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IC4F

Cluster: Kommunikation

Baukasten für eine vertrauenswürdige industrielle Kommunikations- und Computing-Infrastruktur

Kurzsteckbrief
IC4F hat die Entwicklung von sicheren, robusten und echtzeitfähigen Kommunikationslösungen für die verarbeitende Industrie zum Ziel. Im Projekt werden eine offene und domänenübergreifende Referenzarchitektur und ein Technologiebaukasten für eine ganzheitliche Kommunikations- und Computing-
Infrastruktur für die industrielle Kommunikation und Datenverarbeitung erarbeitet. Auch eine modulare Erweiterung für neue Anwendungen und Kommunikationstechnologien ist möglich.

Projektergebnisse des Clusters "Kommunikation"

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Cluster Kommunikation

Ausgangslage
Produzierende Unternehmen müssen in einer zunehmend digitalisierten Wirtschaft ein hohes Innovationstempo unter Beweis stellen. Ein wesentlicher Faktor ist die Bildung von zukunftsweisenden digitalen Plattformen sowie passenden IT- und Kommunikationsstandards. Dies betrifft insbesondere intelligente Netze in der Fabrik der Zukunft, vernetzte Cloud-Plattformen sowie innovative Dienste, die künftig digitalisierte mit traditionellen Produktionsprozessen verknüpfen. Hierfür ist eine ganzheitliche Betrachtung der zu Grunde liegenden Infrastruktur – eine Art industrielles Internet – notwendig. Das industrielle Internet umfasst sowohl drahtlose als auch drahtgebundene Teile des Netzes. Neue Ansätze der Informations- und Kommunikationstechnik bilden dabei die Grundlage für eine zuverlässige und gleichzeitig vertrauenswürdige Vernetzung von Anlagen, ohne die keine Automatisierung möglich wäre.
Die industrielle Kommunikation, mit Eigenschaften wie hoher Verfügbarkeit und Echtzeitfähigkeit sowie Skalierbarkeit und Stabilität, erfordert ein nahtloses Zusammenspiel unterschiedlichster Netzwerk-, Computing- und Automatisierungselemente – von der drahtlosen Anbindung eines Sensors über das fabrikinterne Netz bis zur Nutzung von öffentlichen Mobilfunknetzen. Dabei müssen nicht nur sicherheitstechnische Aspekte berücksichtigt werden, sondern auch die Integration neuer Netzwerkelemente, die einfach und robust sein sollen (Plug & Manufacture) und die Sicherheit des Netzes nicht beeinträchtigen dürfen. Derzeit existieren isolierte Lösungen in verschiedenen Bereichen, die nicht ausreichend in eine durchgängige Architektur integrierbar sind und demzufolge nicht mit einer sicheren, robusten und echtzeitfähigen industriellen Kommunikation vereinbar sind.
Neuartige Kommunikationstechnologien ermöglichen sowohl den erforderlichen Kapazitätsausbau als auch eine signifikante Reduktion von Reaktionszeiten zwischen Sensoren und Aktoren. Auch Erweiterungen im Hinblick auf Mobilitätsunterstützung, auf die Einbindung einer großen Anzahl von Sensoren und Maschinen und Ad-hoc-Netzkonfigurationen müssen vorgesehen und durch ein industrielles Internet unterstützt werden.

Ziel
Zentrales Ziel des Projekts ist die Integration von Kommunikationsnetzen und Computing-Ressourcen unterschiedlicher Geräte, um einen flexiblen und sicheren Betrieb
verschiedener industrieller Anwendungen zu ermöglichen. Dafür werden in IC4F eine Referenzarchitektur und ein modularer Technologiebaukasten für eine vertrauenswürdige industrielle Kommunikations- und Computing-Infrastruktur entworfen. Dabei werden insbesondere auch zukünftige 5G-Zugangstechnologien berücksichtigt, die eine zuverlässige und möglichst verzögerungsfreie Kommunikation sicherstellen werden.
Eine wesentliche Komponente des Lösungsansatzes ist, dass Anwendungen eigenständig signalisieren, welche dienstmerkmalspezifischen Ressourcen (Kommunikation, Speicher und Rechenkapazität) benötigt werden. Das Netzwerk konfiguriert sich mittels Software-Defined Networking und stellt die passgenauen „Anforderungen“ zu jeder Anfrage zur Verfügung. Dadurch ist eine exakte Ende-zu-Ende-Dienstbereitstellung mit garantierten Qualitätseigenschaften, etwa für die Bandbreite und die Reaktionszeit, möglich. Um Datenraten einzusparen und Reaktionszeiten zu reduzieren, verfolgt IC4F neben dem traditionellen Cloud-Computing-Ansatz zudem einen Edge-Cloud-Ansatz, bei dem Rechen- und Speicherkapazitäten nah am Prozess platziert werden – und nicht außerhalb des Netzes wie bei herkömmlichen Lösungen. Ergänzt wird eine PKI-basierte IT-Sicherheitslösung.

Praktische Anwendung
Bis Mitte 2020 werden technisch herausfordernde Demonstratoren bei den Partnern umgesetzt. Dabei werden die Referenzarchitektur und der Technologiebaukasten in der industriellen Praxis erprobt sowie Einführungsstrategien und die praktische Handhabung analysiert. Dies dient beispielsweise der Bestimmung von Wartungszeitpunkten und der Erfassung sowie Übertragung von Maschinendaten, um einen reibungslosen Fertigungsablauf zu gewährleisten. Mit dem modular erweiterbaren Architekturansatz und der Entwicklung neuer Kommunikationstechnologien schafft IC4F die Grundlage für neuartige Anwendungsfälle und Geschäftsmodelle in der Industrie 4.0.

Konsortium
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. mit den Instituten HHI (Konsortialführung) und IIS, brown-iposs GmbH, Deutsche Telekom AG, Gesellschaft für Produktionssysteme GmbH, MAG IAS GmbH, Nokia, Robert Bosch GmbH, rt-solutions.de GmbH, Schindler Fenster + Fassaden GmbH, Siemens AG, Still GmbH, Technische Universität Berlin, Technische Universität Kaiserslautern, Universität Stuttgart