Die wichtigsten offenen IoT-Technologien

Neue Erkenntnisse durch Graph Analytics

Für das Thema IoT Analytics werden Graph-Datenbanken immer wichtiger, weil damit die Modellierung von Knowledge Graphs möglich werden. Damit ist das semantische Korrelation verschiedener Objekte gemeint, um gezielte Abfragen und Auswertungen anfertigen zu können. So modellieren Graphen von sozialen Netzwerken, welcher User mit welchen Usern Kontakt hat oder welchen Interessensgruppen er folgt. Im IoT-Bereich können Graphen die Beziehungen zwischen den verschiedenen Geräten abbilden. Das vereinfacht die Erkennung von Ähnlichkeiten oder Anomalien, die sich beim einfachen Hinschauen nicht erkennen lassen. Neo4j ist die derzeit stärkste offene Graph-Datenbankplattform. Das Tool besitzt mit Cypher eine eigene Query Language. Ähnlich wie SQL können damit Daten aus der Datenbank gelesen, verändert oder zurückgeschrieben werden. Wichtig für Data Scientists ist es, Graphen mit Graph-Algorithmen zu analysieren. Neo4j bietet dafür eine Reihe von Funktionen, sodass sich z.B. die Informationen des Graphs anhand von Ähnlichkeitsscores in Clustern zusammenfassen lassen. Auch das Entdecken von Auffälligkeiten oder die Umsetzung von Wegfindungsalgorithmen zur Routenoptimierung sind damit möglich.

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Viele Firmen haben eine gute Vorstellung, wo und wie sie IIoT-Technologien nutzen möchten. Doch Strategie und Planung sollten weiter reichen, denn mit künstlicher Intelligenz zeichnet sich längst eine weitere Etappe der digitalen Transformation ab.Das Reiseziel der Industrie wird heute meist als die Smart Factory ausgegeben. Hierzu gibt es verschiedene Forschungsprojekte, deren Ergebnis ein selbstregulierendes System und funktionelles Netzwerk sein soll. Doch bis ein Unternehmen die Voraussetzungen dazu geschaffen hat, bedarf es einer vorausschauend definierten Strategie und Planung für die Umsetzung von IIoT und weiterführenden Technologien. Die Reiseroute der digitalen Transformation sollte dabei entscheidende Meilensteine beinhalten. Um den ersten Meilenstein, die erfolgreiche Einführung einer IIoT Technologie, zu erreichen, ist ein Verständnis für die unternehmerischen Herausforderungen und deren Auswirkungen auf das Endergebnis notwendig. Ausgehend von einem definierten Use Case sind die Daten aus MES-, PLM-, ERP-Tools sowie weiteren Systemen zu sammeln, zusammenzuführen, zu visualisieren und vor allem auch zu verstehen. Konnektivität, Sichtbarkeit, und Transparenz sind die zentralen Begriffe zur Beschreibung des Nutzens für Unternehmen durch IIoT. Das Sammeln, Säubern und Validieren der Daten ermöglicht etwa eine Zustandsüberwachung der Maschinen anhand von Datendisplays.Mit dem Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) eröffnen sich weitreichendere Möglichkeiten. Durch den Einsatz von Methoden der KI und Machine Learning Operations (MLOps) sind Maschinen in der Lage, auf externe Einflüsse zu reagieren und so beispielsweise die Fertigungsrobustheit zu erhöhen. Dazu ist es notwendig, die bereinigten und validierten Daten zu transformieren. Mit der Datentransformation ergeben sich gekennzeichnete und nicht gekennzeichnete Daten. Erstere werden dazu verwendet, um verifizierte Vorhersagen zu treffen. Diese historischen Daten sind die Grundlage für das mathematische Modell. Mit Algorithmen führt dieses Berechnungen in Echtzeit durch, wodurch Vorhersagen für auftretende Ereignisse möglich sind. Die mathematischen Modelle werden umso komplizierter, je mehr Systeme und damit Variablen eingebunden werden. Anhand der nicht gekennzeichneten Daten wird geprüft, ob diese mit den Ergebnissen des Modells übereinstimmen. Abweichungen oder Verschlechterungen des Modells führen zu weiteren Anpassungen oder aber auch zu einer kompletten Neuentwicklung. Erst wenn die Tests erfolgreich sind, wird das Modell in das Produktivsystem überführt. Mit Hilfe von MLOps wird das Artefakt an die betreffende Maschine übergeben. Diese wird damit in die Lage versetzt, zu lernen und sich selbst zu optimieren. In einer solchen virtuellen Fabrik ist die Vorhersage und Reaktion in Echtzeit möglich. Doch sind diese Möglichkeiten nicht das Ende auf der Reise der digitalen Transformation. Denn KI bildet die Grundlage für einen weiteren entscheidenden Schritt bei dem Aufbau der Smart Factory. Ein möglicher Use Case für die Weiterentwicklung wäre die intelligente Auftragssimulation im Bereich der Planung bei Lieferketten. Mit ihr könnten abhängig von Produktionskapazitäten, Lieferantenorderzeiten und Materialbestand automatisch Materialbestellungen ausgelöst werden.Damit die digitale Transformation erfolgreich verläuft und die erwarteten Ziele erreicht werden, sind eine methodische Vorgehensweise sowie Expertenwissen notwendig. Ein Projektplan beinhaltet aufeinander aufbauende Schritte. Beginnend mit der Datenentdeckung ist ein Verständnis der geschäftlichen Herausforderungen, der Identifizierung profitabler Anwendungsfälle und einer Datenkorrelationsstudie notwendig, um zu beurteilen, ob die gewünschte Lösung tatsächlich einen Mehrwert für das Unternehmen bringen kann. In diesem Projektabschnitt ist es wichtig, zu identifizieren, wo die benötigten Daten abgegriffen werden, und zu definieren, wo diese gespeichert werden. Nachdem der Anwendungsfall validiert ist und alle Voraussetzungen erfüllt sind, wird die Lösung unter Verwendung geeigneter Technologien und Analyseplattformen entworfen und implementiert. Bei der Datenverarbeitung ist nicht nur entscheidend, welche Tools zur Verfügung stehen, sondern auch das entsprechende Detailwissen über jedes Tool. So können diese wie Bausteine zu den unternehmensindividuellen Herausforderungen zusammengefügt werden. Experten wie Data Scientists sind notwendig, um die mathematischen Modelle aufzubauen. In Zusammenarbeit mit Programmierern werden die Algorithmen in den Code überführt. In dem darauffolgenden Projektabschnitt wird die Lösung in der ausgewählten Anlage eingesetzt, damit sie in einem Echtzeit-Produktionsszenario eingesetzt, getestet und bei Abweichungen angepasst werden kann. Auf Basis dieser Versuche werden die mathematischen Modelle validiert. Entscheidend für die Qualitätssicherung ist hier das Wissen über die Algorithmen sowie Daten.

