SKYWATCH

 

Entwicklung eines smarten low-cost Gateways zur vereinfachten Anbindung von Brownfieldanlagen an Cloudinfrastrukturen

© Manuel Belke  

Motivation

Mit der fortschreitenden Digitalisierung ist die Extraktion von Maschinendaten sowie die anschließende Übertragung dieser Daten in die Cloud eine entscheidende Komponente, um diese mit Key Performance Indikatoren (KPI) zusammenzufassen und damit Effektivität und Effizienz der Produktion bewerten zu können. Auf dem Markt existieren bereits einige Cloud-Lösungen, welche die genannten Funktionen bereitstellen. Die Clouver Cloud der ProCom GmbH ist ein Beispiel für eine auf den Bereich der CNC-Maschinen zugeschnittene Cloud-Lösung. Viele der heute in Betrieb befindlichen Anlagen stammen aus einer Zeit vor Industrie 4.0 und besitzen daher keine Schnittstellen für eine direkte Anbindung an die Cloud. Ein zusätzlicher Problemfaktor ist die Heterogenität der vorhandenen Feldbusprotokolle, Nachrichtenformate sowie physikalischen Schnittstellen. Bei der Anbindung dieser Anlagen ergeben sich dadurch immer wiederkehrende Entwicklungsarbeiten, die nur für bestimmte Maschinentypen gültig sind.

 

Zielsetzung

Das Akronym „Skywatch“ bezeichnet die Verbindung aus der Kommunikation und Verarbeitung der Daten in der Cloud Wolken, welche sich im Himmel, „Sky“, befinden und dem Abgreifen den Daten an der Machine „Watch“. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Gateways für bestehende Industrieanlagen, das sich durch eine einfache Konfiguration von Applikationen, Schnittstellen, Protokollen und Nachrichtenformaten auszeichnet, wodurch eine schnelle Anpassung an verschiedene Maschinen möglich ist. Dazu soll ein mehrstufiges Architekturmodell entwickelt werden, sodass eine Trennung von physikalischen Schnittstellen, Kommunikationsprotokollen, Nachrichtenformaten und Datenvorbereitung möglich ist. Die Entkopplung sorgt dafür, dass die Konfiguration des Gateways über die Cloud geschehen kann und dadurch eine individuelle Softwareentwicklung für spezifische Anlagen entfällt. 
 

 

Vorgehensweise

Im ersten Schritt wird eine Anforderungsanalyse durchgeführt und daran anschließend das Lösungskonzept durch die Auswahl von Technologiekomponenten konkretisiert. Hierbei wird Tatsache Beachtung geschenkt, dass das Gateway kostengünstig sein soll, indem auf bestehende Hardwarelösungen zurückgegriffen wird. Eine intelligente Architektur mit Elementen der künstlichen Intelligenz sorgt dafür, dass das System einfach konfigurierbar ist und ohne großen Aufwand in verschiedenste Analgen integriert werden kann. 
Im zweiten Schritt erfolgt die Entwicklung eines Softwareframeworks zur Entkopplung der Geräteschnittstellen, indem für verschiedenste Schnittstellen Treiber entwickelt werden und per Konfiguration ausgewählt werden können. Um unterschiedlichste Anlagen anbinden zu können, unterstützt das System verschiedene Nachrichtenformate und kann die extrahierten Daten aufbereiten, bevor diese in die Cloud geschickt werden. 
Im dritten Schritt wird die Konnektivität mit der Cloud inklusive der notwendigen Verschlüsselung und Datensicherheit entwickelt und implementiert. 
Im letzten Schritt wird das Softwareframework um die Möglichkeit der Wartung der Software erweitert. Um das System an neue Anforderungen anpassen zu können, wird ein Update Management entwickelt, sodass neue Software ohne den Austausch der Hardware aufgespielt werden kann.

Projektlaufzeit: 1. Januar 2020 bis 31. Dezember 2021