Dezentrale Datenverarbeitung Datenrevolution mit Edge Computing: BMWK fördert wegweisende Projekte

Anbieter zum Thema

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie - Initiative Internet erfahren -

Weil Technology GmbH

COSCOM Computer GmbH

OPTENDA GmbH

Edge Computing hat das Potenzial, unsere Wirtschaft zu revolutionieren. Noch ist das Zukunftsmusik. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz rückt die Technologie nun mit einem neuen Förderprogramm in den Mittelpunkt. Wir stellen drei Schlüsselprojekte daraus vor.

Daten werden schon lang als das Gold oder wahlweise Öl des digitalen Zeitalters bezeichnet. Sie sind zum Schlüssel und unverzichtbaren Fundament für das Funktionieren und den Erfolg moderner Unternehmen geworden. Doch oft liegen die Daten ungenutzt in den Unternehmen. Zudem haben das explosionsartige Wachstum und die zunehmende Rechenleistung zu noch nie dagewesenen Datenvolumen geführt, die mit den bisher bekannten Rechenzentren und Clouds nicht mehr verarbeitet werden können.

Hier kommt Edge Computing ins Spiel. Noch steckt diese Technologie – die dezentrale Datenverarbeitung am Rand eines Netzwerks – in den Kinderschuhen. Deshalb hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (kurz: BMWK) das Förderprogramm Edge Datenwirtschaft ins Leben gerufen und unterstützt so gezielt die Entwicklung und Erprobung von Edge Computing-Software. Zudem soll mit dem Programm eine Grundlage zur Ausbalancierung von Edge- und Cloud-Datenräumen für den souveränen Datenaustausch und dessen Nutzung geschaffen werden. In diesem Artikel werden drei geförderte Industrieprojekte vorgestellt.

Warum das BMWK auf Edge Computing als Datenlösung für die Zukunft setzt

Laut Schätzungen von Gartner werden bis 2025 75 Prozent der Daten außerhalb des traditionellen Rechenzentrums oder der Cloud verarbeitet werden. Das ist eine riesige Chance für die deutsche Wirtschaft.

Durch die zunehmende Rechenleistung von Geräten ermöglicht Edge Computing Echtzeiteinblicke und vorausschauende Analysen. Die Datenverarbeitung erfolgt lokal, wodurch die Latenzzeit drastisch reduziert wird und sensible Daten besser geschützt werden können. Edge Computing ermöglicht kostengünstigere Netzwerke, weniger Datenübertragung und Cloud-Speicherplatz, was vor allem für kleinere Unternehmen von Vorteil ist. Zudem sinkt der Energiebedarf.

Im Programm Edge Datenwirtschaft beschäftigen sich 59 Projektpartner bis 2025 in insgesamt zehn Projekten mit der zentralen Frage: Wie kann man die Datenflut effektiv nutzen und dabei unsere Umwelt schonen? Das Technologieprogramm verfügt über eine Fördersumme von rund 30 Millionen Euro und setzt auf vorhandene Standards und Infrastrukturen unter Berücksichtigung der europäischen Werte des Gaia-X-Ökosystems.

Datenverarbeitung am Netzwerkrand

Warum Edge Computing nur mit der richtigen Datenbank funktioniert

Revolutionierung der Produktion: Standardisiertes Edge-Cloud-Kontinuum für die Fertigungsindustrie

Die Fertigungsindustrie sieht sich immer stärkerem Druck ausgesetzt, die unzähligen Daten, die von Maschinen und Anlagen generiert werden, effizient und sicher zu nutzen. Oberste Prämisse dabei: der Schutz und die Kontrolle der zu verarbeitenden Daten. Die herkömmliche Cloud-Infrastruktur kann den hohen Anforderungen nicht immer gerecht werden. Gerade in der Produktion können Latenzanforderungen und die Kosten der Datenübertragung und -speicherung enorm sein. Edge Computing kann hier die Antwort sein. Die Vorteile sind offensichtlich und dennoch ist die Technologie in der Fertigungsindustrie bislang wenig verbreitet. Das liegt zum einen an potenziell deutlich höheren Entwicklungskosten für die erforderliche Software in den heterogenen Edge-Infrastrukturen. Zum anderen fehlt es jedoch auch am Know-how. Hier möchte das Projekt EASY Abhilfe schaffen.

Das Projekt hat es sich zum Ziel gesetzt, ein sicheres, skalierbares und standardisiertes Edge-Cloud-Kontinuum im Produktionsprozess zu entwickeln. Dadurch sollen Fertigungsunternehmen steuern können, ob sie ihre Daten lokal – on the edge – oder zentral in der Cloud verarbeiten. Die gleichen Verfahren und Algorithmen sollen sowohl in der Cloud als auch auf Edge-Systemen ausführbar sein. Dabei wird eine dynamische, im Hinblick auf Energiebedarf, Datennutzung und -übertragung optimierte, verteilte Ausführung der Dienste im gesamten Spektrum von zentralen Cloud- bis dezentralen Edge-Instanzen ermöglicht.

