Umfassende System- und Softwareentwicklung für Industrie 4.0

Wir arbeiten mit einem deutschen Unternehmen zusammen, das im Bereich Industrietechnik und Automatisierung tätig ist. Der Kunde ist auf hochmoderne Lösungen spezialisiert, die die moderne Fertigung und Landwirtschaft revolutionieren und den Aufbau nachhaltiger Smart Cities unterstützen. Die Lösungen des Kunden ermöglichen eine einfache Konfiguration und Verwaltung der IT-Infrastruktur für die Datenerfassung und -verarbeitung in industriellen Umgebungen und tragen zum messbaren Geschäftserfolg der Endkunden bei.

Projekt 1 – Entwicklung eines Industriecomputers, der die Funktionen eines Routers und eines IoT-Edge vereint

Der Kunde wollte ein Gerät bauen, das als Router fungiert und gleichzeitig die Ausführung von Anwendungen aus Docker-Containern ermöglicht. Wir wurden mit einem neuen Projekt für die Datenverarbeitung nach dem Konzept des Edge Computing angesprochen. Die Idee war, einen Industriecomputer zu entwickeln, der die Funktionen eines Routers und eines IoT-Edge integriert.  Das Ziel war es, die Fernsteuerung des Systems zu ermöglichen und Sicherheit für Geräte zu bieten, die nicht mit dem Netzwerk verbunden sind oder durch eine unabhängige Firewall geschützt werden sollten.

• Das Konzept zum Bau eines Industriecomputers 

Eines der wichtigsten Elemente des Projekts war die Entwicklung einer eigenen Linux-basierten Distribution für einen weit verbreiteten Industriecomputer.

Wir haben mit dem Team des Kunden einen Industriecomputer gebaut, der die Funktion eines Routers, eines Switches, eines VPN, d.h. einer sicheren Netzwerkkommunikation mit dem externen Internet, und eines Containers für IoT Edge in der Cloud (Microsoft Azure) oder unseren eigenen Containern vereint.

Das Ziel des Entwicklungsteams war es, die IoT-Edge-Software von Microsoft Azure ordnungsgemäß auf einem Linux-System zu installieren. Obwohl es eine ziemliche Herausforderung war, gelang es ihnen, es so hinzubekommen, dass das Systemaktualisierungen und alle Systemfunktionen für den Kunden weiterhin ordnungsgemäß durchführbar sind, wenn Microsoft neue Versionen herausgibt (die natürlich aufgrund von Konfigurationsänderungen nicht mehr mit früheren Versionen kompatibel sind).

Dazu haben wir die Yocto Project-Technologie verwendet, die die Möglichkeit bietet, die Größe des Betriebssystems anzupassen, was überall dort wichtig ist, wo die Menge der zu übertragenden Daten eine wichtige Rolle spielt. Mit dem neuen System sind wir in der Lage, Geräte zu verwalten, die für Remote-IoT-Updates und Edge-Geräte im Feld eingesetzt werden. Das bedeutet, dass der begrenzte Speicherplatz effizient genutzt wird und somit die Ressourcen der Geräte im Feld voll ausgenutzt werden können. Vor allem bei einer großen Anzahl von angeschlossenen Geräten führt dies zu erheblichen Kosteneinsparungen.

Wir bauten auch Konfigurationsunterstützung für die manuelle Verwaltung einer Flotte von Geräten. Als Teil der Konstruktion der Schnittstellen haben wir die klassische Architektur des OS Bash in C++ geschrieben und kombinierten dabei Commands für Domains, die die verschiedenen Elemente der Konfiguration managen.

Sicherheitsfragen stehen im Mittelpunkt der Aktivitäten in diesem Projekt. Dies ist sehr wichtig, da eine wesentliche Herausforderung für dieses Geräts darin besteht, dass es potenziellen Angriffen von außen ausgesetzt sein wird, weshalb es so sicher wie möglich sein muss. Zu diesem Zweck haben die Entwickler einen Katalog bewährter Praktiken zur Gewährleistung der Sicherheit von Unix-Systemservern angewandt.

• Überprüfung des Konzepts 

In der ersten Phase des Projekts erstellten wir ein Proof of Concept (PoC), d.h. wir mussten ein Minimum Viable Product (MVP) mit nur grundlegenden Funktionen ohne visuelle Schnittstelle liefern. Das Proof of Concept des Systems wurde auf den Zielgeräten getestet..  Dann begannen wir gemeinsam mit dem Kunden, die Funktionalität des Systems zu entwickeln, die auf die entsprechenden Geräte mit Intel-Chips zugeschnitten ist.

