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Das MES und die Cloud – Synergien schaffen

December 14, 2020

Das MES und die Cloud – Synergien schaffen
“Cloud is about how you do computing, not where you do computing,” - Paul Martiz, CEO VMware

Das Cloud Computing gilt aus der Industrie-4.0-Perspektive neben weiteren fundamentalen IT-Technologien, wie etwa Simulation, Analytik, IoT und Mobilität, als eine entscheidende treibende Kraft der neuen Fertigungsdaten-Revolution. Es wird erwartet, dass die Cloud-Branche von 371 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 auf 832 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 wachsen wird, was eine beeindruckende jährliche Wachstumsrate (Compound Annual Growth Rate) von 17,5% bedeutet.

Im Hinblick auf die Rolle der Cloud in der Fertigung und die Art und Weise, wie eine MES-Anwendung die Cloud-Technologie nutzt und sich an diese anpasst, steckt die Praxis noch ziemlich in den Kinderschuhen es fehlen zu befolgende Standardmethoden oder etablierte Best Practices. Der Cloud-Framework ist dagegen fest etabliert und bietet verschiedene Hosting-Optionen mit unterschiedlichen Einstiegspunkten von dort aus. Zunächst einmal betrachten wir die grundlegenden Elemente des MES und der Cloud, um zu verstehen, welche Vorteile das Cloud Computing bietet, warum sein Einsatz in der Fertigung für Unternehmen auf der ganzen Welt so vielversprechend ist und wie das MES mit der Cloud zusammenarbeitet und diese nutzt.

Wir untersuchen verschiedene Möglichkeiten ohne konkrete Festlegungen, denn die Rolle des Cloud Computing in einer bestimmten Wertschöpfungskette erfordert eine detaillierte Analyse der IT- und Fertigungsvorgänge sowie die Berücksichtigung der jeweiligen Unternehmensanforderungen und der Erwartungen der betroffenen Prozesseigentümer. Es ist außerdem sinnvoll, die Einsatzmöglichkeiten der vorhandenen Anwendungen und der Infrastruktur zu berücksichtigen, die entweder angepasst oder durch native Cloud-basierte Anwendungen ersetzt werden können.

Basiswissen: Was ist die Cloud?

Zunächst aber soll das Cloud Computing etwas besser beleuchtet werden, und zwar mit einer grundlegenden Definition des Begriffs "Cloud". Die Cloud ist eine sichere, flexible, kombinierte Plattform mit drei möglichen Services oder Hosting-Diensten: Infrastructure as a Service; Plattform as a Service und Software as a Service.

Diese Produkte unterscheiden sich, wie aus dem Bild unten ersichtlich ist, je nach Datenmenge, die in der Cloud gehostet werden, im Vergleich zu solchen Anwendungen, die außerhalb der Cloud-Architektur gehostet werden: vor Ort zu 100% physisch, während SaaS (Software as a Service) zu 100% virtuell ist (d.h. zu 100% in der Cloud).

Drei unterschiedliche Einsatzarten existieren darüber hinaus neben den genannten Varianten der Cloud-Lösungen (oben): Privat, hybrid und öffentlich.

Betrachten wir jedes einzelne Produkt genauer:

  1. Cloud-Bereitstellung/Anwendungs-Hosting vor Ort. Man spricht hier von einer "privaten" Cloud. Es gibt einen Einzelbenutzer (Mandant oder en. tenant), wobei die Cloud ausschließlich intern genutzt wird. Diese Option eignet sich für Unternehmen, die auf Sicherheit, IP-Schutz oder Anwendungs-Performanz (d.h. Echtzeit-Analyse und Entscheidungsfindung) bedacht sind.
  2. Hybrid-Cloud-Bereitstellung. Die Hybrid-Cloud stellt eine Kombination aus der privaten und öffentlichen Cloud dar. Diese Kombination ist dann sinnvoll, wenn sensible IP- und Applikationsfunktionen lokal benötigt werden, die Sicherung und die Speicherung der Primärdaten selbst jedoch in einer öffentlichen (Multi-Mandanten-)Cloud erfolgt.
  3. Öffentliche Cloud. Diese Cloud nutzt externe Cloud- und Hosting-Dienste. Die Anwendung selbst sowie ihre Datenbank und sämtliche Funktionen (wie Backup und Replikation) werden vollständig in einem öffentlichen Cloud-Netzwerk ausgeführt. Diese werden als Multi Tenant Deployments oder Multi-Mandanten-Bereitstellung bezeichnet – Unternehmen teilen sich den Cloud-Speicher, sodass ihre Daten in der Cloud neben den Daten anderer Unternehmen gespeichert werden. Eine öffentliche Cloud ist normalerweise die günstigste Option und wird aufgrund ihrer Skalierbarkeit und Erreichbarkeit eingesetzt. Eine Kombination aus privaten und hybriden Clouds ist in den meisten Fertigungsunternehmen zu finden, da die betrieblichen Anforderungen (Schutz der Fertigungsdaten/IP, Reaktionszeiten, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit/Verfügbarkeit) eher eine risikoarme, besser kontrollierbare Lösung erfordern.
Die Auswahl einer bestimmten Architektur ist sowohl eine Frage der Präferenz als auch der Leistung – die unternehmensinternen Anforderungen an Datensicherheit, Ausfallsicherheit, Verfügbarkeit und Skalierbarkeit beeinflussen die Wahl. Für ein MES wird in der Regel eine Kombination aus unterschiedlichen Cloud-Architekturen für das Anwendungshosting und die Datenverwaltung verwendet, da es sowohl die Echtzeitkomponenten (Datenerfassung) als auch echtzeitnahe Komponenten (Berichterstattung und Analyse) umfasst.

