Virtualisierung im Kontext von Industrie 4.0

Motivation

Der Begriff ”Industrie 4.0” beinhaltet die Verzahnung von industrieller Produktion und moderner Informationstechnik um die Fertigung von Produkten flexibler und individueller gestalten zu können. Da durch die Nutzung dezentraler Dienste die Begrenzung an verfüg- baren Informationen auf den verschiedenen Ebenen aufgehoben wird, kommt der Mensch- Maschine-Schnittstelle eine zentrale Bedeutung zu. Hier muss sichergestellt werden, dass der Bediener die relevanten Informationen in geeigneter Form präsentiert bekommt, um die neuen Möglichkeiten optimal nutzen zu können. Heutige Produktionsbetriebe setzen Automatisierungssysteme ein, deren Aufbau der klassischen Automatisierungspyramide entspricht. Da diese Struktur die neu entstandenen Anforderungen nicht mehr erfüllen kann, geht der Weg in Richtung sukzessiver Auflösung der klassischen Automatisierungspyramide und Ersatz durch vernetzte, dezentral organisierte bzw. teilweise selbstorganisierende Dienste. Dies macht eine neue IT-Infrastruktur notwendig, die sowohl flexible Netze als auch dezentrale Anwendungen ermöglicht. Eine ähnliche Transformation ist auch in anderen Branchen zu beobachten. So sind moderne Rechenzentren vollständig virtualisiert hinsichtlich der Netze, Speicher oder Anwendungen.

Erste Unternehmen haben diesen Trend erkannt und arbeiten an Plattformen um ältere Produktionsanlagen Industrie 4.0-fähig zu machen. Das Unternehmen Harting trägt mit der MICA Plattform [1] ein Teil dazu bei. Mit diesem Produkt können bestehende Maschinen und Produktionsanlagen aufgerüstet werden, um sie mit der IT-Infrastruktur zu vernetzen und so eine Schnittstelle zu schaffen. Durch das modulare Hardware- und Softwaredesign lässt sich die MICA an die jeweiligen Anforderungen der Kunden individuell anpassen. Kundenanwendungen laufen in einer Containerumgebung und sind so sicher von- einander getrennt.

Problemstellung

Alle Anwendungscontainer in der MICA besitzen eine eigene Netzwerkschnittstelle mit der sie im Netzwerk ansprechbar sind. Intern kommt dabei die Switch-Funktionalität von Linux zum Einsatz. Infolgedessen gibt es keine Kontrollmöglichkeiten über die Kommunikation zwischen den Containern innerhalb einer MICA. Ein ähnliches Problem besteht auch bei den Ethernet-Sensoren. Diese hängen direkt im Netzwerk in einem eigenen Subnetz und können uneingeschränkt miteinander kommunizieren. Werden gleichartige Anwendungscontainer auf mehreren MICA eingesetzt, so muss Installation und Konfiguration jeweils einzeln und manuell erfolgen. Dies ist fehleranfällig und zeitintensiv und nur durch Fachpersonal realisierbar. Die Lösung dieser Probleme besteht in der Entkopplung der physischen Infrastruktur von der logischen Abbildung, um die Flexibilität zu erhöhen und die Konfiguration zu vereinfachen. Weiterhin soll eine feingranulare Kontrolle bzw. das Monitoring des Netzverkehrs ermöglicht werden, um die Sicherheit erhöhen. Damit einhergehend können dann anwendungsspezifische logische Overlay-Netze gebildet werden, in denen nur die Komponenten (MICA-Container und Sensoren) miteinander kommunizieren dürfen. Über eine zentrale Instanz erfolgt dann die Installation und Konfiguration aller Kundenanwendungen über alle MICA hinweg.

Aufgabenstellung

• Einarbeitung in LXC, Juju, Open vSwitch, MICA Plattform
• Austausch Linux Bridge zu Open vSwitch
• Anbindung der LXC Container an Juju
• Kopplung beider durch rudimentäres Management-Interface
• Evaluierung und Testen der Lösung

Literatur

[1] Harting MICA www.harting-mica.com/de

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