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Das Internet der Dinge, Smart Factories oder Industrie 4.0 sind Schlagwörter, die aktuell den Unternehmen um die Ohren fliegen. Fernwartung, Überwachung, Lernen, Ausfallzeiten verringern: Ungeplantes verhindern, Planung konzentrieren.
Doch wie wird meine Produktion zu einer smarten Fabrik? Kann ich einfach auf- und nachrüsten? Und soll ich das tatsächlich in Erwägung ziehen?

Bis 2025 sollen die wirtschaftlichen Auswirkungen der sogenannten vierten industriellen Revolution unsere volle Aufmerksamkeit erreichen. Laut Zukunftsforschern zählen 3D-Druck, Künstliche Intelligenz, Robotik und das Internet der Dinge zu den wichtigsten Technologien der kommenden Jahre. Insbesondere das industrielle Internet der Dinge (IIoT) soll die Fertigungsindustrie positiv anfeuern.

Wir stehen noch auf der Bremse auf dem Weg zur Industrie 4.0 – Manche kämpfen noch mit der Industrie 3.0!

Zunächst sollten Maschinen an das Internet angeschlossen werden können. Daran scheitert es oft bereits. Werkzeuge zur Datenerfassung, Analyse und Verarbeitung oder auch zur Visualisierung sind oft reine stationäre Systeme.
Die Themen Sensoren, IoT-Gateways, Mensch-Maschinen-Schnittstellen und cloudbasierte Systeme werden noch wenig bis gar nicht eingesetzt. Um dann Rohdaten in verwertbare Informationen zu transformieren müssen zunächst brauchbare Konzepte entwickelt werden. Denn nicht jede Zahl auf dem „Tacho“ bringt dem Anwender einen nutzbaren Vorteil.

Natürlich gibt es rationale Gründe, warum die digitale Erneuerung nicht schneller voranschreitet: Altgeräte bieten keine Konnektivität, Abschreibungen sind noch nicht vollzogen, Fähigkeiten zur Entwicklung von Lösungen fehlen oder werden falsch eingeschätzt, Misstrauen gegenüber Online-Technologien sind groß, der eigene Business-Case wird nicht gefunden, es bleibt beim Use-Case, der nicht in die Praxis umgesetzt wird oder werden kann.

Altgeräte können wertvoller sein als man denkt. Als Datenlieferant stehen sie bereits vor Ort!

Oftmals ist der Markt bereits mit dem Produkt durchdrängt. Die Zeit, um den Markt mit Neuprodukten aufzufrischen, benötigt in der Industrie eines oder mehrere Jahrzehnte. Eine Idee könnte die Nachrüstung von Geräten sein, die uns die Industrie 3.0 in die Maschinen bringt. Automatische, halbautomatische oder sogar mechanische „Beobachter“. Darunter versteht man ein Hinzufügen von Sensoren, Zählern, Fühlern, Konnektivität, Hardware- und Softwarekomponenten, das eine Grundlage für erste Schritte bilden kann.
In einem weiteren Schritt muss über die Auswertung dieser „Beobachter“ nachgedacht werden, um die Daten in verwertbare Informationen zu transferieren. Eine Analyse und Verwertung der Daten kann dann wertolle Informationen liefern, um die Produktionsfähigkeit in Qualität und Quantität zu beobachten, zu steuern und vorherzusagen.

Ob Temperaturen, Drucke, Ausrichtungen, Verschleiß, Beschädigungen, Auslastung, Lieferzeit, etc. In der Kette von Produktionsschritten wird die letzte Maschine stehen, wenn die erste nicht liefert. Oder die erste wird blockiert, wenn die letzte steht.
Wird jedoch die eine oder andere Maschine frühzeitig erkennen, dass die erste Maschine Probleme hat, können frühzeitig Erkenntnisse gewonnen und Vorkehrungen getroffen werden. Dafür benötigt man Gateways, um Daten sicher in die Cloud zu übertragen.

Um auf absehbare Zeit in die Industrie 4.0 zu investieren sollten folgende Komponenten integriert werden:

Bandbreite, Standards und Sicherheit
Damit echtzeitrelevante Prozesse effizient ablaufen und Daten in der notwendigen Menge und Geschwindigkeit übertragen werden können, benötigen IIoT-Systeme hohe Bandbreiten mit niedrigen Latenzzeiten. Durch definierte, sichere Standards können die Geräte miteinander zuverlässig kommunizieren und deren Daten integriert werden. Gleichzeitig werden die Daten des Systems vor unbefugtem Zugriff sowie beteiligte Geräte vor unzulässigem Zugang geschützt. Eine sichergestellte, hohe Verfügbarkeit des Services kann bei Berechnung von KPIs wie Taktzeiten oder Stillständen den Anwendern permanent zur Verfügung stehen.