Mit seinem Programm Integrated Digitization will Maschinenhersteller DMG Mori das Kerngeschäft um Automatisierungslösungen und IT-Angebote erweitern. Dafür sollen die Prozesse mit Kundenkontakt gestrafft und digitalisiert werden. Als digitales Backbone dient die Cloudplattform Microsoft Dynamics 365 Customer Engagement.Zahlreiche Hersteller und Zulieferer produzieren auf Anlagen von DMG Mori. Das Spektrum reicht von komplexen Verpackungsanlagen, Serien- oder Einzelteilen und Baugruppen über Spritzgussformen bis hin zu Präzisionswerkzeugen. Das Unternehmen verkauft seine Produkte weltweit. “Alles ist darauf ausgelegt, die Anwender bei ihrer Arbeit bestmöglich zu unterstützen”, sagt Andre Torke, Head of IT Process Engineering Sales bei DMG Mori.In der digitalen Transformation sieht der Maschinenhersteller die Chance, seine Marktposition zu stärken und auszubauen. Im Rahmen der Integrated-Digitization-Strategie erweitert er das Kerngeschäft durch Automatisierung und digitale Lösungen etwa für Produktionsplanung, Fertigungsvorbereitung, Maschinen-Monitoring und Instandhaltungs- und Servicemanagement. Unter dem Namen Payzr (Pay with Zero Risk) baut DMG Mori gegenwärtig zwei neue Modelle für Equipment as a Service (EaaS) und Software as a Service (SaaS) auf Subskriptionsbasis auf. Als genauso wichtig für den Geschäftserfolg wertet der Hersteller standortübergreifend durchgängig IT-gestützte, standardisierte und automatisierte Prozesse. Im Vertrieb, im Marketing und im Service nutzt das Unternehmen die Cloudlösung Microsoft Dynamics 365 Customer Engagement. Auf der CRM-Plattform, die eine heterogene CRM-Landschaft ersetzt, werden vertriebs- und servicebezogene Informationen unternehmensweit zentral und einheitlich in der Cloud zusammengeführt, vernetzt und strukturiert verwaltet. Die rund 2.700 Endanwender im Vertrieb können im Rahmen ihrer jeweiligen Rolle und Berechtigung rund um die Uhr auf die Clouddaten zugreifen. Sie sehen dort kundenbezogene Aktivitäten und sind über den aktuellen Status einer Verkaufschance auf dem Laufenden, was die interne Kommunikation und die Reaktionszeiten bei der Interaktion mit Kunden und Interessenten verbessern kann.Auch die Prozesse des neuen Mietmaschinen-Programms sind im Cloud-CRM integriert. Das betrifft die Konfiguration im DMG-Mori-Onlinestore, die Subskription und die Anlage einer Opportunity bis zur Übergabe der Daten für den Vertragsabschluss an den Leasing-Geber. Auch die genutzten Spindelstunden für die Abrechnung werden über die Cloudanwendung übertragen. Vor Vertragsabschluss werden die Angaben des Antragstellers geprüft und gegen Sanktionslisten abgeglichen. Ampelfarben zeigen an, ob das Geschäft sofort abgeschlossen werden kann (grün), vorher weitere Informationen einzuholen sind (gelb), oder sie warnen vor dem Abschluss (rot). Auch Vertriebsleitung und Management arbeiten mit den Daten des Cloudsystems. Sie können sich beim Vertriebscontrolling und bei Entscheidungen auf Auswertungen stützen, die in Microsoft Power BI erstellt und grafisch aufbereitet werden. Das Marketing plant seine Kampagnen ebenfalls auf Basis der neuen Single Source of Truth.

