Edge & Cloud Computing

Die optimale Architektur für IoT-Plattformen

Skalierbarkeit, Pay-per-Use und ein einfaches Deployment sind aus Sicht der Entwicklung zentrale Vorteile des Cloud-Computings. Mittels Edge Computing können diese Stärken nun direkt auf dem Shopfloor genutzt werden. Predictive Maintenance und Condition Monitoring sind nur zwei mögliche Anwendungsfälle, die sich mittels Edge und Cloud-Technologien realisieren lassen.

In Verbindung mit entsprechenden Kommunikationsschnittstellen entstehen so intelligente Lösungen. Wir unterstützen Sie gerne in allen Phasen Ihrer Edge oder Cloud-Computing Projekte.

Anforderungen der Industrie an IT-Infrastruktur

Industrie 4.0 hat das Ziel, die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie zu sichern. Die digitale Transformation  ermöglicht die Individualisierung in der Fertigung von geringeren Losgrößen bei gleichzeitig hoher Produktivität und geringen Kosten. Die Digitalisierung setzt demnach die Vernetzung von Objekten, die Erhebung von Daten auf Feldebene, sowie die Verarbeitung dieser Daten bis zur Nutzung durch Extraktion zu Informationen voraus. Daraus resultieren hohe Anforderungen an die IT-Infrastruktur.

Durch das Internet der Dinge verschmelzen die virtuelle und die reale Welt. Alle Objekte mit Netzwerkzugriff, wie z. B. Sensoren und Aktoren können über das Internet adressiert werden, Informationen über ihre Umgebung mitteilen und wiederum beeinflusst werden. Herausforderungen sind dabei große Datenmengen, schnelle Übertragungsgeschwindigkeiten und hohe Rechenleistungen. Zur Lösung dieser Anforderungen bietet sich der Einsatz von Cloud bzw. Edge Cloud Computing an.

Cloud dargstellt als Vektoren

Begriffserklärung Cloud Computing

Wolke als Symbol für den Begriff Cloud

Cloud

Der Begriff Cloud ist definiert als die Nutzung von spezieller IT-Infrastruktur, um IT-Ressourcen dynamisch über das Internet zur Verfügung zu stellen und die Nutzung nach flexiblen Bezahlmodellen abzurechnen.

Wolke mit offenem Schloss als Symbol für den Begriff Public Cloud

Public Cloud

Eine Public Cloud ist die öffentliche Cloud eines beliebigen Anbieters. Sie kann sich von einer SaaS-Anwendung wie Google Docs oder Microsoft Office 365 bis hin zur IaaS-Lösung durch die Clouds von Google, Amazon oder Microsoft erstrecken.

Wolke mit Personen als Symbol für den Begriff Community Cloud

Community Cloud

Eine Community Cloud sind Infrastrukturen, die von mehreren Unternehmen - beispielsweise im Kontext eines Projekts - gemeinsam betrieben und genutzt werden, wobei bestimmte Dienste geteilt werden.

Servicemodelle von Cloud-Technologien

Cloud-Anwendungen können durch folgende Servicemodelle unterschieden werden:

Bei Software as a Service werden browserbasierte Softwareanwendungen genutzt, die i. d. R. kostengünstig über das Internet angeboten und ohne spezielle IT-Kenntnisse orts- und zeitunabhängig genutzt werden können. Die Softwarelizenzen werden nicht erworben, sondern nur für die Nutzung bzw. Bereitstellung bezahlt (z. B. zeitabhängig, leistungsabhängig). Zielgruppe sind Softwareanwender.

Das Servicemodell Platform as a Service bietet eine flexibel erweiterbare Plattform (mit einer leistungsfähigen Umgebung) für Softwareentwickler, um Anwendungen orts- und zeitunabhängig entwickeln und ausführen zu können. Es wird keine Hardware angeschafft, sondern flexibel nach Bedarf genutzt und bezahlt. Zielgruppe sind Softwareentwickler.

Bei Infrastructure as a Service wird ein virtuelles Rechenzentrum genutzt, das über flexibel und beliebig skalierbare IT-Ressourcen (Rechenleistung, Speicher, Netzwerke) verfügt. Es wird keine Hardware angeschafft, sondern flexibel nach Bedarf genutzt und bezahlt. Zielgruppe sind IT-Architekten.

