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Fog Computing: die Zukunft maßgeschneiderter Herstellungsprozesse

Der Begriff “Cloud Computing” gehört seit einigen Jahren fest zum Vokabular jedes Computerexperten und bezeichnet eine ganze Reihe unterschiedlicher IT-Prozesse und Anwendungen. Am häufigsten haben es IT-Nutzer dabei mit Remote Storage-Lösungen und Software-Anwendungen zu tun, die außerhalb der lokalen IT-Infrastruktur auf externen Servern gehostet werden. Die Daten und Funktionen werden also nicht mehr auf dem eigenen Computer bearbeitet und ausgeführt, sondern dort nur noch über den Browser sichtbar gemacht. Grundsätzlich kann man "Cloud Computing" auch als totale Abstraktion der bislang gewohnten Ortsabhängigkeit von Dienstleistungen und Gegenständen verstehen. In der "Cloud" des Internets spielt es keine Rolle mehr, wo etwas geschieht – es zählt einzig, dass ein Befehl ausgeführt wird. Wo die dazu notwendigen Server stehen, ist für den Anwender in der Regel nicht nachvollziehbar. Ich möchte Ihnen das gerne an ein paar Beispielen verdeutlichen:

  • Die Siri-Spracherkennung des Apple-iPhone wird nicht auf dem Endgerät ausgeführt. Stattdessen wird die Sprachdatei an einen Apple-Server in der "Cloud" geschickt. Dort analysieren Algorithmen die Geräusche und bestimmen die verwertbaren Wörter und Sätze. Danach führt Siri ebenfalls über einen externen Server den vom User gewünschten Auftrag aus. Das daraufhin am iPhone angezeigte Ergebnis ist das Ende eines Arbeitsprozesses, der vollständig in der "Cloud" ausgeführt wurde.
  • Cloud-Speicherlösungen werden am häufigsten für das Speichern von Fotos verwendet. Beispielsweise legt die Foto-Applikation von Google alle auf einem Android-Smartphone aufgenommenen Bilder automatisch auf einem Google-Server ab. Dort können sie gespeichert, bearbeitet und mit anderen Usern geteilt werden.

"Cloud Computing" hat viele Vorteile: Mann kann seine Daten an einem anderen Ort speichern und ortsunabhängig von überall auf sie zugreifen. Gleichzeitig kann man performance-intensive Anwendungen auch über den Browser normaler Desktop-PCs ausführen, ohne an Leistungsgrenzen zu stoßen. Nicht zuletzt bieten Cloud-basierte Anwendungen weltweit eine einheitliche User Experience –einzige Voraussetzung bleibt eine halbwegs zuverlässige Internetverbindung.

Allerdings hat "Cloud Computing" auch einige Nachteile, die manche Hersteller zum Weiterdenken veranlasst haben. Die Antwort auf die Schwachstellen der Cloud heißt "Fog Computing". Der Begriff "Fog Computing" hat – ebenso wie die "Cloud" - zunächst etwas Nebulöses. Ein Blick auf die gegenwärtigen und zukünftigen Arbeitsabläufe in modernen High-Tech-Fabriken hilft beim Verständnis. So sind vollständig IT-gesteuerte Fertigungsprozesse heutzutage unverzichtbar, um effizient und bedarfsgerecht zu produzieren. Dazu werden die hochgradig anpassbaren Maschinen mit den Unternehmensservern verbunden. Dies erlaubt neben einer präzisen Steuerung der Geräte und Roboter auch eine lückenlose Überwachung, Analyse und Dokumentation der Arbeitsabläufe. Man kann diese Architekturen auch als das "Internet der Dinge" bezeichnen. Eine genauere Bezeichnung dieses Trends wäre jedoch "Industrie 4.0". 

Tablet PCs will play an important role in Manufacturing fog computing

Kurz: werden Fertigungsanlagen und Roboter von einem zentralen Server aus gesteuert, eingestellt und überwacht, können Unternehmen ihre Produktionsabläufe wesentlich besser analysieren und so Effizienz und Leistung steigern. Gleichzeitig lassen sich die Maschinen schneller auf individuelle Kundenwünsche hin anpassen. Maßgeschneiderte Lösungen können so deutlich schneller und einfacher realisiert werden. Besonders positiv wirken sich zentralisierte Steuerungsprozesse auch auf die Bereiche Materialeingang und Versand aus: dank besser getakteter Abläufe lassen sich alle Aktivitäten und Belange entlang der Lieferkette genauer vorhersagen. Beispielsweise können Wartezeiten bei Zulieferern einfacher berücksichtigt und der Materialbedarf entsprechend geplant werden. All diese Prozesse erzeugen eine Unmenge an Daten, so zum Beispiel bei jedem Arbeitsschritt entlang der Wertschöpfungskette. Anlagen-Überwachungssysteme sind rund um die Uhr im Einsatz. Durch die Analyse der erhobenen Daten kann das Wartungspersonal mögliche Ausfälle rechtzeitig erkennen und geeignete Maßnahmen einleiten, um Störungen zu vermeiden.

