FabOS

Das Ziel von FabOS ist es, ein offenes, verteiltes, echtzeitfähiges und sicheres Betriebssystem für die Produktion zu entwickeln. Dieses Betriebssystem soll als Grundlage für ein Ökosystem von datengetriebenen Diensten und KI-Anwendungen dienen. Hybride Cloud-Plattformen und IIoT-Anwendungen sind Kernelemente cyber-physischer Architekturen und werden die Basis der zukünftigen Produktionslösungen bilden. FabOS soll eine Plattform bereitstellen, die Komponenten bereitstellt, die Maschinen, Infrastruktur und Dienste verknüpft, ähnlich wie ein Betriebssystem Benutzerprogramme und Hardware in Form einer Abstraktionsschicht verknüpft. Dies soll zu einer Reduzierung der IT-Kosten und der IT-Komplexität führen, was wiederum zu einer Verringerung der Automatisierungskosten führt. FabOS soll auch die Wandelbarkeit der Systeme und Infrastruktur in der Produktion unterstützen, vom Sensor über die Maschine bis zur kompletten Fabrik ohne Systemgrenzen. Ein einheitliches Lifecycle-Management aller IT-Ressourcen, Produktionsmittel und der technischen Gebäudeausstattung sowie Infrastruktur gehört ebenso dazu wie die Schaffung einer durchgängigen Infrastruktur für echtzeitfähige domänenübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke für die KI-gestützte autonome Produktion der Zukunft.

Um eine Basis für IT-Lösungen für den Mittelstand ohne "Vendor Lock-in"-Effekt zu bieten, werden Open-Source-Komponenten für eine einfache Adaption durch Lösungsanbieter entwickelt und Ansätze von Community- und Crowdsourcing für innovative Lösungen genutzt. So kann FabOS als Befähiger für die Produktionsdigitalisierung und neue Geschäftsmodelle für deutsche produzierende Unternehmen und Lösungsanbieter von KI-gestützten Diensten fungieren. Security by Design, unter Berücksichtigung der Unteilbarkeit von Sicherheit, Schutz und Privatheit der Daten, ist ein Aspekt, der von Anfang an berücksichtigt wird und das Gesamtsystem durchdringt.

Die Motivation zur Schaffung eines FabOS ist mehrschichtig. Die IT-Architekturen der Produktionstechnik sind immer noch weit hinter der "Standard"-IT. Die sehr heterogene IT-Landschaft in der Produktion ist aktuell schwer mit einem durchgängigen IT-System zu beherrschen. Dies erschwert es Unternehmen, die für ML- und KI-Anwendungen notwendigen Daten effizient zu erschließen. Heutzutage findet wegen dieses fehlenden Durchgriffs auf Daten und Informationen aus der Produktion meist eine harte Trennung zwischen der Wissensdomäne der Produktion und den Datenanalytikern statt. Dies beschränkt die Verbindung von IT-Flexibilität mit der Vorhersehbarkeit und Betriebssicherheit industrieller Anlagen und zukünftiger KI-Dienste. Außerdem besteht die Gefahr einer Abhängigkeit von einzelnen Anbietern von Produktions-IT, IT-Infrastruktur, Steuerungssoftware, Analytics- und KI-Diensten, die es zukünftig genauso zu verhindern gilt wie die Abwanderung von Engineering- und Produktions-Knowhow in Plattformen, die von Oligopolen beherrscht werden.

