptsächlich im Zusammenhang mit Robotik und speicherprogrammierbaren Steuerungen gesehen. Die Entwicklung geht jedoch weiter und zeigt das zusätzliche Automatisierungspotenzial, das neue Technologien bieten. Vor allem der starke Trend in Richtung Software-Defined ist dabei von Bedeutung.

Mit neuen Lösungsansätzen für die Automatisierung kann eine zentrale Herausforderung im Manufacturing-Bereich bewältigt werden, und zwar die bisher aufwendige Administration und Steuerung der zahlreichen Industrie-PCs und Controller an den Fertigungslinien. Containerisierung und der Einsatz von virtuellen Maschinen (VMs) bietet hier die entscheidende Unterstützung.

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Das ist Software-Defined Networking (SDN)

Software-Defined Networking ist ein Ansatz für die IT-Infrastruktur, der Netzwerkressourcen in ein virtualisiertes System extrahiert, die sogenannte Netzwerkvirtualisierung. SDN trennt Weiterleitungs- von Steuerungsfunktionen im Netzwerk mit dem Ziel, ein Netzwerk zu schaffen, das zentral gemanagt und programmiert werden kann. Es erfolgt also eine Trennung von Control Plane und Data Plane. Mit SDN kann ein IT-Operations-Team den Netzwerkverkehr in komplexen Netzwerktopologien über ein zentrales Panel steuern, anstatt jedes Netzwerkgerät manuell zu bedienen. SDN kann in Verbindung mit SDS (Software-Defined Storage) und anderen Technologien einen Ansatz für die IT-Infrastruktur bilden, der als Hyperkonvergenz bezeichnet wird: ein softwaredefinierter Ansatz für alles.

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Technologische Voraussetzung dafür ist die Etablierung einer Software-definierten Fertigung mit einer Entkopplung von Hardware und Software. Dadurch können zum Beispiel die vielen kleinen Computer an einer Produktionslinie zusammengefasst und Software-definiert in einem Mini-Datacenter konsolidiert werden. Das heisst, die Controller werden virtuell betrieben. Ein solcher Software-definierter Manufacturing-Ansatz ist die Basis für die Umsetzung einer virtuellen speicherprogrammierbaren Steuerung (vSPS).

Die Vorteile einer solchen Umgebung sind vielfältig:

• Upgrades und Updates können zentral und automatisiert erfolgen. Ein Patchen der einzelnen Controller, das vereinzelt noch mit USB-Sticks durchgeführt wird, ist so überflüssig.

• Neue Funktionalitäten können schneller ausgerollt werden.

• Eine bessere Auslastung der Systeme ist gewährleistet, da fragmentierte Rechner zu einem Overprovisioning tendieren.

• Eine virtuelle Umgebung erleichtert die Integration von Controllern mit anderen Systemen.

Insgesamt ist der Aufbau einer Software-definierten Fertigungsumgebung ein Beispiel für die zunehmende Konvergenz von Betriebstechnologie (OT) und Informationstechnologie (IT). Hierbei werden IT-Ansätze auf klassische Umgebungen angewendet. Damit ist es etwa möglich, das Konfigurationsmanagement zu optimieren. Konfigurationen können in einem Git-Versionskontrollsystem abgelegt und dann mit GitOps verteilt werden. Die Automatisierung im Fertigungsbetrieb wird damit entscheidend vorangetrieben.

Vorteile Container-Ansatz

Geht ein Fertigungsunternehmen den Software-definierten Weg, kann es ausserdem von den neuesten Entwicklungen rund um Container-Technologien profitieren. Dazu gehört zum Beispiel die Möglichkeit, unter Nutzung einer einfachen Beschreibungssprache Container-Images für Betriebssystem und Applikationsplattform zu erstellen und dann unter Nutzung von Container-Technologien in der Edge-Infrastruktur zu verteilen. So können Konfigurationsabweichungen vom gewünschten Sollzustand bei den zahlreich eingesetzten Edge-Geräten vermieden werden, die zu Inkonsistenzen, Sicherheitslücken und einem hohen Managementaufwand führen.

Der Container-Ansatz bietet auch im Hinblick auf die steigende Nutzung von ML-Technologien in der Fertigungsindustrie Vorteile. So können die ML-Modelle ebenfalls in Container-Images gelegt und dann mit Container-Technologien an die Edge-Geräte ausgerollt werden.

Im Fertigungsbetrieb kann so die Automatisierung und Konsolidierung durch Nutzung moderner Technologien aktiv vorangetrieben werden. Um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu sichern, sollten die Unternehmen die neuen Möglichkeiten nicht ungenutzt lassen. Schliesslich ist die zunehmende Automatisierung eine branchenübergreifende Entwicklung, die nicht aufzuhalten ist und die erhebliche Vorteile hinsichtlich Effizienzsteigerung, Qualitätsverbesserung und Kostensenkung bietet.

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