Trotz der zahlreichen Vorteile ist "Cloud Computing" weder der in modernen Fertigungsumgebungen auftretenden Datenflut nicht bedingungslos gewachsen noch wird es in der Lage sein, den marktübergreifenden Übergang zu Industrie 4.0-Technologien zu stemmen, wenn es dazu an der Zeit ist. Lassen Sie mich nur einige Gründe dafür anführen:

"Cloud Computing" hat ein Problem mit der Latenzzeit, also der Zeit, die eine Anwendung benötigt, um Daten nach einer Serveranfrage auf die Reise zum Empfänger zu schicken. "Cloud Computing" kann schlicht nicht schnell genug reagieren. Im Consumer-Bereich mag eine Wartezeit von einer Sekunde bei Siri-Anfragen durchaus vertretbar erscheinen. Im Industriekontext ist diese Verzögerung gleichbedeutend mit einer Ewigkeit. Erschwerend kommt hinzu, dass die latenzbedingte Zeitverzögerung wächst, umso weiter die vernetzte Maschine vom Server entfernt ist. Müssen durch Internet Routing bedingt mehrere Netzwerkknoten passiert werden, verlängert sich die Latenzzeit noch einmal. Wie lässt sich dieses Problem lösen? Viele Firmen setzen ihre Cloud vermehrt an Ort und Stelle ein, also dort, wo die Daten erzeugt und benötigt werden. Um beim Bild der Wolke zu bleiben: Die Cloud schwebt nicht mehr in einer globalen Atmosphäre hoch über den Dingen. Stattdessen wird sie lokal eng an die Prozesse herangeholt. Dabei verändert sich die IT-Cloud ebenso wie eine echte Wolke. Gelangt diese in Bodennähe, wird sie zu Nebel. "Fog Computing" kann daher als Weiterentwicklung des "Cloud Computing" verstanden werden mit dem Ziel, die meist physisch bedingten Performanceprobleme zu überwinden. Einer der wichtigsten Vorteile des "Fog Computing" für das produzierende Gewerbe ist die sehr kurze Latenzzeit, da Sensoren und Daten nur durch kurze Distanzen voneinander getrennt sind. Zudem lassen sich alle Daten, Anwendungen und Arbeitsabläufe lokal überwachen und bei Bedarf bearbeiten. Auch bei diesem Verfahren fallen große Datenmengen an, die irgendwo gespeichert werden müssen. Dezentrale Datenspeicherung oder Cloud-Storage bringen keine Vorteile. Denn die Produktionsstätten bleiben an Ort und Stelle, ebenso wie die Maschinen und die benötigten Daten. Dies macht sich das "Fog Computing" zunutze, um schnellere Rechenergebnisse zu liefern. Ein einheitlicheres Produktionstempo ist nur einer der Nebeneffekte.

Im Vergleich kann man festhalten, dass "Fog Computing" der herstellenden Industrie die technischen und strategischen Vorzüge der Cloud bietet, ohne deren Nachtteile in Kauf nehmen zu müssen.

In der Tat stellt die Ablösung des "Cloud Computing" durch das "Fog Computing" den größten Wandel für das moderne produzierende Gewerbe dar. Luft- und Raumfahrttechnik, Automobilindustrie ebenso wie Versorgungsbetriebe, Telekom-Dienstleister und Pharma-Branche sind alle auf hochgradig automatisierte und lückenlos überwachbare Fertigungsanlagen angewiesen. Auch die Mitarbeiter in diesen Betrieben sind höher qualifiziert, vielseitiger einsetzbar und flexibler wie je zuvor. Gleichzeitig erfordern derartige Produktionsumgebungen, dass die verantwortlichen Mitarbeiter nicht nur etwas von den eigentlichen Arbeitsabläufen und den notwendigen Maßnahmen zur Fehlerbehebung verstehen. Stattdessen müssen sie ein grundlegendes Verständnis von IT-Prozessen und Systemen haben. Sie benötigen den Zugang zu wichtigen Anwendungen wie virtuellen Montageanleitungen sowie zu Performance-Daten. Aber all dies erfordert eine extrem mobile und hochleistungsfähige IT-Infrastruktur. Diese muss zuverlässig und in Echtzeit die von einem automatisierten Fabrikaktionssystem erfassten und analysierten Daten verfügbar machen und bearbeiten können.

Mobile Tablet-PCs sind perfekt dafür geeignet, eine zentrale Rolle in der Umsetzung innovativer Industrie 4.0-Ansätze zu übernehmen. Dabei ermöglichen sie den Schritt zur papierlosen und komplett vernetzten Fabrik. Als wichtiger Baustein einer mobilen IT-Infrastruktur wie dem "Fog Computing" sind Tablet-PCs ebenso wichtig für die Abwicklung von Produktionsabläufen wie die Fertigungsmaschinen selbst: Sie sind die zentrale Schnittstelle bei der Datenerfassung, Analyse, Planung und Befehlseingabe für alle am Herstellungsprozess beteiligten Mitarbeiter.