Was ist Middleware und wie funktioniert sie?

5. Was bringt der Einsatz im Unternehmen?

Warum eine Middleware wichtig ist

Bildlich gesehen ist eine Middleware wie ein Brückenbauer in einem Unternehmen und Vermittler zwischen allen vorhandenen Systemen und Anwendungen. Wo ohne den Einsatz einer Middleware Kommunikationslücken bestehen, Prozesse nicht automatisch und Datentransfers nicht transparent ablaufen, leidet die Qualität, Effizienz und langfristig auch der Erfolg eines Unternehmens. Eine nachhaltige Digitalisierungsstrategie rückt so in weite Ferne.

Eine Middleware schafft das Fundament für den Aufbau einer Industrie 4.0-Struktur im Unternehmen und legt die Basis für die digitale Transformation.

Durch den Einsatz einer Middleware entsteht eine unternehmensweit homogene Struktur aller eingesetzten Systeme und Anwendungen, wodurch wiederum eine einheitliche und effiziente Kommunikation entsteht.

Möglichkeit der vertikalen und horizontalen Skalierung

Middleware-Software bietet die Möglichkeit, sowohl horizontal als auch vertikal zu skalieren und eröffnet Unternehmen damit essenzielle Wachstumsmöglichkeiten. Horizontale Skalierung entsteht, wenn es innerhalb einer Systemlandschaft die Möglichkeit gibt, stets weitere Systemkomponenten hinzufügen zu können. Möglichkeiten vertikaler Skalierung ergeben sich, wenn der Systemlandschaft weitere Ressourcen wie Server oder Datenbanken hinzugefügt werden, mit denen die Rechnerleistung erhöht werden kann. Verfügen die neuen Komponenten über entsprechende Schnittstellen für die Anbindung, sind beide Skalierungen mit einer Middleware ohne weiteres möglich.

6. Welchen Nutzen bringt der Einsatz einer Middleware mit sich?

Anwendungen und Softwarekomponenten miteinander zu vernetzen und eine Kommunikation zwischen verteilten Systemen, Geräten und Anwendungen zu schaffen bringt zahlreiche Vorteile mit sich:

• Vernetzung: Geräte, Maschinen sowie Steuerungen der OT-Ebene und Systeme der IT-Ebene arbeiten nicht mehr isoliert voneinander, sondern sind miteinander vernetzt.
• Digitalisierung: Eine Middleware trägt durch die Vernetzung maßgeblich dazu bei, den Digitalisierungsgrad im Unternehmen zu erhöhen. Ist dies als Basis gegeben, fördert dies weiterhin die unternehmensweite digitale Transformation.
• Automatisierung: Die Verbindung und Vernetzung verteilter Systemkomponenten bietet die Möglichkeit eines automatisierten und transparenten Datenaustauschs, der deutlich weniger fehleranfällig und somit effizienter ist.
• Prozessoptimierung: Wenn alle Systemkomponenten miteinander verbunden sind und alle in einem Unternehmen vorhandenen Daten erfasst und analysiert werden, bildet das die Grundlage für die Optimierung von Abläufen und Prozessen.
• Steigerung der Effizienz: Mit transparenten Datentransfers und optimierten Prozessen geht eine Steigerung der Effizienz einher, weil Ressourcen besser gesteuert und genutzt werden können. Hieraus ergeben sich zudem weitere Vorteile wie z. B. Produktivitätssteigerung, Ausfallsicherheit, Kostensenkung und Qualitätssicherung.
• Prozesssicherheit: Transparente Datentransfers und effiziente Prozesse führen dazu, dass z. B. Störungen in der Produktion schnell behoben werden können oder gar nicht erst auftreten.
• Komplexität wird reduziert: Eine homogene Systemlandschaft ist weniger komplex und erfordert einen geringeren administrativen Aufwand

