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Industrie 4.0 mit Edge-Datenbanken

fopen() ist am Edge keine gute Wahl

14. Juli 2021, 9:02 Uhr | Von Dr. Vivien Dollinger, Redaktion: Ute Häußler

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Wann braucht es eine Edge-Datenbank?

Die meisten IoT-Anwendungen müssen Daten speichern und synchronisieren. Eine Edge-Datenbank ist immer dann sinnvoll, wenn Funktionen/Anwendungen geplant sind, die folgende Eigenschaften haben:

➔ Offline und unabhängig von einer Internetverbindung funktionieren sollen
➔ Schnelle Antwortzeiten garantieren müssen
➔ Mit vielen, möglicherweise hochfrequenten Daten arbeiten
➔ Viele Geräte gleichzeitig bedienen müssen
➔ Historische Daten benötigen

Daneben entscheiden sich Entwickler auch häufig für die Nutzung einer Edge-Datenbank, um Zeit und Nerven zu sparen oder um auf zukünftige Anforderungen schnell und flexibel reagieren zu können. Anders gesagt: fopen() ist in aller Regel keine gute Wahl.

Edge-Datenbanken in der Produktion

In einer Fabrikhalle gibt es von niederfrequenten Brownfield-Geräten bis hin zu hochfrequenten Greenfield-Geräten alles. In der Regel sind die eingesetzten Maschinensteuerungen noch nicht für die Speicherung oder Weitergabe von Daten ausgelegt. Ihnen fehlt nicht nur die Funktionalität, sondern auch die Ressourcen, um dies zu unterstützen.

Daher werden oft zusätzliche Edge-Geräte benötigt, um die riesigen Datenmengen, die jede Maschine vor Ort produziert, zu sammeln, zu analysieren und zu interpretieren. Für ein solches Edge-Gerät stehen die schnelle Datenpersistenz und insbesondere die Datenaufnahme und die Ermöglichung eines effizienten Datenflusses von Edge-to-Edge und Edge-to-Cloud im Mittelpunkt der Wertschöpfung. Die klare Trennung von Maschinensteuerung und Edge-Datenverarbeitungseinheit hat den Nebeneffekt, dass keine Gefahr ungewollter Eingriffe in die Maschinensteuerung besteht. Ein Edge-Gerät mit einer leistungsstarken Edge-Datenbank kann heute mehrere Anwendungsfälle auf dem Shopfloor unterstützen (Bild 4).

Prozessoptimierung zur Qualitätssteigerung und Schadensminderung
Wenn die erste Maschine einer Produktionslinie eine neue Materialcharge verwendet, z. B. in der Blechbearbeitung, ist einer der ersten Schritte, ein Blech auf die benötigte Größe zuzuschneiden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Maschine bereits die Unterschiede zu einer früheren Charge feststellen und prüfen, welche Abweichungen innerhalb der DIN-Norm erlaubt sind. Mit einem Edge-Gerät, das diese Daten auswertet und die relevanten Informationen an die nächste Maschine weitergibt, können Beschädigungen oder Bruchstellen des Materials in den nächsten Schritten vermieden werden bzw. auch ein Aussortieren veranlasst werden.

Kontinuierliche Überwachung des Maschinenzustands
Zur Reduzierung von Stillstandszeiten und zur Steigerung der Wartungseffizienz wird der stetige Strom hochfrequenter Maschinendaten mit dem erwarteten Zustand verglichen. So wird überprüft, ob die Maschine einwandfrei funktioniert oder auch jede geringfügige Abweichung sofort erkannt und gemeldet.

Historische Daten zum Lernen und Trainieren
Um die Produktionslinie zu optimieren, können per Edge-Datenbank Daten persistiert und somit im Fehlerfall zur Verfügung stehen. Im Falle eines Fehlers können die Daten von vor dem Vorfall analysiert und verwendet werden, um die Ursachen zu finden und einen solchen Fehler in der Zukunft vorherzusagen oder sogar zu vermeiden. Es besteht die Möglichkeit, dass am Produktionsstandort bereits vorhandenes »unscharfes Expertenwissen« in deterministische Regeln übersetzt werden kann, wenn es mit diesen Datensätzen getestet wird. Die ObjectBox-Technologie wird bereits von mehr als 650.000 Entwicklern weltweit genutzt und ist in 40.000 Liveapplikationen im Einsatz.

Es geht vorwärts am Edge

Edge Computing bringt besonders für die Digitalisierungsinitiativen von kleinen Mittelständlern und für viele Use Cases in der Fertigung Vorteile, insbesondere hinsichtlich der Echtzeitfähigkeit. Viele der in Zukunft in einer vernetzten Produktion benötigten Funktionalitäten und ein über Hybrid-Cloud-Szenarien gesteuerter Shopfloor lassen sich nur mit Edge Computing realisieren. Bisher konnten nur wenige (in der Regel große) Unternehmen Edge Computing für die Digitalisierung ihrer Prozesse und digitalen Geschäftsmodelle nutzen. Spezielle Edge-Datenbanken ermöglichen es jetzt auch dem KMU, schnell und kostengünstig am Edge zu arbeiten und so die digitale Fertigung voranzutreiben.

Die Autorin

Dr. Vivien Dollinger

hat an der TU München Wirtschaftsinformatik studiert und dort auch promoviert. Nach ersten Erfahrungen und Projektleitung in der Gaming-Entwicklung hat sie seit 2009 mehrere Firmen und eine Familie gegründet. Objectbox.io ist als #Techstar17 Dr. Dollingers erfolgreichstes Projekt und die derzeit schnellste mobile Datenbank auf dem Markt.