Internet of Things

Connected Products als Basis für Industrie 4.0

2 Dezember 2013
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Lesezeit: 5 Minutes

„Connected Products“ haben sich in jüngster Vergangenheit für viele Unternehmen zu wahren Umsatztreibern entwickelt. Die dabei erfolgreich verwendeten Technologien und Methoden können auf den Produktionsbereich übertragen werden.

Dazu müssen sich die Entwicklungsbereiche mit den Disziplinen Elektronik, Mechanik und Embedded auf die klassische IT zubewegen, sich austauschen und gemeinsam die Projekte anpacken. Systems Engineering ist das Bindeglied, welches das Gesamtsystem „Smart Production/Industrie 4.0“ zum Erfolg führt.

Der Beitrag befasst sich mit den erforderlichen Technologien und über konkrete erste Erfahrungen in diesem Umfeld.

Was sind Connected Products?

In den vergangenen Jahren wurden wir mit vielen neuen Schlagwörtern konfrontiert: Industrie 4.0, M2M, Facebook der Geräte, Internet der Dinge, Cyber Physical Systems. Hinter all diesen Begriffen steckt dieselbe Idee:

Produkte erzeugen Daten (z.B. über Sensoren) oder erhalten Steuerinformationen und diese Daten werden nicht nur im Produkt sondern auch an anderen Plätzen benötigt. Diese Systeme nennt man „Connected Products“.

Connected Products sind bereits heute vielfach im Einsatz. Der Fokus liegt hier beim Produkt, welches vom Kunden gekauft wurde und nicht auf der Produktion des Produkts. Beispiele sind unter anderem.

Greifen wir ein Beispiel heraus, an dem klar wird, welche Anforderungen in einem klassischen „Connected Products“-Projekt zu erfüllen sind:

Vernetzte Baumaschinen – der Business Case

Ein großer europäischer Hersteller von Baumaschinen hat sich vor mehreren Jahren entschlossen, seine Produkte zu vernetzen. Das war kein Selbstzweck, um zu testen, was technisch machbar ist. Vielmehr gab es einen ganz konkreten Anlass, der in erster Linie vom Kundendienst getrieben war.

Das Szenario – vorher

Wie sah ein typisches Einsatzszenario vor der Vernetzung der Baumaschinen aus? Fiel eine Baumaschine – beispielsweise in Sibirien – aus und der Techniker vor Ort war mit der Diagnose überfordert, dann wurde der Reparatureinsatz in der Regel sehr teuer. Ein Service-Techniker aus der deutschen Zentrale musste nach Sibirien anreisen. Dort führte er die Diagnose an der Baumaschine durch. Mit seinem Laptop konnte er Fehlerprotokolle, Leistungsdaten und Sensorinformationen auslesen. Sobald er den Fehler erkannte, konnte er das passende Ersatzteil bestellen. Das Ersatzteil wurde eingeflogen und anschließend vom Service-Techniker eingebaut. Danach war die Baumaschine wieder einsatzfähig.

Welche Kosten fielen in diesem Szenario an und bildeten damit auch die Grundlage für den Business Case? Zunächst musste ein Flug für den Techniker gebucht werden. Der Techniker war durch den Einsatz mehrere Tage blockiert und war in diesem Zeitraum nicht mehr für weitere Einsätze verfügbar. Auf Kundenseite wurde wertvolle Zeit auf der Baustelle verloren. Termine waren in Gefahr. Der Kunde war verärgert.

Die Lösung – vernetzte Baumaschinen

In einem umfangreichen Projekt  hat das Unternehmen die Baumaschinen miteinander vernetzt. Was hat sich dadurch geändert?

Ein grundlegender Unterschied ist, dass ab diesem Zeitpunkt die Daten der Baumaschinen nicht mehr an den Ort der Baumaschinen gebunden waren. Die Daten jeder Baumaschine werden in regelmäßigen Abständen von der Maschine an ein Internet-Portal übertragen. Wichtige Informationen, die bei diesem Vorgang über eine Funkstrecke übertragen werden, sind beispielsweise

  • Alarme bei Maschinenfehlerzuständen
  • Diagnosedaten
  • Service-Intervall-Informationen
  • Performance-Kennzahlen
  • GPS Standortinformationen
  • Betriebsstunden
  • Kraftstoffverbrauch
Service aus der Zentrale für verteilte Baumaschinen

Unterschiedliche Baumaschinen nutzen eine gemeinsame Infrastruktur für die Übertragung und Anzeige der Daten.

Drei wesentliche Gruppen nutzen diese Informationen: Hersteller, Händler, die Kunden des Herstellers.

Beim Hersteller sind dies in erster Linie die Bereiche Service, Entwicklung und Produktion. Wichtigste Nutzergruppe ist derzeit der Kundenservice. Die Käufer der Baumaschinen nutzen die Informationen für ihre Einsatzplanung und als Quelle für ihre Baustellen-bezogene Rechnungsstellung. Händler sind in erster Linie daran interessiert, welche Maschinen im Einsatz sind, wie alt sie sind und wie die Maschinen ausgelastet sind.