Das Projekt EASY wird im Rahmen des BMWK-Technologieprogramms über drei Jahre mit 5,1 Millionen Euro gefördert. Aktuell befindet sich EASY in der Anforderungsanalyse. Mit Abschluss des Projektes voraussichtlich 2026 soll jeder Betreiber in die Lage versetzt werden, KI und Analytik in seiner Produktion einfacher und kostengünstiger zu nutzen als bisher. EASY wird föderiertes Lernen, dezentrales Steuern und verteilte Analytik für eine breite Nutzerschaft zugänglich machen. Ein Thema, das für viele Unternehmen spätestens mit Umsetzung des European Data Act weit oben auf der Agenda stehen wird. Denn mit dem neuen Datengesetz wird den Betreibern das Recht auf die Datennutzung ihrer Maschinen eingeräumt – was bislang nicht so ohne Weiteres möglich ist.

EDNA: das digitale Fundament für eine nachhaltige Produktion und Logistik

Die fertigende Industrie kämpft häufig mit veralteten Strukturen und Maschinen. Das macht die Einführung intelligenter Systeme zur Darstellung und Optimierung von Energie- und Ressourcenverbräuchen der Bauteile und Produkte schwierig. EDNA, das Projekt für Edge Datenwirtschaft in der automatisierten Fertigungswirtschaft, setzt genau hier an.

EDNA entwickelt Modelle und Software für die ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit der Fertigungsindustrie. Das Projekt wurde aus der Taufe gehoben, da ein Wunsch nach Energieeinsparungen und Transparenz in der Produktion und Logistik besteht. Zudem soll ein erhöhter Grad an Automatisierung zur Entlastung der Mitarbeiter in repetitiven Tätigkeiten beitragen. Mit der Einführung eines produkt- und standortbezogenen CO₂-Fußabdruckes sollen eine klare Zuordnung der Energieverbräuche und eine (teil-)automatisierte CO₂-Bilanzierung möglich werden.

Erreicht werden sollen diese Ziele durch folgende Maßnahmen: Einbindung zusätzlicher Sensorik und Edge Devices am Fertigungsstandort, Aufbrechen der Automatisierungspyramide, Aufbau von Simulationsmodellen und digitalen Zwillingen zur datenbasierten Optimierung der Produktionsprozesse und Einsatz von Prozess Mining. Damit soll die Prozesserfassung im Ist-Zustand mit der im Soll-Zustand verglichen werden, sodass Rückschlüsse für die Prozessoptimierung und das Schließen von Prozesslücken gezogen werden können. Schließlich sollen im Projekt Dashboards für die Produktion mit Fokus auf CO₂-KPIs und Prozesskennzahlen entwickelt werden. Außerdem wird sich EDNA die CO₂-Emissionsbewertung vornehmen. Hier sollen Methoden und Edge-basierte Technologien entwickelt werden, die zu einem nachhaltigeren Betrieb und einer verbesserten Emissionsbewertung beitragen.

5G-Chance

Siemens öffnet private 5G-Vorteile der Industrie

Die große Herausforderung für das Projekt dürfte vielen Unternehmen bekannt vorkommen: in historisch gewachsene Strukturen eines Fertigungsstandorts moderne Technologien und IT-Architekturen nachhaltig einzusetzen, Prozesse digital abzubilden und dann auch langfristig zu optimieren. Deshalb müssen die zum Teil in die Jahre gekommenen Anlagen und Maschinen mit zusätzlicher Sensorik, Edge Devices und einer ereignisgetriebenen Architektur auf Basis von Open-Source-Komponenten eingesetzt und ausgestattet werden.

Erste vereinfachte Modelle des Fertigungsprozesses wurden bereits erstellt und bestehende Transportfahrten zwischen Fertigungsstandorten analysiert. Zudem wurde ein Corporate Social Responsibility (kurz: CSR) Reifegradmodell im Rahmen des Projektes weiterentwickelt. Darauf aufbauend soll ein tiefergehendes Nachhaltigkeitscontrolling entstehen. Um einen realistischen Überblick über die aktuellen Entwicklungen im Bereich CSR in der Fertigungswirtschaft zu erhalten, ist zeitnah eine Befragung von Unternehmen geplant. Später möchte das Projekt EDNA, welches vom BMWK mit 3,4 Millionen Euro gefördert wird, die Projektergebnisse als Open-Source-Lösung zur Verfügung stellen und somit einen Beitrag für die nachhaltige Transformation der Fertigungsindustrie leisten.

