IT/OT-Integration mit Kubernetes: Architektur für industrielle Echtzeitdatenverarbeitung

Warum IT und OT zusammenwachsen müssen

In modernen Industrieumgebungen entstehen an der Schnittstelle zwischen Produktion und Unternehmens-IT zunehmend komplexe Datenströme. Produktionsanlagen, Sensoren und Maschinensteuerungen liefern permanent Echtzeitdaten, die für die Prozessoptimierung, Predictive Maintenance, Qualitätssicherung und Geschäftsentscheidungen immer wichtiger werden.

Das Problem: OT-Systeme (Operational Technology) und klassische IT sprechen unterschiedliche Sprachen. Während OT auf Stabilität, niedrige Latenzen und deterministisches Verhalten optimiert ist, arbeitet IT serviceorientiert, dynamisch skalierend und mit ganz anderen Anforderungen an Netzwerke, Security und Steuerbarkeit.

Die Folge sind hochkomplexe Integrationsprojekte, bei denen Produktionsdaten mühsam über Protokollbrücken und proprietäre Gateway-Lösungen in die IT-Welt geschoben werden. Genau hier kann Kubernetes — richtig eingesetzt — eine saubere, langfristig stabile Architektur liefern.

Kubernetes als neutrale Orchestrierungsschicht

Kubernetes wird im IT-Bereich meist mit klassischem Cloud-Native-Betrieb in Verbindung gebracht. Doch seine eigentlichen Stärken — Portabilität, Orchestrierung, Service-Isolation und vollständige Automatisierbarkeit — sind genau das, was in einer modernen IT/OT-Architektur fehlt. Kubernetes kann hier als abstrakte Steuerungsschicht dienen, die beide Welten verbindet, ohne sie technisch miteinander zu vermischen.

Der Schlüssel dazu ist eine funktionale Trennung der Schichten: Maschinen bleiben in ihrer hochverfügbaren OT-Welt, Kubernetes orchestriert die datenverarbeitenden Microservices in eigenen, klar abgegrenzten Zonen.

Die Maschinenwelt bleibt segmentiert

In der untersten Schicht arbeiten klassische OT-Komponenten wie SPS-Systeme, SCADA-Server, Sensorcluster und Feldbusse weiterhin deterministisch innerhalb ihres abgeschotteten Produktionsnetzes. Hier geht es nicht darum, neue Systeme aufzuzwingen, sondern bestehende industrielle Steuerungen möglichst unverändert weiter betreiben zu können.

Um diese Maschinenwelt zugänglich zu machen, wird ein Übersetzungs-Layer eingezogen: Protokoll-Adapter wie OPC UA-Gateways, MQTT-Broker oder Edge Data Collectors normalisieren die proprietären Steuerprotokolle auf IP-basierte, servicefähige Schnittstellen. Diese Adapter bilden die technische Grenze, über die IT-Dienste auf Produktionsdaten zugreifen dürfen, ohne direkten Zugriff auf die Maschinen selbst zu erhalten.

Damit bleibt die Produktionsumgebung physisch und logisch segmentiert und schützt sich aktiv gegen Angriffsvektoren aus dem IT-Bereich.

Verarbeitung am Edge: Kubernetes wird maschinennah

Direkt an diese Adapter schließt sich die Edge-Schicht an. Hier beginnt der Einsatz von Kubernetes. Auf robuster Industriehardware im Produktionsbereich laufen minimalisierte Kubernetes-Distributionen wie K3s oder MicroK8s, die speziell für Edge-Umgebungen konzipiert sind.

In diesen Edge-Clustern laufen containerisierte Microservices, die hochfrequente Maschinendaten lokal entgegennehmen, vorverarbeiten, analysieren und aggregieren. Typische Anwendungen an dieser Stelle sind Anomalie-Erkennung, Frühwarnsysteme für Maschinenfehler, Qualitätskontrollen und Predictive-Maintenance-Modelle.

Der zentrale Vorteil liegt darin, dass die initiale Verarbeitung direkt am Ort der Entstehung erfolgt. Damit sinken sowohl Latenz als auch Bandbreitenbedarf erheblich. Gleichzeitig entsteht Unabhängigkeit von zentralen IT-Systemen: Selbst bei WAN-Ausfällen läuft die lokale Produktion vollständig autark weiter.