Das Szenario – nachher

Dasselbe Szenario mit Vernetzung stellt sich wie folgt dar:

Eine Baumaschine in Sibirien fällt aus. Der Techniker vor Ort ist überfordert und ruft die Kundendienstzentrale in Deutschland an. Der Service-Techniker informiert sich im Portal über den Zustand der Maschine. Dort sind Daten von der Maschine aufgelaufen. Aufgrund der Fehlermeldungen kann der Service-Techniker eine erste Diagnose vornehmen. Reichen die Fehlermeldungen für eine Diagnose nicht aus, so hat er die Möglichkeit, direkt über die Funktion „Remote Service“ den Zugriff auf ca. 1.800 Datenpunkte zu erhalten. Diese liefern Sensoren und Steuergeräte. Das ist der gleiche Vorgang, als hätte er vor Ort seinen Kundendienst-Laptop mit der Maschine verbunden. Der Service-Techniker lokalisiert das Problem, löst die Bestellung des Ersatzteils aus und informiert den Techniker vor Ort, der nach dem Versand auch den Einbau des Ersatzteils übernimmt.

Das Problem konnte schnell aus der deutschen Zentrale gelöst werden – ohne Zeitverlust, Flugbuchung, Reisen und hohe Kosten.

Prävention – ein Nebeneffekt vernetzter Produkte

Vermutlich wäre es nach der Vernetzung gar nicht mehr zu einem Ausfall gekommen: häufig kündigen sich Maschinenausfälle frühzeitig an. Fehlermeldungen häufen sich, die Maschine wird auffällig. Im Portal wird dies erkannt und ein vorbeugender (präventiver) Wartungsauftrag ausgelöst. Das Bauteil wird ausgetauscht, bevor es zu einem Stillstand kommt.

Der Eigentümer der Baumaschine ist begeistert, da durch das „mitdenkende“ Wartungskonzept ungeplante Ausfälle minimiert werden. Und der Hersteller der Baumaschinen freut sich über deutlich gesunkene Service-Kosten.

Architektur Cyber Physical Systems am Beispiel Baumaschinen

Die Architektur von Cyber Physical Systems

Telematik – die technische Lösung

Für die Baumaschinen wird ein Telematikmodul entwickelt und eingebaut. Das Telematikmodul hat über Bus-Systeme den Zugriff zu Steuerungen und Sensoren, reichert die Daten über GPS-Standortinformationen an und sendet anschließend über ein Funkprotokoll Daten in eine Datenbank des Internet-Portals.

Das „Internet der Dinge“ beziehungsweise „Cyber Physical System“ wird Wirklichkeit.

Aus technischer Sicht ist interessant, dass hier zwei ganz unterschiedliche Technologiebereiche zusammen wachsen (müssen):

  • die Unternehmens-IT, die das Portal betreibt und so über klassische Web- und Internet-Technologie den Zugriff ermöglicht.
  • Embedded Systems mit den Disziplinen Elektronik und Embedded  Software für die Bereitstellung der Maschinendaten.
Unternehmens-IT trifft Embedded Systems

Informatiker prallt auf Ingenieur – Zwei unterschiedliche Technologiebereiche wachsen zusammen.

Gefordert sind also sehr umfangreiche Kompetenzen. Für die klassische Unternehmens-IT wird Know-how in den Bereichen SAP, Java- oder .NET-Entwicklung benötigt.

Embedded Software kämpft mit ganz anderen Problemen wie begrenzte Ressourcen und CPU Power und nutzt Programmiersprachen wie C/C++. Apps für iPad oder iPhone werden mit Objective-C entwickelt.

Elektroniker benötigen wesentlich längere Entwicklungszyklen und haben keine Vorstellung von klassischer Enterprise-IT. Damit Entwicklungen nicht nur in den Einzeldisziplinen Elektronik, Embedded Software, Backend Server/Portal Software oder Mobile Smartphone/Tablet Software funktionieren, ist es von essentieller Bedeutung, das Gesamtprojekt respektive die Gesamtkonzeption im Sinne eines ganzheitlichen interdisziplinären Systems Engineering aufzubauen. Damit ist gewährleistet, dass durch ein umfassendes Lösungsverständnis und der damit verbundenen Projekterfahrung ein funktionierendes Gesamtsystem entwickelt wird.

Ein sehr interessanter Aspekt des Baumaschinenprojektes war die hohe Dynamik, mit dem neue Services in das Portal ergänzt wurden. Ständig kamen neue Ideen aus allen Unternehmensbereichen sowie neue Kundenwünsche hinzu. Und das ist ein Muster, welches wir bei sehr vielen ähnlich gelagerten Projekten ebenfalls beobachten:

Die Services sind das Unterscheidungsmerkmal der Zukunft.

Dort entsteht permanente Innovation. Und deshalb wird auch Software für den Maschinen- und Anlagenbau immer wichtiger.

Im nächsten Blog-Eintrag werde ich das Thema „Der Schritt von Connected Products zu Industrie 4.0“ erläutern.

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Kommentare (2)

[…] “Connected Products als Basis für Industrie 4.0” […]

[…] meinem Beitrag “Connected Products als Grundlage für Industrie 4.0” habe ich über miteinander vernetzte Produkte und die damit verbundene technologische […]

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