Industrielle Datenarchitekturen mit UNS und MQTT umgestalten

In einer aktuellen Folge des Augmented Ops Podcasts haben wir mit Vatsal Shah, dem Gründer und CEO von Litmus Automation, die sich schnell entwickelnde Landschaft der industriellen Datenarchitekturen untersucht. Unter dem Titel"MQTT, Unified Namespace, and The New Industrial Data Stack" (MQTT, Unified Namespace und derneue industrielle Datenstapel) wirft das Gespräch mit Shah einen genauen Blick auf Architekturen wie Unified Namespace (UNS) und Kommunikationsprotokolle wie Message Queuing Transport Telemetry (MQTT), die die Grundlage für die modernen Dateninfrastrukturen bilden, die Hersteller benötigen.

Ausgehend von seiner Erfahrung als Automatisierungsingenieur, der mit vielen der etablierten Anbieter in diesem Bereich gearbeitet hat, um schließlich Litmus zu gründen und eine neue Reihe von Tools zu entwickeln, gibt Shah Einblicke in die Herausforderungen der Datenintegration, vor denen viele Hersteller stehen. Insbesondere betont er die dringende Notwendigkeit, die Welten der Informationstechnologie (IT) und der Betriebstechnologie (OT) mit einer offenen, interoperablen Datenarchitektur zu verbinden.

Shah erläutert die erheblichen Einschränkungen, die er bei der Arbeit mit den vorhandenen Tools von Altanbietern im Bereich der industriellen Automatisierung erlebte und die ihn schließlich zur Gründung von Litmus veranlassten. Die Probleme, auf die er stieß, betrafen häufig die Schwierigkeiten bei der Integration von Systemen mit Komponenten verschiedener Plattformen und Anbieter. Shah erzählt, dass er und sein Team während der Arbeit an einem Öl- und Gasprojekt vor der Herausforderung standen, Systeme von Emerson, Honeywell, Fisher, Rosemount und Siemens so zu vereinheitlichen, dass sie alle eine einzige Datenbank nutzen. Dies erforderte ein Maß an Integration über mehrere verschiedene Systeme hinweg, das mit den vorhandenen Tools nicht effizient erreicht werden konnte.

Die einzige Lösung, die ihnen damals zur Verfügung stand, war das Schreiben von benutzerdefiniertem Code in Visual Basic, ein Prozess, der nicht nur zeitaufwändig war, sondern auch nicht die Skalierbarkeit und Flexibilität bot, die für moderne industrielle Abläufe erforderlich sind. Die vorhandenen Lösungen waren allesamt nicht in der Lage, die OT-Daten der IT und anderen Systemen auf rationelle Weise zur Verfügung zu stellen.

Für Shah war zu diesem Zeitpunkt die Gründung eines Unternehmens zweitrangig gegenüber der Lösung der technischen Herausforderungen: "Ich wusste nicht, ob ich das Unternehmen gründen würde, aber wir wollten einfach nur loslegen und dieses Problem lösen." Schließlich gründete er Litmus Automation mit dem Ziel, eine Konnektivitätsplattform zu schaffen, die eine nahtlosere Integration bietet und es Unternehmen ermöglicht, ihre OT-Daten über verschiedene Systeme und Plattformen hinweg effektiver zu nutzen.

Shah betont die entscheidende Rolle von Unified Namespace(UNS) bei der Modernisierung industrieller Datenarchitekturen und hebt dessen zentrale Rolle bei der Überbrückung der Kluft zwischen IT und OT hervor. "OT hat ein Chaos. Die IT braucht jetzt Daten. Es muss eine gemeinsame Basis zwischen beiden geben", erklärt Shah die Notwendigkeit von UNS.

Im Gegensatz zu den traditionellen ISA-95- oder Purdue-Modellen nutzt UNS eine Hub-and-Spoke-Architektur mit einem zentralen Message Broker, an den sich alle Systeme - von Fertigungsmaschinen bis zu QMS und ERP - über ein offenes Kommunikationsprotokoll anschließen können. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, dedizierte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen einzurichten, wann immer Sie Daten zwischen zwei Knoten im Namensraum austauschen müssen, und ermöglicht eine wesentlich flexiblere und skalierbarere Infrastruktur.

Shah ist der Meinung, dass die Hersteller ein offenes, interoperables Framework benötigen, das den Datenaustausch und die Integration über eine Vielzahl von Systemen hinweg erleichtert. Mit der Einführung von UNS können Hersteller neue Systeme schneller integrieren und gleichzeitig den Entwicklern die Möglichkeit geben, von jedem Teil des Unternehmens aus auf Daten zuzugreifen.

Er erklärt: "Mit einem Unified Namespace entscheidet die IT-Abteilung, welche Art von Daten veröffentlicht werden und wie sie organisiert werden. Die IT-Abteilung entscheidet, wie die Daten genutzt werden, wie sie sicher sind und wie sie in den richtigen Kontext gestellt werden, den alle intelligenten Anwendungen benötigen."

Trotz des revolutionären Potenzials dieser Architektur erkennt Shah die Herausforderungen an, die aufgrund der Einschränkungen des verwendeten Datentransportprotokolls bestehen: MQTT. Das Protokoll ist offen, leichtgewichtig, veröffentlicht und abonniert und kann so konfiguriert werden, dass es Berichte nach Ausnahmen erstellt, was es ideal für UNS-Anwendungsfälle macht. Er argumentiert jedoch, dass die MQTT-Spezifikation weiter verfeinert werden muss, um Unified Namespace-Implementierungen in großem Umfang zu unterstützen.

Er merkt an, dass "MQTT einen langen Weg zurückgelegt hat... Aber es gibt noch viel zu tun." Um den Anforderungen einer unternehmensweiten Infrastruktur gerecht zu werden und mit den Fähigkeiten von Datenstromverarbeitern wie Kafka mithalten zu können, muss das Protokoll seiner Meinung nach in puncto Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit verbessert werden. Er glaubt, dass dies der Grund dafür ist, dass IT-Organisationen MQTT noch nicht als umfassende, zukunftssichere Grundlage ansehen. Eine der Weiterentwicklungen von MQTT, die darauf abzielt, die Anforderungen der Hersteller zu erfüllen, ist die Sparkplug B-Spezifikation.

Shah erklärt, dass MQTT auf der Transportebene datenunabhängig ist, während Sparkplug B ein strukturiertes Format für die Organisation von Daten eingeführt hat, das die Integration vereinfachen kann. Er wies jedoch auch auf die Grenzen von Sparkplug B hin, insbesondere auf seinen engen Anwendungsbereich. Sparkplug B eignet sich zwar gut für die Organisation von standardisierten Daten aus edge devices und SCADA-Systemen, aber "in dem Moment, in dem es um mehr analysierte Daten, abgeleitete Daten, kontextualisierte Daten und Metadaten geht, müssen Sie ein wenig über Sparkplug B hinaus denken", so Shah.

Letztendlich ist er der Meinung, dass die weniger flexible Nutzdatenstruktur von Sparkplug B nicht für die breite Palette von Anwendungsfällen geeignet ist, die erforderlich sind, um OT und IT in der Art und Weise zu verbinden, wie es ein Unified Namespace anstrebt. Damit Unternehmen die Vorteile, die die UNS-Architektur verspricht, in vollem Umfang nutzen können, ist eine weitere Entwicklung von Datentransportprotokollen erforderlich.