Weitere Vorteile von Cloud-Hosting

Das Besondere an einem Cloud-basierten Dienst ist die Fähigkeit zur inkrementellen Implementierung aufgrund der natürlichen Skalierbarkeit, die ihm durch sein Design zugrunde liegt. Damit können Unternehmen IT-bezogene Ausgaben, die üblicherweise auf ein Investitionsbudget angerechnet werden, in eine Betriebsausgabe umwandeln und so unnötige Verzögerungen bei der Einführung vermeiden.

Weitere Vorteile der Cloud hängen mit der Bereitstellung zusammen und umfassen die Verringerung der Kosten für Infrastruktur, die Hardware-Investitionen und IT-Gemeinkosten.

  • Sie ermöglicht das Remote-Hosting und die Bereitstellung von IT-Anwendungen.
  • Die Datensicherheit durch redundante Speicherung wird mithilfe der über das Internet gebündelten Kapazitäten und Infrastruktur gewährleistet, sodass Datenverluste nahezu ausgeschlossen werden können.
  • Sie reduziert die Vorabausgaben aufgrund der Abrechnungsmöglichkeit nach Aufwand bzw. auf der Grundlage des Nutzungsumfangs oder einer Kombination aus beiden Modellen.

Unabhängig von der verwendeten Konfiguration wird der Nutzen der Cloud bereits aufgrund ihrer Funktionen deutlich, die jede Cloud-Bereitstellung aufweist bzw. verspricht. Sie kann direkte Auswirkungen auf die Kosten der IT-Infrastruktur haben, denn sie macht die notwendige Infrastruktur für das Hosting von Applikationen und die Datenspeicherung vor Ort möglicherweise überflüssig. So werden auch die Kosten der eingesetzten IT-Anwendung beeinflusst, denn die Nutzer bezahlen ausschließlich die benötigte Funktionalität, die sie nutzen, sowie den Zeitraum, in dem die Daten in der Cloud gespeichert werden sollen. Die Sicherheit der Daten in der Cloud ist garantiert, denn die meisten Cloud-Anbieter versprechen eine zwei- oder dreifache Redundanz und Datensicherung. Die Verfügbarkeit und die Latenzzeit stellen in der Regel kein Problem dar, solange es keine größere Störung gibt, durch die das Netzwerk gestört oder die Internetverbindung unterbrochen werden.

Das MES und die Cloud

Eine der Voraussetzungen für Industrie 4.0 ist die End-to-End-Digitalisierung einer bestehenden Wertschöpfungskette. Eine starke Komponente für die angestrebte Digitalisierung ist dann verfügbar, wenn die Vorteile des Cloud Computing erkannt und auf die betreffende Wertschöpfungskette zugeschnitten werden.

Ein Teilaspekt der Digitalisierung ist die umfassende Datenerfassung innerhalb der gesamten Wertschöpfungskette die Echtzeitaspekte der Fertigung (durch Edge/IIoT) sind dabei ein wichtiger Bestandteil des gesamten Datenpools.

Der Einsatz von MES als Industrie-4.0-Treiber ist bereits allgemein bekannt. Die dezentrale Intelligenz eines modernen MES umfasst standardmäßig solche Elemente wie das Internet der Dinge (IoT), mobile Geräte, Automatisierung und Sensortechnik. Es bietet erweiterte Analysefunktionen und solche Tools zur kontinuierlichen Verbesserung und Leistungsoptimierung wie Digital Thread/Digital Twin, AR und VR.

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, moderne MES-Lösungen mit dem Cloud Computing zusammenzubringen, dazu gehören das Anwendungshosting und die Datenspeicherung/Replikation. Es gilt hier Ihre Anbieterauswahl (bieten diese Anbieter überhaupt Cloud-Versionen an?), Ihre IT-Infrastruktur (ist sie Cloud-fähig?) und Ihre Organisationsstrategie zu berücksichtigen (fördert sie den Fortschritt von Industrie 4.0, passt sie zu Ihren Bereitstellungsstrategien und Ihren betrieblichen Anforderungen?).

