Einzelkomponenten bremsen industrielles Internet

Um Produktions- und Geschäftsprozesse digitalisieren zu können, müssen physische Prozesse eng und in Echtzeit mit skalierbaren Plattformen zur Datenverarbeitung digital vernetzt werden zu sogenannten cyberphysischen Produktionssystemen. Diese CPPS bilden in ihrer Summe ein industrielles Internet aus, das die technologische Grundlage für neue digitale Dienstleistungen und Geschäftsmodelle sowie Industrie 4.0 im Allgemeinen bildet.

Bei besonders datenintensiven Echtzeitanwendungen stoßen CPPS jedoch noch an technologische Grenzen, die sich vor allem aus beschränkten Bandbreiten und Kapazitäten bezogen auf die Kommunikation und Datenverarbeitung einzelner Komponenten innerhalb der Gesamtarchitektur ergeben.

Solche datenintensiven Applikationen, bei denen große Datenmengen in Echtzeit aufgenommen, übertragen und verarbeitet werden müssen, betreffen unter anderem die permanente Zustandsüberwachung und Diagnose von Maschinen sowie die prozessbegleitende Qualitätssicherung. Weitere Beispiele sind virtuelle Abbilder realer Prozesse oder sicherheitsrelevante Anwendungen, wie z.B. Mensch-Roboter-Kollaboration

TSN-Labor: Ausrüstung als Forschungsplattform

Am IMMS wurde daher das Labor für Time Sensitive Networking (TSN) mit umfangreicher und mit Mitteln des Freistaats Thüringen geförderter Infrastruktur aufgebaut. Mit dieser Forschungsplattform wird das IMMS Systemarchitekturen sowie Hardware- und Softwaretechnologien für diese besonders anspruchsvolle Klasse von industriellen Applikationen grundlegend untersuchen bezüglich der Ausgestaltung der wesentlichen TSN-Bausteine Zeitsynchronisation, Regeln für Netzwerkpakete und Regeln für Kommunikationspfade.

Die Plattform beinhaltet alle notwendigen Komponenten: verschiedene Sensoren, Edge-Devices zur Datenvorverarbeitung, Kommunikationsmodule zur Echtzeitdatenübertragung, leistungsfähige Server als lokale Cloud zur Verarbeitung großer Datenmengen sowie verschiedene Softwarelizenzen und Laborteile und ist skalierbar und flexibel bezüglich der eingesetzten Hardware- und Softwaretechnologien.

Forschung am IMMS im TSN-Labor für Industrie-4.0-Lösungen

Die Plattform unterstützt insbesondere die Forschung des IMMS zur technologischen Durchgängigkeit echtzeitfähiger Kommunikation vom Sensor bis zu Internet-basierten Datenverarbeitungsplattformen (Real-Time Communication). Hierbei wird die Aufnahme und (Vor-) Verarbeitung von Daten mehrkanaliger Sensorik mit hohen Datenraten und hoher Auflösung mit energieeffizienten Embedded-Systemen (Edge Computing) untersucht sowie die zeitsynchrone und latenzarme vertikale und horizontale Vernetzung zwischen eingebetteten Systemen (Edge-Devices) und Datenverarbeitungs-Servern (Cloud). Darüber hinaus wird in diesem Labor die Verarbeitung und Visualisierung hochauflösender Sensordaten und daraus generierter Informationen in Echtzeit getestet.