Weiterhin wird es durch ein echtzeitfähiges verteiltes Betriebssystem möglich sein, neue Konzepte für Sicherheitsvorkehrungen zu entwickeln. Heutzutage wird ein Roboter bzw. eine Maschine für sich analysiert und mit Hilfe verschiedener Sensoren abgesichert, die direkt mit dem Roboter kommunizieren. Zukünftig wäre es mit FabOS möglich, Sicherheitssensoren schnell und einfach anzubinden, die ihre Informationen allen in der Nähe befindlichen Robotern zur Verfügung stellen. Durch diese gemeinsame Nutzung von Sensor-Ressourcen können Roboter so gemeinschaftlich abgesichert und somit Kosten für Sensoren eingespart werden. Als plastisches Beispiel sei hier eine Fabrikhalle mit mehreren Robotern erwähnt, durch die sich eine Person bewegt. Bisher erfasst jeder Roboter selbst mit verschiedenen eigenen Sensoren die Annäherung der Person, um entsprechend zu reagieren. Mit Hilfe von FabOS kann die Position der Person in der Halle durch insgesamt weniger Sensoren ermittelt und allen Robotern mittels einer geeigneten Kommunikationsinfrastruktur rechtzeitig mitgeteilt werden, so dass eine Navigations-KI die Routen umplant.

Aktuelle Lösungen sind meist zu spezifisch, nur schwer portierbar und decken nur Teilbereiche ab. FabOS schafft eine umfassende Lösung für die Produktion, die Teillösungen generalisiert und Mehrwert über die Summe der Einzellösungen bietet. Wandlungsfähigkeit, Resilienz und Benutzbarkeit eines solchen Systems wurden als die primären Erfolgsfaktoren identifiziert.

Wandlungsfähigkeit wird geschaffen durch den Einsatz von Virtualisierungstechnik nach Vorbild von SDx-Ansätzen (Software-Defined-Everything - vgl. VLAN, VM/Container) zur Flexibilisierung der Funktionalität der Steuerung und von Maschinen-Modulen und Bereitstellung von Diensten. Die Adaption von echtzeitfähigen Cloud-Edge-Technologien ermöglicht eine verteilte Infrastruktur für echtzeitfähige Wertschöpfungsnetzwerke und datengetriebene Dienste für kognitive Anwendungen und KI-Ansätze. Es werden durchgängige Lösungen von der Integration von Brownfield-Anlagen mittels Konnektor-Adaptern bis zur Anbindung neuer intelligenter Anlagen, Dienste und Infrastruktur mit nativen Schnittstellen betrachtet.

Resilienz wird geschaffen durch die Betrachtung von Sicherheit in allen Ausprägungen (funktionale Sicherheit, Gebrauchssicherheit, Daten/Informationssicherheit, Betriebssicherheit, Privacy), und zwar von Beginn an und durch Berücksichtigung „by Design“, nicht erst im Nachhinein. Insbesondere werden hier Ansätze für KI-gestützte Resilienz, sowohl für FabOS-Basisdienste als auch für Anwendungsdienste betrachtet, indem Daten und Domänenwissen in diesen kombiniert werden.

Benutzbarkeit wird geschaffen durch die Steigerung der Anwendbarkeit und Gebrauchstauglichkeit (Usability), um auch Unternehmen Zugang zu erlauben, die nur eine kleine oder keine IT-Abteilung besitzen. Hier sollen zielgruppengerechte Konfigurationsprofile basierend auf passenden Deployment-Szenarien und dem Reifegrad des Anwenderunternehmens bei der Adaption und Anwendung unterstützen. Das Deployment und die Rekonfiguration wird durch eine intuitive Toolchain unterstützt und geleitet, die es gemeinsam mit Partnern zu konzipieren und umzusetzen gilt.

Das Forschungsprojekt FabOS wird im Rahmen des Innovationswettbewerbs „Künstliche Intelligenz als Treiber für volkswirtschaftlich relevante Ökosysteme“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Es ist ein entscheidender Schritt in Richtung einer digitalisierten und automatisierten Zukunft. Mit seiner Hilfe können Unternehmen nicht nur ihre Produktion steigern und Kosten senken, sondern auch einen positiven Beitrag zur Gesellschaft leisten, indem sie die Sicherheit und Privatsphäre der Daten gewährleisten und die Abhängigkeit von einzelnen Anbietern vermeiden.