Beim Servicemodell On Premise werden alle IT-Ressourcen (Rechenleistung, Speicher, Server und Netzwerke) in eigener Verantwortung aufgebaut, genutzt und betrieben. Dies ist  die klassische IT-Infrastruktur, ohne Nutzung von Cloud-Technologien.

Pyramidenförmige Grafik zeigt Servicemodelle von Cloud-Technologien

Charakterisierung von Cloud-Technologien

On-demand Self-Services

Nutzer können jederzeit über das Internet auf IT-Ressourcen in der Cloud zugreifen. Es ist keine Kontaktaufnahme mit dem Anbieter notwendig.

Broad Network Access

Nutzer können mithilfe von stationären bzw. mobilen Endgeräten (Computer, Laptop, Tablet, Smartphone) über das Internet auf die IT-Ressourcen in der Cloud zugreifen.

Resource Pooling

Den Nutzern wird gemeinsam ein Pool an IT-Ressourcen (z. B. Server, Speicher) zur Verfügung gestellt, deren Leistungen von jedem Nutzer individuell genutzt werden können.

Rapid Elasticity

Die IT-Ressourcen und Services werden gemäß den Anforderungen schnell und flexibel zur Verfügung gestellt und können nahezu beliebig angepasst/ skaliert werden.

Vorteile von Cloud Computing

  • kurzfristige Skalierbarkeit bzgl. Rechenleistung & Speicherplatz
  • Nutzung standardisierter Services aus Online-Marktplätzen
  • Anbieten und Vermarktung eigener Services
  • Möglichkeit des Kundenkontakts und  -bindung über die Cloud
  • Anbieten neuer Geschäftsmodelle
  • Zugriff auf die IT-Ressourcen jederzeit und von überall
  • kein Administrationsaufwand, inkl. Datensicherung
  • keine Investitionskosten
  • keine Ausfallsrisiken bezüglich der Infrastruktur
  • Pay-per-Use: Abrechnung nach tatsächlicher Nutzung

Nachteile von Cloud Computing

  • keine Echtzeitfähigkeit durch Latenzzeit
  • höheres Ausfallrisiko Internetverbindung
  • Abhängigkeit von verfügbarer Bandbreite
  • ggf. höhere Kosten für IT-Ressourcen
  • höheres Sicherheitsrisiko: ggf. Übermittlung vertraulicher Daten über Server im Ausland
  • Vendor Lock-In: höherer Aufwand bei Anbieterwechsel

Edge/ Fog Computing

Edge Computing beschreibt eine Art und Weise der dezentralen Datenverarbeitung, welche am Rand des Netzwerks stattfindet. Dabei werden Daten dort verarbeitet, wo sie generiert bzw. gesammelt werden.

Edge Computing wird in Form einer Private Cloud mit eigenen Servern, Rechnern und Speichern am Unternehmensstandort betrieben. Dies hat Vorteile bezüglich des Datenschutzes, der IT-Sicherheit und der Performance. Der Zugang ist häufig ausschließlich für eigene Mitarbeiter eingerichtet. Bei einer Private Cloud handelt es sich oft um unternehmensspezifische Software, eine Plattform oder ein Intranet. Der gesicherte Zugriff über das Internet kann nach Bedarf ebenfalls eingerichtet werden. 

verschiedene Edge Cloud Services in Wolke angeordnet
Edge-/ Fog Computing schließt die Lücke zwischen Cloud- und Feldebene

Vorteile von Edge Computing

  • sehr hohe Datenübertragungsraten verfügbar
  • geringe Latenzzeiten und Echtzeitfähigkeit
  • Datenhoheit: Server & Daten bleiben im Unternehmen
  • Unabhängigkeit: keine Bindung an externe Cloud-Anbietern
  • zeit- & ortsunabhängiger Datenzugriff über Internet bzw. Intranet

Nachteile von Edge Computing

  • keine kurzfristige Skalierbarkeit hinsichtlich Rechenleistung & Speicherplatz
  • Aufwand und Verantwortung für Administration der Infrastruktur (Personal, Know-how, Datensicherung, Kosten)
  • Investitions- und Wartungskosten trägt das Unternehmen

Unsere Empfehlung: Hybrid-Cloud

Einsatz einer Hybrid-Cloud-Lösung bestehend aus

    • einer Edge Lösung mit lokalen Servern und der Software für die Erfassung und Auswertung der lokalen Sensor-, Maschinen- und Fertigungsdaten nahe am Entstehungsort zur direkten Beeinflussung und Steuerung der Prozesse
    • einer Cloud Lösung mit virtuellen Servern und der Software zur standortübergreifenden Aggregation von Anlagen-, Prozess- und Logistikdaten zur standortübergreifenden Steuerung und für das Deployment neuer Software

Hybrid-Cloud-Lösung

Die Hybrid-Cloud ist eine Mischform aus Private Cloud und Public Cloud. Bestimmte Services werden über das Internet bei öffentlichen Anbietern betrieben, datenschutzkritische oder leistungsintensive Anwendungen und Daten in der eigenen Cloud.