Bosch und Amazon Web Services (AWS) wollen gemeinsam die Digitalisierung in der Logistik vorantreiben und haben eine strategische Zusammenarbeit vereinbart.‣ weiterlesen

Digitalisierung ist kein Selbstzweck, Digitalisierung muss Mehrwerte schaffen. Dieses Leitbild von Eurogard korrespondiert mit dem Unternehmensprofil von Meba Metall-Bandsägemaschinen. Das Familienunternehmen legt gleichermaßen Wert auf Tradition und Wandel. Nachfolgende Skizzierung zeigt die schrittweise Umsetzung von Digitalisierungslösungen und die dadurch entstehenden Mehrwerte für den Maschinenhersteller und dessen Kunden.Das Ziel war bereits vor mehr als einer Dekade klar. Thomas Rehm, Leiter der Elektroabteilung bei Meba, wusste, dass die Themen Digitalisierung und die damit verbundenen Oberbegriffe Industrie 4.0 sowie IIoT genau beobachtet und bewertet werden müssen. Weltweit vertreten mit über 50 verschiedenen Modellen, bietet das Unternehmen von standardisierten Einzelsägen bis hin zu individuellen Komplettlösungen mit Materialhandling- und Längenmesssystemen in allen Automatisierungsgraden ein vielfältiges Produktportfolio an, inklusive einer Rundumbetreuung, die Beratung, Planung, Konstruktion, Umsetzung, Inbetriebnahme, Ersatzteilservice und Betreuung der Anlagen umfasst. Eine schrittweise Digitalisierung des Produktportfolios war dennoch unverzichtbar, um eine Spitzenposition im Weltmarkt beizubehalten. Die Zusammenarbeit mit dem Anbieter für Fernwartung und IIoT Eurogard hilft und befähigt, genau dies strukturiert und konsequent umzusetzen.Das Produktportfolio bietet Kunden zwei Digitalisierungskategorien und erlaubt so auch, eine schrittweise Implementierungsstrategie umzusetzen. Zum einen bietet Eurogard seinen Kunden die seit langem bewährte, klassische Fernwartung an. Hierbei werden ServiceRouter Compact in den jeweiligen Maschinen und Anlagen installiert und VPN-Netze via Internet oder Mobilfunknetz aufgebaut. Die Lösung kann sowohl on premises oder in der Cloud betrieben werden. Der Ansatz überzeugt durch eine einfache und schnelle Realisierung sowie durch ein attraktives Preis- Leistungsverhältnis und eignet sich somit für den Eintritt in den Bereich der Remote Services. Wenn gewünscht, können über diesen Ansatz auch weitere IIoT Funktionen realisiert werden. Aufgrund des damit verbundenen erhöhten Datentraffics über die VPN-Leitung, wird Kunden dies allerdings nur in Sonderfällen empfohlen. Geeigneter hierfür ist die zweite und nachfolgend beschriebene Digitalisierungslösung.Die Machine to Value (M2V)-Plattform stellt zusammen mit den ServiceRoutern V3 die IIoT-Landschaft des Anbieters dar. Ebenso schnell und einfach wie der ServiceRouter Compact lässt sich der V3 in die entsprechenden Maschinen und Anlagen einbauen. In allen Ausbaustufen bietet der V3 neben den Grunddisziplinen im Bereich Fernzugriff die Möglichkeit, Maschinen und Anlagen aktiv global zu vernetzen. Durch die Integration gängiger Industrieprotokolle ist eine Anlagenkonnektivität schnell zu realisieren. Neben Neuanlagen lässt sich der V3 auch hervorragend für den IIoT-Retrofit von bestehenden Maschinen und Anlagen verwenden. Somit beginnen alle weiteren digitalen Wertschöpfungsprozesse, indem die kundenspezifischen Datenpunkte aus den angeschlossenen Maschinen auf die M2V-Plattform weitergeleitet werden. Die M2V-Engine strukturiert die eingehenden Datenströme, berechnet Kennzahlen, visualisiert KPIs und ist als flexibles System die Basis für alle kundenspezifischen und individuell zu definierenden Digital-Services. Als hochintegrative Software vereint sie sichere Technologien und ermöglicht es, hardwareunabhängig Daten aus weltweit verteilten Maschinen und Anlagen zu sammeln, aufzubereiten, zu visualisieren und 24/7 von beliebigen Endgeräten sicher darauf zuzugreifen und zu exportieren. Als performante Multi-Mandanten-Software lassen sich über die Plattform beliebig viele Kunden mit unbegrenzten Edge Devices übersichtlich, schnell und einfach anlegen und verwalten. Zusätzlich bietet sie eine umfangreiche, individuelle Maschinenverwaltung. Vorgefertigte Maschinen-Templates erlauben eine einfache und