Der Übergang in die zentrale IT: Kubernetes als Datendrehscheibe

Erst nach der lokalen Vorverarbeitung gelangen aggregierte Datenpakete über abgesicherte Schnittstellen an die zentrale IT. Diese zentrale Integrationsschicht wird ebenfalls von Kubernetes-Clustern orchestriert, die im Unternehmensrechenzentrum, in einer Private Cloud oder in einer souveränen Cloud-Umgebung laufen.

Hier finden sich sämtliche Anbindungen an ERP-Systeme wie SAP, MES-Systeme, Business-Analytics-Plattformen, Data Lakes oder Enterprise-Reporting-Tools. Die Anbindung erfolgt ausschließlich über API-Gateways, Event-Broker oder Streaming-Systeme, wodurch die zentrale IT keinerlei direkte Verbindung zur Produktionslinie benötigt. Die Datenströme sind logisch isoliert, kontrolliert und versionierbar.

Sicherheit durch Zero-Trust-Architektur

Die Kommunikation zwischen Edge und Core wird vollständig servicezentriert aufgebaut. Sämtliche Datenströme sind gegenseitig authentifiziert und verschlüsselt. Service-Mesh-Technologien wie Istio oder Linkerd übernehmen die wechselseitige Service-Authentifizierung per mTLS, inklusive Policy Enforcement und Traffic Auditing.

Über zentrale Policy Engines wie OPA (Open Policy Agent) wird festgelegt, wer wann worauf zugreifen darf — inklusive vollständiger Auditierbarkeit aller Systemzugriffe. Damit wird auch bei wachsender Systemkomplexität ein durchgängiges Zero-Trust-Prinzip aufrechterhalten. Kein Dienst kommuniziert außerhalb definierter Schnittstellen.

Automatisierung statt manuelles Netzwerkmanagement

Ein elementarer Vorteil dieser Architektur liegt in ihrer vollständigen Automatisierbarkeit. Sowohl Edge-Cluster als auch zentrale Kubernetes-Umgebungen werden software-definiert provisioniert und betrieben. Neue Standorte, Produktionslinien oder zusätzliche Maschinencluster lassen sich innerhalb von Minuten in die Plattform integrieren — keine individuellen Hardware-Konfigurationen, keine manuell gepflegten Gateway-Systeme.

Über Continuous Deployment Pipelines (CI/CD) können sowohl die containerisierten Applikationen als auch die zugrunde liegenden Infrastrukturen zentral aktualisiert, überwacht und skaliert werden. Jede Komponente ist versionskontrolliert, rollbackfähig und revisionssicher dokumentiert.

Vendor-Neutralität als langfristige Investitionssicherheit

Durch den Einsatz offener Technologien reduziert sich die Abhängigkeit von proprietären Gateway-Herstellern drastisch. Kubernetes, Container-Technologien, Protokolladapter und Policy Engines folgen offenen Standards und werden durch starke Open-Source-Ökosysteme unterstützt.

Das bedeutet nicht nur technische Transparenz, sondern auch langfristige Planungssicherheit: Die Plattform lässt sich mit wechselnden Hardware-Partnern betreiben, unabhängig von einzelnen Lieferanten oder Technologien. Gleichzeitig bleibt der gesamte Systemaufbau kontrollierbar und nachvollziehbar — bis auf Netzwerkebene, Datenströme und Service-Berechtigungen.

Fazit: Kubernetes schafft den operativen Standard für IT/OT-Integration

Der Trend zur IT/OT-Konvergenz ist längst Realität. Produktionsdaten müssen in Echtzeit verarbeitet, mit Unternehmensdaten verknüpft und zentral steuerbar gemacht werden. Proprietäre Brückenlösungen, manuelle Gateway-Konfigurationen und starre Integrationsprojekte stoßen dabei immer schneller an ihre Grenzen.

Mit Kubernetes entsteht eine durchgängig orchestrierbare Plattformarchitektur, die Maschinen und IT-Systeme logisch trennt, technisch sauber verbindet und dabei volle Automatisierbarkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit bietet. Unternehmen gewinnen damit nicht nur operative Effizienz, sondern langfristige technologische Eigenständigkeit.

Wer IT/OT-Integration heute neu aufbaut, kommt an Kubernetes als verbindendem Architekturstandard kaum noch vorbei.