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Cloud- und Edge-Computing rücken zusammen

Cloud- und Edge-Computing rücken zusammen
Datenanalyse an jedem Ort

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Edge- oder Cloudcomputing? Diese Frage stellt sich zwangsläufig bei der Automatisierung großer Anlagen mit einer ganzen Menge produktionsrelevanter und sensibler Daten. Das eine schließt jedoch das andere nicht aus. Siemens macht es vor und verbindet das cloudbasierte Betriebssystem Mindsphere intelligent mit der Digitalisierungslösung Industrial Edge, die die Automatisierung um die maschinennahe Datenverarbeitung erweitert.

Die optimale Nutzung von Daten wird für die Industrie immer wichtiger. Viele Unternehmen haben das bereits erkannt und analysieren mithilfe eigener Software Daten aus Maschinen und Anlagen auf Industrie-PCs. Das bringt zwar wertvolle Erkenntnisse, ist aber aufwendig und erfordert häufige manuelle Updates, damit Software, Betriebssystem und Cybersecurity immer auf dem neuesten, sichersten Stand sind. Mit dem cloudbasierten, offenen Internet-der-Dinge-Betriebssystem Mindsphere von Siemens kann die Industrie weltweit Maschinen, Anlagen und physische Infrastruktur schnell und ökonomisch mit der digitalen Welt verbinden. Die Nutzung der Daten einer praktisch beliebigen Zahl verbundener intelligenter Geräte, Unternehmenssysteme und angeschlossener Quellen ermöglicht die Analyse von Echtzeitbetriebsdaten. Diese Analyse führt dann zu optimierten Prozessen, Ressourceneinsparung und Produktivitätszuwächsen, zur Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und Reduzierung der Betriebs- und Wartungskosten. Als offene Platform-as-a-Service (PaaS) bietet Mindsphere ein reichhaltiges (und expandierendes) Partnerökosystem, das neue Anwendungen für die zahlreichen industriellen Sektoren in aller Welt entwickelt und bereitstellt.

Architektur des cloudbasierten Betriebssystems

Mindsphere ist das Betriebssystem, auf dem die IoT-Lösungen von Siemens laufen. Um Mindsphere funktionsfähig zu machen und seine Nutzbarkeit zu verbessern, wurde eine mehrschichtige, verbundene Architektur geschaffen. Mindsphere-Anwendungen werden von den aus verschiedenen Branchen stammenden globalen Experten von Siemens auf diesem Gebiet sowie von Drittanbietern entwickelt. Siemens pflegt auch ein breit gefächertes Ökosystem äußerst erfahrener Partner, zu dem gut bekannte unabhängige Softwareanbieter gehören, um Anwendungen zu entwickeln. Die Mindsphere-PaaS wird weltweit in sicheren Rechenzentren qualifizierter Cloudanbieter wie AWS oder Azure gehostet. Sie bietet vollständige Produktions-, Betriebs- und Entwicklerumgebungen. Über die Konnektivitätsschicht stellt ein Unternehmen die Verbindung aller physischen Assets, Web- und Unternehmensinformationstechnologiesysteme mit Mindsphere her.

Aber wie verbinden Unternehmen jedes Asset an jedem Standort mit einem zentralen System? Die Siemens-Lösung Mindconnect stellt diese Konnektivität für Mindsphere bereit. Das in Mindconnect integrierte Sicherheitsframework orientiert sich an den strengsten Branchenstandards und behördlichen Empfehlungen. Cloudkonnektivität wird über Protokolle wie HTTPS oder MQTT bereitgestellt, außerdem werden zahlreiche Geräteprotokolle wie S7, OPC UA, LoRaWAN, Modbus, CoAP, XMPP, 6LowPan, LWM2M, AMQP und andere unterstützt.

Physische Geräteverbindungen können mit einem kleinen Mindconnect-Gerät hergestellt werden: einem Mindconnect Nano oder Mindconnect IoT2040. Diese Geräte stellen sowohl für Greenfield- als auch Brownfieldinstallationen eine direkte und sichere Verbindung her. Mit Plug-and-play-Verbindungen können Assets ohne Produktionsausfallzeit hinzugefügt werden. Zudem können Unternehmen auch mit der SPS Siemens S7–1500 über die TIA-Portal Step-7-Bibliothek eine direkte Verbindung mit Mindsphere und der digitalen Welt herstellen.

Lücke zwischen Local und Cloud Computing schließen

Kunden, die sowohl von Cloud- als auch lokalen Technologieinnovationen profitieren möchten, können Mindsphere durch Bereitstellung von Software auf Edge-Geräten und Gateways durch Verwendung der Mindconnect-LIB und Mindconnect-API erweitern. Dies liefert erweiterte Analyse- und Leistungsinformationen in sicherer Nähe zur Anlage zur schnelleren Verarbeitung in nahezu Echtzeit, was die Latenz minimiert und eine Vielzahl von Anwendungsfällen für beschreibende, diagnostische, prädiktive und präskriptive Analyse ermöglicht. Hierzu wird die Cloudkonnektivität in Kombination mit Edge-Anwendungen von Siemens oder Drittanbietern in einer integrierten Hardware-/Softwareumgebung genutzt.