Intelligente Stromnetze für eine nachhaltige Wirtschaft & Gesellschaft mit DEER

Derzeit sind erneuerbare Energien bei ihrer Stromerzeugung sehr volatil und ungleich verteilt. Dadurch liegen Nachfrage und Angebot geografisch oft weit auseinander und es entstehen lokale Stromüberschüsse und -lücken. Dies führt immer häufiger zu Belastungen im Stromnetz, weil Strom aus Überschussgebieten zu Gebieten mit erhöhter Nachfrage geleitet werden muss. Um die Überlastung einzelner Leitungen zu vermeiden, kommen daher sogenannte Redispatch-Maßnahmen zum Einsatz. Indem man die Wirkleistungseinspeisung eines oder mehrerer Kraftwerke auf der Überschussseite senkt und dafür die eines oder mehrerer Kraftwerke auf der defizitären Seite erhöht, kann ein Engpass überbrückt werden. Das führt allerdings häufig dazu, dass erneuerbare Energien heruntergeregelt und CO₂-intensive fossile Kraftwerke hochgefahren werden. Dadurch entstehen nicht nur hohe Kosten – fossile Leistung ist teurer als erneuerbare und muss allzeit bereitstehen – sondern auch unnötige CO₂-Emissionen. Durch die aktuellen Redispatch-Beschränkungen auf große Anlagen von in der Regel über 100 kW Leistung bleibt ein riesiges und im Zuge der Elektrifizierung schnell wachsendes Potenzial an sogenannten Kleinstflexibilitäten, wie zum Beispiel Wärmepumpen oder Elektroladesäulen, ungenutzt. Für diese Systeme gibt es bislang noch keine technischen Standards oder Regulierungen, obwohl damit nach Projektangaben die jährlichen Redispatch-Kosten von 2,3 Milliarden Euro (Wert aus 2021) stark verringert werden könnten. Genau diese Kleinstflexibilitäten möchte DEER mit einem dezentralen Redispatch 3.0 nutzbar machen.

Ziel des Projekts DEER – Dezentraler Redispatch – ist die Einbindung dieser Kleinstanlagen in den übergeordneten Redispatch-Prozess. Die Anlagen werden dabei dezentral und on the edge in einem Multi-Agenten-System gesteuert. Das bedeutet, dass sich die Anlagen jeweils dezentral und gemeinsam optimieren. Durch eine auf Blockchain und selbst-souveränen Identitäten (kurz: SSI) basierende Ende-zu-Ende-Nachweisführung werden die notwendigen Datenströme dabei verifizierbar und selbstbestimmt gestaltet, was die Abhängigkeit und Notwendigkeit einer zentralen Instanz vermeidet.

Maschinenbau und Echtzeitdatenverarbeitung

Mit Thin Edge echten Mehrwert aus Prozessdaten holen

So können die Bedürfnisse von Haushalten und Unternehmen erfüllt und ein optimales Flexibilitätspotenzial am Markt angeboten werden. Die Vorteile für Haushalte und KMU liegen auf der Hand: Mit dem Redispatch 3.0 lässt sich nicht nur nebenbei Geld verdienen, sondern man kann die Energiewende aktiv mitvorantreiben und so nachhaltiger wirtschaften und leben. Insbesondere im aktuellen Spannungsfeld zwischen Klimawende und der immerwährenden Frage nach der sozialen Verträglichkeit ist Deutschland auf solche Entwicklungen angewiesen. Zudem strapaziert die Energiewende die bestehenden Stromsysteme, weshalb ein sicheres und dezentrales System wichtige Entlastungen für das Übertragungsnetz leisten kann. Gleichzeitig ist es jedoch essenziell, die Privatsphäre sensibler Strommarktdaten und die selbstsouveräne Entscheidungsfreiheit von Haushalten zu wahren, was durch die Nachweisführung auf Basis von Blockchain und SSI gelingt.

Im Projekt werden zunächst vor allem die technischen Voraussetzungen erarbeitet, aus denen schließlich ein Prototyp entwickelt und dieser in einem Feldtest erprobt wird. Die Erkenntnisse werden in technische Normen und Standards überführt – und als Open-Source-Lösung zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse sind dann für die praktische Anwendung nutzbar und der Gesellschaft dienlich.

Das Projekt, das vom BMWK eine Förderung in Höhe von 1,8 Millionen Euro über eine Laufzeit von drei Jahren erhält, wird einen wichtigen Beitrag zur Entlastung der Stromnetze leisten und dabei niedrigere Netzentgelte und gleichzeitig neue Einnahmequellen für Stromkunden konzeptionieren.

Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, zum führenden Innovationsstandort im Bereich Edge Computing zu werden – und das mit gutem Grund. Denn Edge-Technologie birgt enormes Potenzial für die Zukunft. Neben den vorgestellten Projekten werden im Programm „Edge Datenwirtschaft“ weitere Projekte gefördert. Dazu gehören: ESCOM, openFLaaS, ARIKI, RIWWER, Fred, SECAI und CAREFUL-EDGE-X.

Produktionsleiter Forum 2023

Die Zukunft der Industrie ist digital und nachhaltig

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal Industry of Things erschienen.

* Dr.-Ing. Regine Gernert und Claudia Davies sind wissenschaftliche Referentinnen beim DLR Projektträger in der Abteilung Digitale Strategien und Entwicklungen.

(ID:49756300)