Embedded Systeme für Industrie 4.0 sind keine Vision mehr. Vielmehr entwickeln Unternehmen in Kooperationen Lösungsansätze für eine vernetze Zukunft. Eine große Rolle spielen dabei unabhängige Standardisierungen, standardisierte Baugruppen und vorzertifizierte Systeme.

Unternehmen werden zukünftig ihre Maschinen, Lagersysteme und Betriebsmittel als Cyber-Physical-Systems (CPS) weltweit vernetzen – so steht es in den Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 der Acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften. In wie weit sind jedoch die Technologien für eine solche Aufgabe heute schon vorhanden?
Aus Sicht Kontrons, eines Spezialisten des Embedded Computing, ist Industrie 4.0 keine Vision einer fernen Zukunft mehr, sondern schon heute in weiten Stücken realisierbar. In Zusammenarbeit mit Technologiepartnern wie Intel, Windriver, Telekom und Salesforce arbeitet das Unternehmen an CPS-Lösungen, die auf einer einheitlichen Embedded-Basis beruhen, eine IoT-Anbindung (Internet of Things, Internet der Dinge) ermöglichen sowie einen Cloud-Lösungsansatz bieten.

Embedded-Basis
Betrachten wir uns eine Fertigung näher, dann haben wir es mit den unterschiedlichsten computerbasierten Komponenten zu tun: Visualisierungseinheiten, Bildverarbeitungssysteme, Steuerungen und ähnliches. Heute schon lassen sich all diese Geräte auf einer einheitlichen technologischen Basis realisieren.
Als Beispiel dienen Intel-basierte COM-Express-Module (Computer-on-Module), die sich in einem weiten Leistungsbereich skalieren lassen. Die Module von Kontron etwa decken mit einer Performance, die vom High-End 1,7 GHz Quad-Core Intel Core i7 Prozessor bis zum kostenoptimierten Intel Celeron oder Intel Atom Prozessor reicht, ein breites Anwendungsspektrum ab.
Auf Basis dieser COM-Express-Module launchte Kontron vor einem Jahr zum Beispiel einen Schaltschrank-IPC (Industrie-PC) für die Automatisierung. Die Box-IPCs sind für industrielle Steuerungsaufgaben ausgelegt und vom Einstiegs- bis hin zum High-End-Level skalierbar. Alle Systeme haben ein industriegerechtes Design, sind langzeitverfügbar und lassen sich bedarfsgerecht mit industriellen I/Os, Feldbussen, Industrial-Ethernet-Schnittstellen und wireless oder wired Kommunikationsschnittstellen über mPCIe- oder PCIe-Steckplätze ausrüsten. Aufgrund des modularen Aufbaus ist auch die Prozessorauswahl flexibel.
Automatisierungsanbieter und OEM-Kunden im Maschinen- und Anlagenbau profitieren von Customization-Optionen auf Basis standardisierter Baugruppen. Entwickler in allen Märkten können Gebrauch machen vom Ökosystem der PICMG-Spezifikation für Computer-on-Module (COM).

Embedded Application Programming
Schon vor vier Jahren stellte Kontron eine plattformübergreifende Middleware namens KEAPI – Kontron EAPI (Embedded Application Programming Interface) vor. Mit diesem Interface standardisierte das Unternehmen den Zugriff auf die Steuerung von Hardware-Ressourcen in Embedded-Applikationen. Applikationsentwickler können dazu auf eine Bibliothek an API-Funktionen zurückgreifen, die Hardwareinformationen aller Embedded-Plattformen von Kontron bereitstellen. Mit dem Middleware-Paket können Geräteentwickler schneller und einfacher auf einen raschen Technologiewandel reagieren. Die Standardisierung vereinfacht die sonst komplexen I/O-Zugriffe. Und das nicht nur für ein einzelnes Board, sondern plattformübergreifend. Im Endeffekt vereinheitlicht das Middleware-Paket den Zugriff auf alle Embedded-Plattformen des Unternehmens, unabhängig von Formfaktor und Betriebssystem.
KEAPI ist konform zum EAPI der PICMG, erweitert aber dessen Funktionsumfang um zusätzliche Funktionsaufrufe, beispielsweise für grundlegende Systeminformationen – wie etwa CPU (Central Processing Unit), Speicher, HDD (Hard Disk Drive), Akku –, Temperatur- und Spannungsanzeigen, CPU-Leistung und Temperaturkontrolle. Darüber hinaus unterstützt das KEAPI verschiedene Formfaktoren wie COM-Express, SMARC (Smart Mobility Architecture) oder Motherboards und erlaubt auch den Fernzugriff über das Internet. Entwickler profitieren damit von der Sicherheit einer unabhängig standardisierten Programmierschnittstelle.