uneingeschränkte Instanziierung von Anlagen. Datentrigger, Nachrichtengruppen und user-spezifische Daten lassen sich individuell definieren. Instanziierte Maschinen können über eine übersichtliche Baumstruktur angelegt und dem jeweiligen Kunden zugeordnet werden. Mit entsprechenden User-Berechtigungen lassen sich Anlagenparameter ändern und somit Anlagen remote steuern. Alarmierungsfunktionen via Mail, SMS oder über eine Smartphone App informieren die Kunden sowie deren Endkunden in Sekundenschnelle über eventuelle Performance-Abweichungen. Aufgrund des integrativen Aufbaus können über APIs vielfältige, eigene B2B-Anwendungen über die Plattform realisiert werden. Und natürlich besitzt der Kunde die Datenhoheit und entscheidet, ob die Maschinendaten standardmäßig im, in Deutschland gehosteten, Cloud-Ansatz oder als On-Premises-Lösung auf dem eigenen Server gespeichert werden.Durch gehärtete Linux Software-Module, gesicherte VPN- und SSL-verschlüsselte Kommunikation, personalisierte Zertifikatschlüssel und individuell erweiterbare Firewalls besitzen die Service-Router ein ausgereiftes Sicherheitskonzept. Regelmäßige Software-Updates berücksichtigen aktuelle Entwicklungen und bieten einen konstanten Schutz.Bei Treffen der Geschäftsführer beider Unternehmen zusammen mit den technischen Leitern wurden die Funktionen der Eurogard Soft- und Hardware-Landschaft vorgestellt und bewertet sowie Implementierungsschritte besprochen. Dr. Peter Becker, Geschäftsführer von Eurogard, kennt das generell große Interesse, aber auch die teilweise vorhandene Skepsis mittelständischer Familienunternehmen gegenüber dem Einsatz von Digitalisierungslösungen. “Unsere Kunden wollen wissen, welchen konkreten Mehrwert sie durch unsere Lösungen erhalten. Wie ändert sich das Geschäftsmodell: Vom reinen Produktverkauf hin zu digitalen Services? Wie lassen sich die Digitalisierungsfunktionen umsetzen? Und wie abhängig mache ich mich von meinem Digitalisierungspartner? Vertrauen, eine partnerschaftliche Zusammenarbeit und Transparenz sind daher für unsere Kunden, neben der technischen Expertise, extrem wichtig.” Nach weiteren strategischen Meetings und Abstimmungen hatte Meba für sich einen Fahrplan erarbeitet, der eine schrittweise Digitalisierung des Produktportfolios vorsieht.Meba-Service Techniker nutzen seither die ServiceRouter Compact, um eine VPN-Fernverbindung zu den weltweit verteilten Maschinen aufzubauen, damit sie den Kunden sofortige Fehlerbehebung und Unterstützung bieten können, ohne dass sie für jeden Fall vor Ort sein müssen. Die Remote-Servicelösung wird auch sehr positiv von den Kunden angenommen, da diese darauf vertrauen können, im Problemfall sehr schnell und effizient Hilfe und Support zu erhalten. Für eine hohe Konnektivität verbaut Meba in der Regel WLAN/LTE-Compact-Router, sodass zur Anbindung an das Internet wahlweise die kabelgebundene LAN- bzw. die drahtlose WLAN- oder die Mobilfunk-Schnittstelle zur Verfügung stehen.Die positive Gesamtentwicklung führte dazu, dass in 2019 die Entscheidung getroffen wurde, das Thema Digitalisierung weiter voranzutreiben und zukünftig erste Funktionen der M2V-IIoT-Plattform zu nutzen und eine eigene App zu entwickeln. In Vorbereitung auf den Rollout in 2022 wurden in den letzten Monaten bereits Sägen mit V3 ServiceRoutern ausgestattet.Nach Freischaltung können Kunden von der Plattform und der App profitieren, da sich die Maschinen einerseits, aber auch die Sägeaufträge andererseits genauer überwachen lassen und so proaktiver gehandelt werden kann. Bei Alarmen lassen sich die Kunden über Push-Nachrichten sekundenschnell informieren. Daten aus Steuerungen oder Sensoren lassen sich sammeln und auf Webdashboards anzeigen oder sie werden über Schnittstellen einem anderen IT-System zur Verfügung gestellt. Die Plattform erlaubt, die Ursache von Fehlern schnell und einfach zu analysieren und ermöglicht Kunden so, ihre Produktion und Prozesse sowie die Qualität ihrer Produkte zu verbessern. Die erweiterte Fernwartungslösung führt zu einer erheblichen Verringerung der Ausfallzeiten. Dies wirkt sich erheblich auf den ROI und die Kosteneinsparungen aus.

