Juli 2021 Gastmeinung:In die Cloud oder nicht in die Cloud; Ein Scheideweg für Führungskräfte, die OT-Netzwerke verwalten

28. Juli 2021 

Die Verlagerung der Rechenfunktionen hat sich in den letzten Jahrzehnten von zentralisiert (erinnern Sie sich an Plattformen wie Mainframes und Thin Clients?) In letzter Zeit wurde viel über den Aufstieg von Edge Computing gesprochen. Dies ist kein Endzustand, sondern nur ein weiterer Meilenstein in der fortlaufenden Entwicklung von System- oder Systemarchitekturen. In diesem Artikel werde ich ein Argument für eine Verschiebung im Laufe der Zeit zurück in Richtung Cloud vorbringen.

Als Industrie 4.0 anfing, ging es in erster Linie darum, alles durch Software zu definieren. Von der vierten industriellen Revolution wurde erwartet, dass sie noch mehr Automatisierung bietet als die dritte Revolution, indem sie die physische und die digitale Welt überbrückt. Um dies zu erreichen, war eine Verlagerung von zentralisierten, festen industriellen Kontrollen auf solche erforderlich, die sich an sich ändernde Marktbedürfnisse und/oder Rückmeldungen aus der Umgebung selbst anpassen konnten. Dies bedeutete eine Verschiebung hin zu softwaredefinierten Systemen. Die SPS, die man sich als physikalischer Eingang mit IOs vorgestellt hatte, wird nun ein Container-Workload auf einer großen Plattform sein. Auf einer viel höheren Ebene verändert dies von Natur aus die Interaktion von Physis, Digital und Mensch. Die Maschinen, die aus dedizierten Controllern bestehen, die nicht aktualisiert oder geändert werden, werden jetzt von softwaredefinierten Industrie-PCs gesteuert, die sowohl die Maschinen steuern als auch ihre Umgebung verstehen und sich an sie anpassen können.

Bei Cloud-Anbietern sind derzeit große Innovationen im Gange. Man könnte sagen, wir befinden uns in den Cloud Wars. Konzentriere ich mich für einen Moment auf Nordamerika und Europa (also ohne das Ökosystem in China mit Ali Baba, Baidu und Tencent), drängen die drei führenden Cloud-Anbieter mit immer innovativeren und kompletteren Produkten voran. Sie haben auch die Sorge der Endkunden erkannt, an einen einzigen Cloud-Anbieter gebunden zu sein. Die 2019 angekündigte Anthos-Softwareplattform von Google bietet beispielsweise eine einzige, konsistente Möglichkeit zur Verwaltung von Kubernetes-Workloads in lokalen und öffentlichen Cloud-Umgebungen.

Für die OT-Führungskraft bietet die Konnektivität zu dieser Art von Funktionalität verlockende Aussichten für die Systemeffektivität durch den Zugriff auf verschiedene Dienste, darunter Data Lakes, Streaming Analytics, Datenspeicherung, IoT-Sicherheitsmanagement und Überwachung. Wir hören von Kunden, dass die Implementierung ähnlicher Funktionen vor Ort zwei- bis dreimal teurer sein kann. Wir glauben, dass die Kostenlücke weiter wachsen wird.

IT-Organisationen in fast jeder Branche stellen sich auf Cloud-Dienste um oder sind auf die Nutzung von Cloud-Diensten umgestiegen. OT-Betreiber haben Cloud-basierte Techniken jedoch nur langsam eingeführt. Auch wenn der Wechsel in die Cloud den OT-Betreiber von Wartungsaufgaben wie Bereitstellung, Installation, Updates und Patches entlastet, möchte er dennoch die Kontrolle behalten und die Bedrohung durch Cybersicherheitsschwachstellen begrenzen. Dies liegt zum Teil daran, dass dieses Gespräch mit der in OT-Führungskräften verwurzelten Kultur kollidiert, sich dem Einfluss von IT-Organisationen fernzuhalten und bei der Beschaffungsunterstützung und dem Management ihrer Technologieinfrastruktur unabhängig zu bleiben.

Einige Betreiber erkennen, dass der Umstieg auf die Cloud angesichts des steigenden Kostendrucks ihren Betrieb vereinfachen und ihnen eine flexiblere Skalierung nach oben und unten ermöglichen könnte. In der Fertigungsindustrie haben wir mehr von Microsoft und seinem Kundenstamm im öffentlichen Bereich gesehen, der auf einer jahrzehntelangen Erfahrung mit Unternehmen und Lieferanten rund um die Windows®-Technologie aufbaut. Dies konzentrierte sich zunächst auf Anwendungsfälle für vorausschauende Wartung und Qualitätsverbesserung.

1. Die Lebensmittelindustrie, Verpackungspionier Tetra Pak, setzt neue, digitale Tools ein, die es ihren mit der Cloud verbundenen Maschinen ermöglichen, genau vorherzusagen, wann Anlagen gewartet werden müssen. Durch die Verbindung von Verpackungslinien mit der Microsoft Azure Cloud kann Tetra Pak Betriebsdaten sammeln, um fundierte Wartungstermine vorherzusagen.
   
