Software-definiert zum modernen Fertigungsbetrieb

Die zunehmende Automatisierung ist eine branchenübergreifende Entwicklung, die nicht aufzuhalten ist, da sie erhebliche Vorteile hinsichtlich Effizienzsteigerung, Qualitätsverbesserung und Kostensenkung bietet. Um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu sichern, sollten auch Unternehmen aus der Fertigungsbranche die Möglichkeiten neuer Technologien nicht ungenutzt lassen, um die Automatisierung und Konsolidierung konsequent voranzutreiben.

Automatisierung ist im Fertigungsumfeld kein neues Thema. Sie spielt schon immer eine wichtige Rolle im Hinblick auf die Produktivität. Allerdings wird sie bisher vor allem im Zusammenhang mit Robotik und speicherprogrammierbaren Steuerungen gesehen. Die Entwicklung geht jedoch weiter und eröffnet durch neue Technologien ein zusätzliches Automatisierungspotenzial. Von Bedeutung ist dabei hauptsächlich der starke Trend in Richtung Software-defined. Damit 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) bieten hier die entscheidende Unterstützung. 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 Cluster konsolidiert werden. Das heißt, die Controller werden virtuell betrieben. Ein solcher Software-definierter Manufacturing-Ansatz ist auch die Basis für die Umsetzung einer virtuellen speicherprogrammierbaren Steuerung (vSPS).

Die Vorteile einer solchen Umgebung sind weitreichend. So können Upgrades und Updates zentral und automatisiert im Cluster erfolgen. Damit wird auch ein individuelles Patchen einzelner physischer Controller überflüssig, das heute vereinzelt noch mit USB-Sticks durchgeführt wird. Zudem ist es möglich, neue Funktionalitäten schneller auszurollen. Darüber hinaus ist eine bessere Auslastung der Systeme gewährleistet, da fragmentierte Rechner zu einem Overprovisioning tendieren. Nicht zuletzt erleichtert eine virtuelle Umgebung die Integration von Controllern mit anderen Systemen.

Der Aufbau einer Software-definierten Fertigungsumgebung ist auch ein Beispiel für die zunehmende Konvergenz von OT und IT, bei der IT-Ansätze auf klassische OT-Umgebungen angewendet werden. Damit ist es etwa möglich, das Konfigurationsmanagement zu optimieren. Konfigurationen können in einem Git-Versionskontrollsystem abgelegt und dann mit GitOps verteilt werden. Dadurch wird die Automatisierung im Fertigungsbetrieb ebenfalls entscheidend vorangetrieben.

Wenn ein Fertigungsunternehmen den Software-definierten Weg einschlägt, 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. Die ML-Modelle können ebenfalls in Container-Images gelegt und dann unter Nutzung von DevOps- und GitOps-Verfahren an die Edge-Geräte ausgerollt werden. Container sind ohnehin die Grundlage für die Bewältigung von KI-Workloads und die Beschleunigung des ML-Lifecycles, denn sie bieten Data Scientists die Agilität, Flexibilität, Portierbarkeit und Skalierbarkeit, die für ML-Modelle benötigt wird.

Insgesamt können somit ein Software-definierter-Ansatz und Container-Technologien den Manufacturing-Bereich nachhaltig verändern. Diese Entwicklung ist auch nicht aufzuhalten, wie der generelle Trend zur Nutzung von Container-Plattformen belegt. Selbst klassische MES (Manufacturing Execution Systems) werden schließlich zunehmend in Container-Umgebungen portiert, da diese viele Vorteile wie einen effizienteren Betrieb, schnellere Software-Updates oder eine bessere Verfügbarkeit bieten können.