Auf Seiten der Maschinen und Anlagen bietet Siemens Industrial Edge die Möglichkeit, je nach individuellen Anforderungen die Lücke zwischen der lokalen Datenverarbeitung und der cloudbasierten Datenverarbeitung zu schließen. Mit Edge Computing lassen sich große Datenmengen lokal in nahezu Echtzeit verarbeiten. Hierfür stellt Siemens Anwendern ein breites Spektrum an Applikationen zur Verfügung, darunter Datenverarbeitung, Datenvisualisierung per Webserver, Datenübertragung in die Cloud- oder IT-Infrastruktur sowie schnelle Innovationszyklen bei der App-Entwicklung. Zusätzlich verringern sich für Anwender die Speicher- und Übertragungskosten, da große Datenmengen vorverarbeitet werden und ausschließlich relevante Daten anschließend in eine Cloud- oder IT-Infrastruktur übertragen werden. Siemens Industrial Edge unterstützt Cloud-Übertragungsprotokolle für Mindsphere sowie MQTT. Das macht die Datenübertragung sicher und effektiv. Für die unterschiedlichen diagnostischen und vorausschauenden Analyseanwendungen wird die Cloud-Konnektivität in Verbindung mit Edge Apps von Siemens, von Drittanbietern oder von den Anwendern selbst genutzt. Anwender können über das Edge-Management-System Softwareapplikationen (Edge Apps) aus dem Edge App Store des Backend-Systems, z. B. Mindsphere, auf die gewünschten Edge-Geräte installieren. Ein Anwendungsbeispiel für diese Technologie ist das Sinamics-Antriebssystem. Machine-Learning-Algorithmen identifizieren Muster und erkennen Anomalien und deren Ursachen und geben so rechtzeitig Hinweise auf eine eventuell anstehende Wartung.

Eine App für Feldgerätedaten

Für Prozessanlagen stellt Siemens die App Sitrans SAM IQ für das Smart Asset Management (SAM) von Feldgeräten zur Verfügung. Mit der App lassen sich wertvolle Informationen nutzen, die bisher verborgen waren. Dies sind vor allem zusätzliche Diagnosedaten, die gesammelt, aufbereitet und übersichtlich visualisiert werden. Die Entwicklung der App orientierte sich eng an den Anforderungen der Namur. Die App kann sowohl Daten von Siemens-Feldgeräten als auch von anderen Geräteherstellern verarbeiten. Durch die Abbildung der Gerätedaten in einem einheitlichen Informationsmodell lassen sich erstmals herstellerübergreifende Informationen ableiten und vergleichen.

Sitrans SAM IQ bietet dem Anwender eine benutzerfreundliche Übersicht aller integrierter Feldgeräte. Für die einfache Priorisierung von Instandhaltungsmaßnahmen stellt die App den Gerätezustand – nach Namur NE107 – auf einen Blick dar. Des Weiteren werden dem Anwender zahlreiche Auswertungs- und Überwachungsmöglichkeiten zur Verfügung gestellt. Zudem können durch die ereignisgesteuerte Wartung der Feldgeräte die Instandhaltungskosten minimiert werden.

Zu den umfangreichen Funktionalitäten gehört auch die Nachverfolgung eines Feldgerätes über den gesamten Lebenszyklus einer Messstelle, bei einem Gerätetausch oder einer Reparatur. Im Falle von ungewollten Konfigurationsänderungen oder unbefugtem Zugriff lassen sich alle Änderungen durch ein Event-Log einfach erkennen und Wiederherstellungen anstoßen. Zudem sind Anwender durch Sitrans SAM IQ in der Lage, Messungen durch die gerätespezifische Diagnose von Prozesswerten zu validieren. Individualisierbare Multiparameter-Dashboards unterstützen bei der Optimierung sämtlicher Prozesse. So können Werte zwischen Geräten verglichen und spezifische Plausibilitätsprüfungen durchgeführt werden. Die cloudbasierte App ist sowohl für den Desktop PC als auch für mobile Endgeräte, wie Tablet und Smartphone verfügbar und bietet dem Anwender einen einfachen Zugriff – überall und jederzeit.

Siemens AG, Nürnberg


Dr. Martin Augustin, Produktmanagement Digitalisierung & Plattformen, Siemens AG

Statement

„Assetmanager und Serviceteams haben mit der neuen App Sitrans SAM IQ Zugriff auf bisher ungenutzten Daten von feldbusfähigen Prozessgeräten. Die App überwacht dabei zum Beispiel Konfiguration-/Geräteänderungen und vor allem den „Gesundheitszustand“ – und das herstellerübergreifend!“


Daniela Held

Redakteurin




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