Um Produktionsdaten per Manufacturing Execution System auswerten zu können, müssen die Daten aus der Maschine in das System gelangen – bei alten Maschinen ein Problem. Doch Fertiger können sich nicht einfach einen neuen Maschinenpark anlegen. Der Retrofit-Ansatz kann dabei helfen, auch älteren Maschinen Daten zu entlocken.Industrie-4.0-Technologien sind nicht nur etwas für Anlagen auf der grünen Wiese. Auch Bestandsanlagen können per sogenanntem Retrofit bereit für Industrie 4.0 gemacht werden.Retrofit bezeichnet dabei die Aufrüstung bzw. Modernisierung einer alten Anlage. Dabei werden vorhandene Komponenten einer Bestandsmaschine durch neue Bauteile ersetzt oder Komponenten hinzugefügt, um aktuellen technischen und rechtlichen Anforderungen gerecht zu werden.Im Vergleich zur Neuanschaffung bietet ein Retrofit unterschiedliche Vorteile, wie etwa geringere Investitionskosten. Bereits mit niedrigem Kapitaleinsatz können Effekte erzielt werden:

  • •  Längere Nutzungsdauer
  • •  Weniger Ausfallzeiten
  • •  Geringere Produktionskosten durch Verbesserung von Energieeffizienz, Produktivität und Produktqualität
  • •  Erfüllung gesetzlicher Vorgaben
  • •  Prozess- und Maschinendaten-Erfassung

Zudem sind für Retrofits keine langen Genehmigungsverfahren notwendig. Auch Um- oder Neubauten sind meistens nicht notwendig.