IoT-Gateway-Lösungen
Application-ready für das Internet der Dinge: Im Juni stellte Kontron einen Box-PC auf der SMARC-Modul-Basis mit Support der Intel Gateway Solutions für das Internet der Dinge vor (ehemaliger Codename Moon Island). In Kombination mit  dem Embedded Application Programming Interface (KEAPI) bieten diese M2M-Plattformen (Machine-to-Machine) eine IoT-Gateway-Intelligenz, die standardisiert einsetzbar ist. OEMs können ihre verteilten Systeme damit über kabellose Netze wie LTE (Long Term Evolution), GSM (Global System for Mobile Communications) oder WLAN (Wireless Local Area Network) anbinden. Vielfältige industrielle Schnittstellen unterstützen zudem die IoT-Integration von sowohl neuen als auch bestehenden Applikationen. Auch hier können OEMs und Betreiber auf eine vorvalidierte, auf anerkannten Standards basierte Plattform zurückgreifen, mit der sie alle ‚Big Data‘ erfassen, auswerten und nutzen können.

M2M-Lösungen
Im April ging Kontron mit der Deutschen Telekom eine Kooperation ein. Ziel dieser Zusammenarbeit ist, M2M-Lösungen voranzubringen. Für verteilte Systeme, die eine Mobilfunkanbindung brauchen, bietet Kontron industrietaugliche Knotenpunkte, die für eine Anbindung der Endgeräte an die Cloud-Applikationen des Internets der Dinge benötigt werden. Für Entwickler hat die Deutsche Telekom das M2M-Smart-Services-Developer-Kit im Angebot: Es bietet eine skalierbare Prozessor-Performance, beinhaltet alle relevanten Treiber und Protokolle und ist zudem flexibel hinsichtlich der Applikationen und Betriebssysteme. Das Kit weist auch ein vorqualifiziertes Setup für Mobilfunknetzbetreiber auf. Das System verfügt über PTCRB-Zertifizierung und ist für den Einsatz in Mobilfunknetzen zugelassen. Das spart Kunden Entwicklungszeit und -kosten: Das Zulassungs- und Zertifizierungsverfahren durch die Netzbetreiber, welches die Applikationen durchlaufen müssen, bevor sie in deren Netz eingesetzt werden können, wird so vereinfacht.

Cloud-Lösungsansatz
Die Firma Salesforce sieht sich als Cloud-Markführer. Im Februar gab nun Kontron auf der Embedded World die Zusammenarbeit mit Salesforce.com bekannt. Gemeinsam arbeiten die Unternehmen an Konzeptstudien für das Internet der Dinge und das Internet der Kunden (IoC). Die auf Basis von Salesforce.1 gemeinsam entwickelten Konzeptstudien ermöglichen es Entwicklern, Applikationen mit geringem technischen Risiko schneller zu implementieren. Gleichzeitig inspirieren sie auch zu neuen Design-Ideen, um die Weiterentwicklung des IoT voranzutreiben.
Nahezu alle Applikationen, die Geräte erfordern, die sich mit Menschen verbinden müssen und die beispielsweise in Märkten wie Industrie, Medizin und Point-of-Sales zu finden sind, können von den IoT- und IoC-Konzepten von Kontron und Salesforce.com profitieren. Die Studien erleichtern die Entwicklung, da sie es Entwicklern erlauben, sich ganz auf die Applikations-Ebene zu konzentrieren, sodass kein Expertenwissen über Computerhardware- oder Softwaretechnologien erforderlich ist.

IoT oder M2M?
Kontron geht davon aus, dass neue Geschäftsmodelle auf Basis des IoTs entstehen werden, die deutlich weiter entwickelt sind, als die in den klassischen Anwendungsfeldern der M2M-Kommunikation. Für eine erfolgreiche IoT-Implementierung ist es dabei nicht so sehr entscheidend, immer mehr Gerätedaten zu sammeln. Viel wichtiger ist es, die digitale Verbindung zu nutzen, um neue Erkenntnisse zu erlangen und um Menschen mit Menschen sowie Geräte mit Menschen zu verbinden.