Sensoren
Sensorvorrichtungen messen wichtige Leistungskennzahlen und Betriebsbedingungen der Ausrüstung. Die gewonnenen Daten werden an IoT-Gateway-Geräte gesendet, die energieeffiziente drahtlose Verbindungstechnologien verwenden. Zu den gängigsten Arten von Industriesensoren gehören Bewegungs-, Spannungs-, Temperatur-, Vibrations-, Druck-, Feuchtigkeits-, Näherungs-, Füllstands-, Ultraschall und Schallpegelsensoren.

IoT-Gateways
Gateway-Geräte erfassen die von den oben genannten Sensoren Daten und leiten diese über Netzwerktechnologien, wie 5G oder Wi-Fi, an Server die lokal oder Cloudbasiert sind, weiter.

IoT Plattform
Zur Datenspeicherung benötigt man eine sogenannte Iot/IIot-Plattform.
Diese ermöglicht die Vernetzung von Geräten und Applikationen systemübergreifend und sorgt für einen Informationsaustausch. Dabei werden Verknüpfungen hergestellt und Funktionen zur Steuerung und zur Analyse von Daten angeboten. Zahlreiche IoT-Plattformen sind am Markt verfügbar. Nur ein paar davon: ABB Ability, Amazon AWS, Bosch Suite, Microsoft Azure, Google Cloud, … Diese Plattformen bieten vorkonfigurierte Systeme, die die Organisation der Daten wie auch die Analyse und Visualisierung übernehmen. Oftmals mit geringem Programmieraufwand.

Daten-Visualisierung
IIoT-Plattformen bieten teilweise bereits aufschlussreiche Tools zur Datenvisualisierung. Hier können mobile Anwendungen wie Apps, Web-Apps oder stationäre Screens mit Dashboards platziert werden. Echtzeitdaten über Geräte- und Leistungszustand oder auch Empfehlungen können somit gesichtet werden.
Auch Augmented-Reality-Anwendungen können in der Visualisierung einen nie da gewesenen Input liefern. So kann man nicht nur den Zustand in Form eines „Tachos“ oder „Zahlenstrahls“ darstellen, sondern eine Projektion an der Fertigungmaschine selbst realisieren. Über einen digitalen Zwilling können Maschinenparks auch in das eigene Büro oder Wohnzimmer geholt werden und die Zustände in Echtzeit dargestellt werden.

Wie mache ich aus einer „dumb machine“ ein „talking interface“, und wie bekomme ich Maschinen in einen Industrie-4.0-Zustand?

Oftmals liefern Originalhersteller IIoT-Kits um die Nachrüstung zu ermöglichen. Aber auch Drittanbieter liefern oftmals Nachrüstmöglichkeiten. Hier werden oftmals Hardware als auch Software-Anwendungen aus einer Hand geliefert.

Einige Unternehmen beauftragen Dienstleister wie uns, um kundenspezifische IIoT-Lösungen für ihre Produktionslinien zu forcieren. Dabei starten wir immer mit der Entwicklung des „Big Picture“, um auch Visionen, die nach den ersten Schritten folgen könnten, nicht aus den Augen zu verlieren. Eine kritische Analyse des Level 1 ist auf dem Weg zu einer IIoT dabei enorm wichtig, da das Fundament sonst auf wackeligen Beinen steht. Um tatsächlich die Betriebseffizienz bzw. Ökonomie einer Fabrik zu steigern und nicht nur „Scheindigitalisierung“ zu betreiben, müssen Ausbauschritte realistisch und nachhaltig geplant werden.

Schon in einer zweiten, kurzfristig realisierbaren Phase werden bestehende oder potenzielle Sensoren sowie Analog-Digital-Wandler eingebunden und mit Hilfe einer Software und/oder Middleware verarbeitet. Ziel ist es zunächst, Bestehendes zu visualisieren. Später dann auch, Muster zu erkennen, um Algorithmen für maschinelles Lernen zu trainieren.

Empfehlung

Durch die Pandemie wird es noch deutlicher: Langfristig werden IoT-fähige Technologien erfolgreich sein, die es Unternehmen ermöglichen, die Kosten für den Betrieb und die Wartung von Komponenten aber auch von ganzen Anlagen zu senken. Auch, um diese aus der Ferne zu beobachten, zu steuern und auch um Muster zu erkennen und zu handeln. Jedenfalls ist es die Basis, um Machine-to-Machine-Kommunikation zu ermöglichen, die uns in der Zukunft erwarten wird.

Bei der Planung eines IoT-Projektes sollten Unternehmen jedoch mit den eigenen Zielen beginnen, die für sie und ihre Kunden im Mittelpunkt stehen können.

Ihre Fabrik braucht Intelligenz? Vielleicht können wir auch Ihnen helfen.
Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns bei Graustich auf.