Eine MES-Lösung kann komplett in der Cloud betrieben werden. Das bedeutet, dass die gesamte Anwendung einschließlich aller Funktionen, Datenspeicherung, Datenverarbeitung und Datensicherung ausschließlich in der Cloud läuft. Dies ist eine typische 'SaaS'- oder Software-as-a-Service-Konfiguration. In solch einem Szenario befindet sich nur die Client-Seite vor Ort. Die eigentliche Wahl des Cloud-Hosts (und die damit verbundenen Kosten) hängt mit strategischen Entscheidungen hinsichtlich der Daten-/IP-Sicherheit und der allgemeinen Performanz der Anwendung zusammen, ebenso wie mit taktischen Aspekten wie Verfügbarkeit, Transaktionsumfang und der angestrebten Datenintegrität (Replikation). Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Hosting vor Ort gewählt wird, ist umso höher, je stärker die gewünschte Echtzeit-Performance angestrebt wird. Die Entscheidung fällt desto leichter, wenn Anwendungen in der Cloud bereits existieren. Dann geht es lediglich darum, wie der Anbieter Ihrer MES-Anwendung die spezifische Cloud-Architektur des Unternehmens unterstützen kann.

Die Bereitstellung von Anwendungen und die damit verbundenen Kosten können im Falle eines vollständig in der Cloud angesiedelten MES geringer ausfallen als bei der herkömmlichen umfassenden (On-Premises-)Bereitstellung. Dennoch kann es Vorbehalte hinsichtlich möglicher Latenzzeiten, unzureichender Echtzeit-Performance und Datensicherheit geben. Eine Alternativlösung könnte dann darin bestehen, dass die wichtigsten MES-Funktionen entweder vor Ort oder in einer Private-Cloud gehostet werden, so dass eine verbesserte Kontrolle und Sicherheit gegenüber einer vollständig öffentlichen/Cloud-basierten Anwendungsbereitstellung erreicht wird. Einige Funktionen wie Prozessausführung, Scheduling, Disposition, Datenerfassung und Datenanalyse (insbesondere in der Nähe der Steuerungsebene) können lokal und nicht in der Cloud gehostet werden, während andere Funktionen wie Qualitätskontrolle, F&E, LIMS, Compliance- und/oder Sicherheitsdaten in der Cloud gehostet werden können. Ein solcher Aufbau stellt sicher, dass die wesentlichen Funktionen des MES immer verfügbar sind und dass Daten, die als äußerst wichtig eingestuft werden, der vollen und uneingeschränkten Unternehmenskontrolle unterliegen.

Welche MES-Hosting- und Cloud-Konfiguration aus allen geprüften und möglichen Konfigurationen ist für Sie am besten geeignet? Dies ist die nächste Frage, die es zu beantworten gilt. Die Antwort auf diese Frage ist jedoch nicht offensichtlich: Dies hängt von der jeweiligen Auffassung des Unternehmens in Bezug auf die Verfügbarkeit von Daten und Anwendungen, Datensicherheit, Latenzzeiten innerhalb des Netzwerks, Implementierungskosten, Implementierungsumfang und der angestrebten Daten- und Anwendungskontrolle ab. Die Nutzung des Cloud Computing durch das MES kann unterschiedlich sein. Somit sind wir wieder bei unserem Zitat am Anfang dieses Beitrages: Beim Cloud Computing geht es darum, wie man rechnet, nicht darum, wo man rechnet.

Sie haben die Wahl

Die MES-Anbieter bieten Cloud-fähige und hybride Cloud-Lösungen an. Bei der Cloud-Nutzung sind die IT-Infrastruktur Ihres Unternehmens sowie die Prozessanforderungen in der Fertigung unbedingt zu beachten. Gibt es einen einzigen Standort oder mehrere Standorte, die vom MES abgedeckt werden müssen? Sind Sie sich bereits auf einer Industrie- 4.0/Digital-Transformation-Reise? So wurden wichtige Entscheidungen hinsichtlich der erforderlichen Technologie, Architektur, Performanz und Akteure sicherlich bereits getroffen oder sind diese Fragen noch unbeantwortet? Entscheiden Sie sich für ein MES, welches Ihre Anforderungen oder Use Cases bedienen kann. Die Cloud ist ein Instrument, mit dem Sie Ihre Industrie-4.0-Ziele erreichen können; sie ist Bestandteil Ihrer Lösungsansätze für mehr Flexibilität, Effizienz und Optimierung. Gelingt dabei die Anbindung der Cloud mit all ihren Vorteilen - großartig; andernfalls sollte der Forderung nach einer stärkeren Digitalisierung und quantitativen Verbesserungen in wichtigen Anwendungsfällen höchste Priorität eingeräumt werden.

Die englische Originalversion dieses Artikels von Adélio Fernandes (veröffentlicht am 23.11.2020) finden Sie hier.


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