Erntemaschine Holmer, (Bild: Fraunhofer ESK)
In einem Gemeinschaftsprojekt des Maschinenherstellers Holmer mit dem Telekommunikationshersteller Huawei und dem Fraunhofer ESK ist es nun gelungen, diese bisher etwa in Windrädern oder Produktionsanlagen eingesetzte Technik auf eine Flotte von hochkomplexen Erntemaschinen zu übertragen. Dabei überwachen verschiedene Sensoren an der Maschine wesentliche Bereiche, etwa den Antrieb. Per Mobilfunknetz werden die Sensorinformationen an einen zentralen Instandhaltungsdienst in der Cloud gesendet. Dieser erkennt mithilfe von Onlineanalyseverfahren Unregelmäßigkeiten sehr früh und schlägt Alarm. Dieser Ansatz ist nicht auf einzelne Maschinen beschränkt, sondern soll für eine weltweit agierende Flotte eingesetzt werden.
Allerdings lässt sich eine stabile, leistungsfähige Funkverbindung auf vielen Feldern nicht immer oder nur mit erheblichem technischen Aufwand realisieren. Um die Arbeit der Erntemaschinen auch dann zuverlässig und lückenlos überwachen zu können, wenn eine ständige Echtzeitanbindung an das Internet nicht gewährleistet ist, wurde ein Teil der dafür notwendigen Intelligenz vom Internet direkt in das Kommunikationsgateway auf der Maschine verlagert. Diese Edge Cloud ermöglicht es, die Daten aus der Erntemaschine je nach Anwendung bereits direkt vor Ort zu verarbeiten und wichtige Teilanalysen ohne eine Übertragung zur zentralen Internet-of-Things-(IoT)-Cloud durchzuführen.
Neben der methodischen Begleitung hat das Fraunhofer ESK im Gemeinschaftsprojekt seinen technologischen Schwerpunkt auf Edge-Cloud-basierte Lösungen gelegt sowie auf die Anbindung des Gateways an die bestehenden Sensoren über den CAN-Bus. In diesem Konzept sieht das ESK die ideale Erweiterung der Cloudtechnologien, um praxistaugliche und zukunftssichere Infrastrukturen für das Internet der Dinge zu realisieren.
Der Edge-Cloud-Ansatz erlaubt außerdem, die Maschinendaten kooperativ zu analysieren, also im Verbund mehrerer Maschinen durch direkte Kommunikation miteinander oder auch in Verbindung mit einem Cloudanbieter. Das Fraunhofer ESK richtet im Projekt sein Hauptaugenmerk auf Auswahl, Test und Implementierung der Machine-to-Machine-(M2M)-Protokolle sowie auf Schnittstellen für die Hersteller IoT-fähiger Produkte.
IoT-Technologie in sechs Schritten einführen
Der Entwurf der Gesamtarchitektur folgt der vom Fraunhofer ESK entworfenen Methodik zur Einführung von IoT-Technologien in bestehende Produkte, die aus sechs Schritten besteht. Diese beginnt mit der Analyse des Anwendungsfalls, definiert die wesentlichen, zu erwartenden Verbesserungen und legt die Anforderungen an die Kommunikation und die IT-Architektur fest. Nach der Evaluierung der Technologie wird mithilfe eines Pilotprojekts die erwartete Verbesserung überprüft.
Ziel ist es, eine möglichst langfristige Interoperabilität der kommunizierenden Komponenten zu gewährleisten. Dabei forciert das ESK den Einsatz aktueller Webtechnologien, sowohl zur Kommunikation als auch zur Entwicklung verteilter IoT-Anwendungen. Somit können verteilte Anwendungen flexibel auf die Ressourcen der beteiligten Geräte angepasst werden.
Diesen Ansatz, bestehend aus der Edge Cloud, der Nutzung von aktuellen Webtechnologien und M2M-Protokollen, verfolgt das Fraunhofer ESK nicht nur für vorausschauende Wartung bei Erntemaschinen, sondern auch zur Steuerung von Produktionsanlagen.
Es sei davon auszugehen, dass nach der Ära der klassischen speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und der softwarebasierten Steuerungssysteme die Steuerung von Anlagen in Form von webbasierten Diensten folgen wird, so das Forschungsinstitut. Dabei werde vor allem von Bedeutung sein, wie schnell Sensorinformationen bearbeitet werden müssen beziehungsweise welche Reaktionszeiten für eine optimale Steuerung notwendig sind. Abhängig davon wird der Ort der Daten und deren Bearbeitung für jede Aufgabe festgelegt. Als Grundlage für diesen Ansatz eignen sich javascriptbasierte Umgebungen auf Client- und Serverseite sowie Webprotokolle wie Websocket, HTTP2 oder Web RTC. eh
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