Durch den sich ergänzenden Einsatz von Edge- und Cloud-Computing bietet sich die Möglichkeit, große Mengen unstrukturierter Daten effizient zu verarbeiten. Ziele sind eine Batch-Datenverarbeitung und das Generieren von Echtzeitinteraktionen. Die vernetzten IoT-Objekte müssen keine permanente Internetverbindung haben. Die anfallenden Daten werden möglichst in den jeweiligen lokalen Geräten verarbeitet und nur deutlich reduzierte Datenmengen werden zu anderen IT-Instanzen bzw. in die Cloud transportiert. Aus diesem Ansatz ergeben sich neben Zeit- und Kostenvorteilen auch Vorteile bezüglich Sicherheit und Verschlüsselung von Daten.

Grafik Hybrid Cloud Lösung

Vorteile von Hybrid-Cloud-Lösungen

  • Schonung von Bandbreiten: Datentransfers in die Cloud werden auf ein Minimum reduziert
  • Reduktion von Latenzzeiten
  • ununterbrochene Funktionsweise: vernetzte IoT-Objekte funktionieren auch bei Ausfall der Internetverbindung oder bei Verzögerungen zur Cloud-Anbindung
  • erhöhte Datensicherheit: kritische bzw. sensible Daten können in unternehmenseigener Edge Cloud gespeichert werden
Möchten Sie weitere Informationen oder Beratung zum Einsatz von intelligenten Hybrid-Cloud- Lösungen in Ihrem Unternehmen? Wir helfen gerne weiter.
Bild von Wolfram Schäfer
Wolfram Schäfer
Geschäftsführer IT Engineering Software Innovations

IIoT Building Blocks - Datenerfassung auf Basis einer Hybrid - Cloud Lösung

Bei einer Fertigung im Sinne von Industrie 4.0 sind Daten von Maschinen, Sensoren etc. von zentraler Bedeutung. Doch das reine Sammeln und Speichern von Daten bringt keinen Mehrwert. Die Schwierigkeit liegt darin, die Daten sinnvoll aufzubereiten und nutzbringende Informationen daraus zu gewinnen. Die IIoT Building Blocks unterstützen in allen drei Phasen – Collect, Explore & Improve.
 
Unser Data Collector dient dabei der Datenerfassung und kann über eine Hybrid-Cloud Architektur in die firmeninterne Systemlandschaft integriert werden.

Anwendungsfälle

Condition Monitoring

Zustandsüberwachung von Produktionsdaten mit dem Ziel der Prozess- und Anlagenoptimierung

Predictive Maintenance

vorausschauende Instandhaltung von Maschinen & Anlagen mithilfe von Echtzeit-Zustandsdaten

Digitaler Zwilling

entsteht auf Basis des Digitalen Modells & der Vernetzung mit realem Objekt und dem beidseitigen Informationstransfer

Unser Angebot

Unsere Kernkompetenz als Dienstleister liegt in der Entwicklung anspruchsvoller, individueller Softwarelösungen im industriellen Umfeld. Wir verfügen über ein breites Spektrum an Erfahrungen in der Softwareentwicklung für Komponenten und Maschinen, über die Vernetzung von Anlagen bis zur Anbindung zu Cloud-Applikationen. Mit diesem Wissen und unserem Know-how in der Schnittstellen-
programmierung können wir auch für Ihren Anwendungsfall die optimale IoT-Infrastruktur aufbauen.

Wir verstehen uns als verlässlicher Entwicklungspartner und Impulsgeber: Von der Konzeption eines Architekturmodells Ihrer IoT-Plattform mit (Edge-)Cloud-Technologien, über die Programmierung der Schnittstellen und die Implementierung bis zur kontinuierlichen Weiterentwicklung, decken wir alle Phasen des Projektverlaufs ab.