7. Welche Voraussetzungen gibt es für den Einsatz im Unternehmen?

Die wichtigste Voraussetzung für die Nutzung eine Middleware ist die Unabhängigkeit. Eine Middleware sollte unabhängig von den Details des Netzwerks sein, in dem sie eingesetzt werden soll, sowie auch von den Protokollen, die beim Datenaustausch genutzt werden. Weiterhin ist die Unabhängigkeit verwendeter Betriebssysteme wichtig, so dass die Middleware plattformübergreifend funktionieren kann. Eine weitere Voraussetzung ist die Unabhängigkeit von bestimmten Sprachen. Die Middleware, die eingesetzt werden soll, muss kompatibel mit allen geforderten Sprachen der vorhandenen Systemlandschaft sein. Zuletzt ist wichtig, dass die Middleware im Hintergrund funktioniert und auf der Anwendungsebene nichts davon zu merken ist, aus wie vielen einzelnen Bestandteilen das System eigentlich besteht.

8. Was passiert bei Erweiterungen oder Veränderungen in der Systemlandschaft?

In der Praxis kommt es nicht selten vor, dass eine heterogene Systemlandschaft verändert oder erweitert wird. Wenn der Datentransfer mithilfe einer Middleware gesteuert wird, so bleibt dieser im Kern bestehen. Dies ist ganz unabhängig davon, ob eine neue System-Komponente dem System hinzugefügt oder ausgetauscht wird. Somit kann die bestehende Systemlandschaft sowohl in der OT als auch in der IT beliebig verändert oder erweitert werden und schafft die Möglichkeit zur Skalierung.

Eine Middleware ermöglicht es, eine Systemlandschaft beliebig zu erweitern oder zu verändern – der Datentransfer bleibt im Kern bestehen.

So ist beispielsweise der Wechsel von einer Steuerung auf eine andere ohne weiteres möglich. Genauso kann eine Maschine auch problemlos in einen anderen Maschinenpark integriert werden.

9. Welche Alternativen gibt es zu einer Middleware?

Middleware vs. API

Eine API (Application Programming Interface) ist eine Programmierschnittstelle und bietet ähnlich wie eine Middleware die Möglichkeit, Anwendungen miteinander zu vernetzen und miteinander kommunizieren zu lassen. Wie der Name schon sagt, setzt die Nutzung einer API eine Programmierung voraus. Über eine API können Programmierer Systeme mit Hilfe von Befehlen, Funktionen, Protokollen und Objekten miteinander verbinden.

Die API ist somit ebenfalls eine Möglichkeit, Systemkomponenten miteinander zu verbinden. Eine Middleware setzt im Gegensatz zu einer API auf eine Vielzahl von Schnittstellen und bietet somit mehr Flexibilität in der Möglichkeit, Systeme anzubinden.

Middleware vs. Protokolle

Protokolle sind ein zentrales Element der Kommunikation zwischen Systemen und Anwendungen. Sie definieren, auf welche Art und Weise Informationen ausgetauscht werden. Hierzu gehören beispielsweise Regeln, Formate, Parameter und Eigenschaften von Daten, die für einen vollständigen, fehlerfreien und effektiven Datentransfer sorgen. Beispiele für IT-Protokolle sind das HTTP-, TCP- oder IP-Protokoll.

Wie auch bei der API stellt jedes Protokoll für sich eine Möglichkeit dar, die Kommunikation zwischen zwei Systemkomponenten zu regeln. Eine Middleware hingegen bündelt eine Vielzahl an Protokollen und bietet auch hier den Vorteil der Flexibilität in der Anbindung einzelner Systemkomponenten.

10. Welche Anforderungen gibt es an eine gute Middleware?

Es gibt einige Kriterien, die bei der Wahl der richtigen Middleware geprüft werden sollten. Neben der Voraussetzung der Unabhängigkeit von Protokollen, Betriebssystemen, Sprachen und Plattformen sowie dem Agieren im Hintergrund gibt es eine Reihe weiterer Kriterien, die bei der Auswahl berücksichtigt werden sollten:

• Sicherheit: Wo eine Menge Daten gesammelt und transferiert werden, darf die Sicherheit nicht zu kurz kommen. Sensible Informationen wie Kunden- oder Produktionsdaten müssen vor dem Zugriff Unbefugter geschützt werden. Eine Middleware muss den höchsten Sicherheitsstandards gerecht werden und die Sicherheit zu jeder Zeit gewährleisten.
• Skalierbarkeit: Eine Middleware sollte skalierbar implementiert werden können. Sowohl das Hinzufügen neuer Systemkomponenten auf IT-Ebene als auch auf OT-Ebene sollte mit einer Middleware ohne großen Aufwand möglich sein.
• Anbindungsvielfalt: Um größtmögliche Flexibilität zu bieten und die heterogene Systemlandschaft bestmöglich abzubilden, sollte eine Middleware eine API bereitstellen und auch die Möglichkeit bieten, unterschiedliche Protokolle zu integrieren.
• Beständige Weiterentwicklung: Der Einsatz einer Middleware sollte die langfristige Digitalisierungsstrategie eines Unternehmens unterstützen. Besonders wichtig hierbei ist, dass die Software stetig optimiert und weiterentwickelt wird und regelmäßige Updates sowie ein Support angeboten werden.
• Programmieraufwand: Verfügt ein Unternehmen nur über sehr geringe oder eventuell sogar keinerlei Ressourcen für die Programmierung von Schnittstellen, so ist das ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl der richtigen Middleware. Es gibt Middleware-Software, wie z. B. den OPC Router, der die Verbindung einzelner Systemkomponenten auf einer grafischen Benutzeroberfläche ermöglicht und bei dem Programmierkenntnisse keine Voraussetzung für die Nutzung sind.

11. Was sind praktische Einsatzgebiete von Middleware in der Industrie?

Ihre universelle Funktionsweise erlaubt es der Middleware, in unterschiedlichsten Branchen und Anwendungsfällen zum Einsatz zu kommen und somit die digitale Transformation zu unterstützen. Nachfolgend erläutern wir zwei Praxisbeispiele aus der Industrie, bei der Prozesse und Datentransfers mithilfe einer Middleware gesteuert werden.

Die Steuerung (SPS) mit Daten und Entscheidungen versorgen

Steuerungen koordinieren in der Automatisierung komplexe Maschinenabläufe und Verfahren der Produktion. Im Ablauf einer Produktionskette werden immer wieder Entscheidungen getroffen, die auf Daten aus anderen Systemen basieren. Ein Beispiel dafür sind Kundenauftragsdaten, die von Kunde zu Kunde unterschiedlich sind und die in einer Datenbank oder einen ERP-System gespeichert sind. Mit Hilfe einer Middleware kann die Weitergabe dieser Daten an die SPS automatisiert werden. Die Middleware erfasst die Kundenauftragsdaten und sendet sie an die Steuerung, um die Produktion zu starten. Auf Basis festgelegter Kommunikationsstandards, beispielsweise OPC UA, kann eine Middleware mit der Maschine kommunizieren. Diese Kommunikation schafft das händische Eintragen der Auftragsdaten direkt in der OT ab und sorgt für eine schnelle und effiziente Produktion.

Alarmierungen empfangen und so die Produktion im Auge behalten

Maschinendatenerfassung und die Auswertung dieser Daten sind essenzielle Bestandteile für eine effiziente Produktion. Mithilfe einer Middleware können Daten aus einer Steuerung mit der IT verbunden werden. Einen entscheidenden Vorteil dabei bringt in der Industrie die Alarmierung mit sich. Eine Middleware empfängt Daten von der Maschine, analysiert diese in Echtzeit und kann Benachrichtigungen senden, die auf diesen Daten basieren. Beispielsweise lässt sich mit der Middleware das Fertigstellen eines Produktionsauftrages per Alarmierung an den zuständigen Mitarbeiter senden. Dieser kann daraufhin den nächsten Auftrag aus dem System an die Maschine übergeben und die Produktion für das nächste Produkt starten. Auch Grenzwerte an der Maschine lassen sich per Alarmierung an die IT übergeben. Sollten zum Beispiel zu hohe Temperaturen in einer Maschine erreicht werden, können Mitarbeiter in Echtzeit informiert werden, die daraufhin reagieren und Gegenmaßnahmen einleiten können. So lassen sich Produktionsstopps verhindern und Ausfälle vermeiden.