Im September 2020 schlossen wir die PoC-Phase ab und begannen mit der Implementierung von mehr und mehr Schlüsselfunktionen und -elementen des Systems, wie z. B.:

• System zur Konfiguration und Verwaltung von Industrieroutern
• WebGUI (Graphical Web Interface) basierend auf LUCI (Lua Configuration Interface) mit OpenWRT (Open Wireless Router) Router für die Integration von Industriecomputern
• Einfach zu verwendende API für die gemeinsame Nutzung von GPIO (General Purpose Input-Output) Docker-Containern mit Ihrem System
• Fernverwaltungsplattform für mehrere industrielle Computergeräte
• Zusätzliche physische Plattformen

Projekt 2 – Entwicklung von Software für die Fernverwaltung von Routern und Industrieanlagen

Der Kunde beschloss in Zusammenarbeit mit den Entwicklern von VM.PL, ein neues System zur Fernwartung für Betreiber und Konstrukteure von Industriemaschinen aufzubauen. Die Herausforderung bei diesem Projekt bestand darin, eine einfache, funktionale und vor allem sichere Bedienung zu gewährleisten, die eine Übernahme der Daten durch Dritte verhindert. Außerdem sollte das System auch von Personen ohne technischen Hintergrund bedient werden können.

Unsere Lösung

• Projektleitung 

Wir starteten das Projekt im Juni 2018. In Produktworkshops besprachen wir Aufgaben, Pläne für die Bereitstellung der nächsten Sicherheitsstufen, neue Lösungen und Funktionen. Jedes Mal führen wir eine Retrospektive der Arbeitsbereiche des Projekts durch, um zu analysieren, wie die gegebenen Probleme zu lösen sind, und um Schlussfolgerungen für die Zukunft zu ziehen.

• Erstellung der Software 

Wenn jemand eine Flotte von OAM-Geräten (Operations and Maintenance) besitzt und diese bequem verwalten möchte, dann ist die von uns entwickelte maßgeschneiderte Software zusammen mit den anderen unten aufgeführten Anwendungen ideal. Das Entwicklungsteam von VM konzentrierte sich in erster Linie auf den ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb des Systems, so dass niemand außer dem Eigentümer darauf zugreifen und es steuern kann, aber trotzdem gleichzeitig in mehrere Geräten integriert werden kann.

Eingeführte Anwendungen: ​

• Konfigurationsmanagement-Anwendung für mehrere Router einschließlich Industriecomputer – Die Plattform verfügt über ein zentrales, vorlagenbasiertes Managementsystem, das Firmware und Konfiguration abdeckt und Fernzugriff auf alle Geräte im Feld ermöglicht.
• System für die sichere Konfiguration mit Geräten – Umfasst die automatische Bereitstellung und Verwaltung von VPN-Konfiguration und Zertifikaten für Geräte, verschlüsselten Zugang zu Endgeräten, zentralen Standort für eingehende VPNs, feste IP-Zuweisungen, Routing und NAT.
• Eigenständige Anwendung für eine vollständig automatisierte VPN-Infrastruktur – Ermöglicht Konnektivität und sicheren Zugriff auf Geräte und Maschinen von Drittanbietern im Feld
• Zertifikatsverwaltungsanwendung – Wenn die Router-Verwaltungssoftware einige SSL-Schlüssel und -Zertifikate erstellen muss, ermöglicht SCEP Server Ihnen, diese im Authentifizierungsprozess zu signieren.
• Diese Software wurde für Endkunden entwickelt, um Software gegen unbefugte Nutzung zu schützen. Sie ermöglicht es den Kunden auch, Informationen über aktuelle Bestellungen, Produkte, Lizenzen und aktive Installationen einzusehen, und enthält ein Verwaltungspanel zur Verwaltung der verfügbaren Funktionen.

Dank des von uns programmierten Systems hat der Kunde ein neues profitables Produkt in der Kategorie Edge Computing gewonnen, das bereits ein Meilenstein in der Geschäftsentwicklung des Unternehmens zu sein scheint. Das Gerät bietet eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten für Unternehmen, die von Konzepten wie IoT und Industrie 4.0 angetrieben werden. Darüber hinaus ist das Gerät auch ein wertvolles Werkzeug für die Datenerfassung, das Möglichkeiten für das Angebot neuer Analysedienste in der Zukunft eröffnen könnte.