Vernetzung, Bild: Pixabay

Ein reibungsloses Zusammenspiel der Software- und der Produkt-Welt ist Voraussetzung für erfolgreiche Industrie 4.0- beziehungsweise IoT-Projekte. Bild: Pixabay

Lange Produktzyklen werden durch viele Faktoren beeinflusst: angefangen mit den normalen Entwicklungs- und Vorlaufzeiten über gesetzliche Vorgaben bis hin zu Patentfragen. Bei der begleitenden Software-Industrie geht der Trend hingegen weg vom Wasserfall-Prinzip mit langen Zyklen hin zu dynamischen Entwicklungsprozessen.

Ein wichtiges Stichwort bei der Softwareentwicklung ist sicherlich DevOps. Was die Produktion mit Kanban und Lean Production vorexerziert, ist als Prozess im Software-Umfeld angelangt: Die optimierten Abläufe bei Entwicklung, Anpassung und Go-Live von Code führen dazu, dass Software fortlaufend verbessert bereitsteht. Teilweise finden so bis zu 100 Deployments pro Tag statt. Vor allem Unternehmen aus dem Cloud-Umfeld haben diesen Prozess beschleunigt. Sie sind damit zu starken Triebfedern des IT-Fortschritts geworden – diesen Weg muss die fertigende Industrie nun ebenfalls beschreiten.

Ein Grund für die Verschmelzung der physischen Produktion und der Software sind nicht zuletzt die immer leistungsfähigeren beziehungsweise preiswerteren Mikroprozessoren, mit denen die Maschinenwelt ausgestattet ist. Wird diese Infrastruktur an Kommunikationsnetze angebunden, führt dies – ergänzt um den Siegeszug der Cloud – zu dem großen Umbruch, der unter den Begriff Industrie 4.0 fällt. Wenn Unternehmen die bis dato langsameren Industrieprozesse mit den dynamischen Prozessen der Softwareindustrie verbinden wollen, müssen sie demnach die unterschiedliche Taktung der Innovationszyklen in Einklang bringen.

Fabrik und Cloud synchronisieren

Die Aufgabe ist nicht zu unterschätzen: Embedded Software für intelligente Systeme in der fertigenden Industrie wird meist in sehr Hardware-nahen Programmiersprachen verfasst. Der große Vorteil von Cloud Computing als Dreh- und Angelpunkt für Konzepte rund um Industrie 4.0 oder auch IoT ist jedoch die hohe Dynamik. Das bedeutet, dass die Embedded-gesteuerten Systeme dauerhaft zuverlässig mit einer entsprechenden Umgebung kommunizieren können müssen – und zwar über alle Phasen des Produktlebenszyklus hinweg.

Bereits beim Designstart gilt es, Schnittstellen und Datenflüsse entsprechend so zu definieren, dass sie zumindest gemäß bekannten Daten und Planungen den vollständigen Lifecycle des Produkts überdauern können. In der Entwicklungsphase muss die Datendefinition angepasst werden. Vor allem haben Unternehmen in dieser Phase jedoch die Aufgabe, die zeitliche Synchronisation mit der Cloud zu berücksichtigen.

Ist die Produktion einmal angelaufen, sollen in der zugehörigen Wartungsphase die Kosten so gering wie möglich gehalten werden – ständige Änderungen bewirken jedoch exakt das Gegenteil und beeinträchtigen überdies die Einhaltung von Service Level Agreements. Anbieter komplexer Systeme müssen solche vertraglich vereinbarten Leistungen gegenüber ihren Endkunden berücksichtigen.

Cloud-Anbieter wie Amazon oder Microsoft haben diese Herausforderung erkannt. Dementsprechend arbeiten sie an Lösungen, wie sie unterschiedlichen Geräten zuverlässig und planbar einen möglichst neutralen Zugang zu den Cloud-Services gewähren können.

Wegen der großen Heterogenität des Gesamtmarkts aus Cloud- und Geräteanbietern wird es aller Anstrengungen zum Trotz in naher Zukunft voraussichtlich keine perfekte Lösung geben können. Die Synchronisation von Produktlebenszyklen mit den Innovationszyklen von Cloud-Lösungen wird sich aber immer weiter verbessern lassen. Entscheidende Änderungen sind auf drei wesentlichen Ebenen zu erwarten: beim Management der Kommunikation zwischen Geräten und der Cloud, den Datenströmen selbst sowie bei der Sicherheit.