   
2. Hersteller haben dank der Einführung kompetenter und kostengünstiger künstlicher Intelligenz (KI) einen neuen Ansatz zur Aufrechterhaltung der Qualität in Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen. Bediener können Kamera-Feeds in Echtzeit analysieren, um fehlerhafte Widgets identifizieren und entweder physisch oder virtuell kennzeichnen zu lassen. Potenziell ist es möglich geworden, jedes Teil, das vom Band kommt, zu inspizieren – was mit menschlichen Bedienern weder wirtschaftlich noch praktikabel war. Diese Lösung ist besonders wertvoll bei der Herstellung komplexer Automobilkomponenten, die preissensitive, hohe Stückzahlen und häufig sicherheitskritisch sind.

Die Cloud-Betreiber haben verschiedene IoT-Strategien angeboten, um die Bedenken auszuräumen, aber die OT-Betreiber sehen immer noch eine Kluft zwischen dem, was zur Erfüllung ihrer Anforderungen benötigt wird, und den verfügbaren Architekturen. Glücklicherweise können neue Architekturen es den Betreibern ermöglichen, ihren Kuchen zu essen und ihn auch zu essen. Die Wahl der richtigen Systemarchitektur stellt sicher, dass ihr aktueller Betrieb nicht beeinträchtigt wird und sie dennoch von allen datenbasierten Optimierungen profitieren, nämlich:

1. Durch die Entkopplung von Software und Hardware sinken die Kosten für Wartung und Upgrade erheblich
2. Systeme können viel flexibler sein und mit deutlich geringeren Kosten, Risiken und Zeit auf sich ändernde Anforderungen reagieren.
3. Systeme werden beobachtbar, was die Möglichkeit eröffnet, Daten zu sammeln, einzigartige Einblicke zu liefern und Closed-Loop-Optimierungen zu erzielen.

Die Herausforderung besteht darin, diese Fähigkeiten bereitzustellen und gleichzeitig die lebenswichtigen Eigenschaften des OT-Netzwerks zu erhalten, einschließlich Systemverfügbarkeit, deterministische Echtzeitfunktionalität und Immunität gegen Cyberangriffe.

Die Architektur, die für diese Art von System erforderlich ist, wird von uns als „Mission Critical Edge“ bezeichnet und kombiniert auf sichere Weise die Skalierungsvorteile der IT-Infrastruktur mit der Zuverlässigkeit und dem deterministischen Echtzeitverhalten eingebetteter Plattformen. Zu den Attributen gehören;

1. Airgapping :Systemarchitekten müssen CPU-, Arbeitsspeicher- und E/A-Ressourcen genau definieren und bestimmten virtuellen Maschinen zuweisen. Diese VMs müssen voneinander isoliert werden, einschließlich der Verbindungen nach Norden und Süden. Dadurch können sich OT- und Cloud-Anwendungen auf demselben System befinden
2. OT-Verwaltbarkeit :Das System sollte hinsichtlich der Verwaltung und Kontrolle der Konfiguration und Einrichtung flexibel sein. Während das System lokal verwaltet werden sollte, sollten bestimmte Workloads von der Cloud aktualisiert und verwaltet werden.
3. Leistung :Für die Workloads wie SPS, PAC und Steuergeräte muss die Echtzeitleistung gewährleistet sein. Das bedeutet, dass das System, das die Cloud-Workloads in der Werkstatt hostet, auch eine dedizierte Partition haben kann, die als Backup für eine physische SPS dienen kann.
4. Hohe Verfügbarkeit :Hochverfügbarkeit auf verschiedenen Ebenen implementiert, innerhalb eines einzigen Systems, über zwei Systeme in einer Zelle und über eine gesamte Produktionslinie hinweg.
5. Integration des Orchestrierungs-Frameworks :Die Edge-Systeme müssen entweder mit einem lokalen oder einem Cloud-basierten Management-Framework funktionieren. Beispielsweise sollten Systeme in einer Fabrik einen Teil ihrer Arbeitslast der Bildung eines Kubernetes-Clusters widmen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die geschäftskritische Edge-Architektur es den OT-Betreibern ermöglichen kann, Cloud-verbundene Dienste und Workloads in ihrer Fabrikhalle bereitzustellen, ohne ihren aktuellen Betrieb zu beeinträchtigen. Dies wird erreicht, indem es den Edge-Systemen in der Fabrik ermöglicht wird, mehrere Airgap-Workloads auszuführen, einschließlich Echtzeit, KI/ML, Sicherheit usw. Darüber hinaus können die Airgap-Workloads kombiniert werden, um von Kubernetes orchestrierte Container-Workloads auszuführen.

Pavan Singh, VP Produktmanagement, Lynx Software Technologies