Kommunikation steuern

Illustriert sei dies anhand von Microsoft Azure: Angeschlossene Geräte verständigen sich über die Cloud mittels eines Hub. Damit Kommunikation stattfinden kann, müssen sich auch native Protokolle oder Treiber für die Ansteuerung spezifischer Hardware einbinden lassen. Provider bieten hierfür Zertifikate, die die Voraussetzungen eines Geräts zur Kommunikation mit ihrer Cloud spezifizieren. Gerätehersteller können damit ihre Connected Devices entsprechend konzipieren. Anders als in Event-Hubs, die nur eine unidirektionale Kommunikation von Geräten mit der Cloud ermöglichen, existieren in den künftigen Device-Hubs die Objekte selbst virtuell in der Cloud – Devices lassen sich so direkt adressieren und Prozesse durch einen Cloud-Service ausführen.

Über einen Befehl kann der Cloud-Service beispielsweise ein Gerät dazu auffordern, Informationen über seinen Zustand zu übermitteln, oder der Cloud-Service informiert das Gerät über festgelegte Ereignisse. Damit wird es möglich, Fernwartungskonzepte umzusetzen: Software-Updates lassen sich auf die Geräte pushen, Fehler werden in der Gerätesoftware behoben, und ihr Status kann in Echtzeit überwacht werden.

Datenströme managen

Die zweite Ebene der Verbesserungen betrifft die Datenströme selbst. Erhalten Devices durch neue Hub-Konzepte eine Identität in der Cloud, sind erweiterte Möglichkeiten der Steuerung und Auswertung der erzeugten Daten die Folge – im Paradigma der Streamed Analytics erfolgt dieser Vorgang durch einen leistungsfähigen Algorithmus in Echtzeit. Damit entscheidet das System unmittelbar nach der Datengenerierung, wie diese Informationen weiter genutzt werden sollen.

Der so mögliche hohe Grad an Parallelisierung steigert letztlich auch die Performance und ist damit ebenfalls für Machine Learning oder Predictive Maintenance von Bedeutung. Daten lassen sich zudem als Werte für Business-Intelligence-(BI-)Analysen aufbewahren, die entweder später oder – ein Novum – unmittelbar für die Entscheidungsfindung in Echtzeit durchgeführt werden können. Real-Time-Optionen sind etwa für Industrieunternehmen wichtig, wenn sie auf Just-in-time-Ansätze ihrer Lieferkette angewiesen sind.

Datensicherheit stärken

Device-Hubs optimieren darüber hinaus die Sicherheit der Kommunikation mit der Cloud, da sie ein aktives Sicherheitsmanagement mit regelmäßigen Aktualisierungen ermöglichen – im Gegensatz zu nicht permanent mit Updates versorgten und damit potenziell gefährdeten Hardware-Plattformen und Hardware-nahem Code. Gängige Sicherheitskonzepte finden so Anwendung, und zwar auf Remote-Basis, also ohne dass Techniker aufwendige Anfahrten durchführen müssen. Zudem lässt sich ein solches Sicherheits-Management effizient an den Cloud-Anbieter oder Spezialisten auslagern.

Dennoch werden Unternehmen aller Cloud-Nutzung zum Trotz auch künftig eigene Sicherheitsrichtlinien definieren, um sensible Bereiche wie die Produktentwicklung besonders zu schützen. Gerade die Kommunikation der Dinge im IoT bedarf dabei völlig neuer Ansätze, sowohl bei Datenschutz als auch -sicherheit. Diese Herausforderungen sind noch nicht alle gelöst, geschweige denn bereits erkannt. Eine Vermeidungsstrategie in Sachen Cloud brächte jedoch keine höheren Sicherheits-Standards für Smart Devices. Vielmehr werden Cloud-Plattformen mehr Möglichkeiten für Sicherheitskonzepte liefern sowie Transparenz schaffen und Verantwortung allokierbar machen – entscheidende Compliance-Aspekte.

Fazit

Cloud und IT-Steuerung mit IoT-Ansätzen sind für die meisten produzierenden Unternehmen bereits eine Selbstverständlichkeit – die Frage ist meist nicht „ob“, sondern „wie intensiv“ oder „auf welche Art“. Avanade trifft immer öfter auf Unternehmen, die so auch neue IT-Ansätze forcieren, um Freiheit in Sachen Innovation zu ermöglich. Die Cloud-Technologie ist damit auch eine geeignete Grundlage, um neue Geschäftsmodelle zu finden. Mit ihr lassen sich auch schnell und kostengünstig Ideen ausprobieren – eine Fähigkeit insbesondere von Start-ups, auf die viele Industrieunternehmen lange Zeit nur neidisch blicken konnten. Mit der Cloud-Technologie erhalten nun auch größere Organisationen Zugriff auf ein hohes Maß an Beweglichkeit und damit Innovationskraft, die sie im Kontext von IoT und Industrie 4.0 nutzen können. Umso wichtiger ist es, dass Produkt- und Softwarezyklen in Einklang zueinander stehen.

ke NEXT TV zu Siemens Mindsphere (Quelle: ke NEXT TV)