Intelligent Factory – Industrie 4.0 durch Industrial IoT

Industrial Internet of Things („IIoT“) ist eine Teilmenge des Internet of Things („IoT“). Das IIoT überwacht wie auch das IoT Aktivitäten und Bedingungen und ermöglicht die Steuerung von Funktionen aus der Ferne. IIoT-Technologie wird meist zur Überwachung und Steuerung von Produktionsprozessen eingesetzt und erfasst zudem detaillierte Daten für das Qualitätsmanagement. Industrielle Steuerungssysteme setzen IIoT-Technologie ein, um mehr Parameter genauer überwachen zu können und dadurch auch Prozesse granularer und differenzierter zu steuern; mit der Zielsetzung eine höhere Qualität zu erreichen.

Weiter lassen sich durch die gesammelten Daten digitale Services erstellen und neue Geschäftsmodelle können abgeleitet werden. Mit der AIT intelligent Factory Referenzarchitektur unterstützen wir Anlagenbauer, Maschinenbauer und Fabrikbetreiber in ihren jeweiligen Rollen, eine für ihren Bedarf angepasste Lösung zu implementieren – ein schneller Einstieg in neue, innovative Geschäftsfelder wird gewährleistet.

Auf Basis von Industriestandards helfen wir Ihnen Ihre spezifische Lösung zu erstellen und Ihre Kompetenz in der Softwareentwicklung zu erweitern. Denn wettbewerbsdifferenzierende Vorteile lassen sich nicht mit Produkten von der Stange erreichen. Für jeden Maschinen- oder Anlagenbauer ist es deshalb unternehmenskritisch seine Digitalkompetenz zu erweitern. Die AIT ist hierbei ein erfahrener und zuverlässiger Partner, der seine Kunden als Bergführer der Digitalisierung sicher ans Ziel führt, so dass Sie sich auf Ihre branchenspezifischen Businessaspekte konzentrieren können.

AIT intelligent Factory Referenz­architektur

Eine zentrale Rolle spielt das AIT intelligent Edge Gateway, welches flexible Datenkommunikation und Datenverarbeitung auf Fabrikebene ermöglicht und mit einer offenen Softwarearchitektur ausgelegt wurde.

AIT intelligent Edge Gateway

Eine zentrale Rolle spielt das AIT intelligent Edge Gateway, welches flexible Datenkommunikation und Datenverarbeitung auf Fabrikebene ermöglicht und mit einer offenen Softwarearchitektur ausgelegt wurde.

Das AIT intelligent Edge Gateway basiert auf der Microsoft Azure IoT Edge Runtime und kann sowohl unter Windows als auch unter Linux betrieben werden. Es wird flexibel mit Modulen bestückt. Diese Module decken zum einen verschiedenen Kommunikationsprotokolle (OPC UA, Modbus, …) ab, um Daten von Geräten und Maschinen mit übergeordneten Systemen (MES Systeme, IIoT Cloud Plattformen) auszutauschen. Zum anderen ermöglichen sie durch Edge Computing Funktionen wie Maschine Learning direkt auf dem Shopfloor auszuführen. Neben Standardmodulen wie z.B. dem OPC Publisher besteht die Möglichkeit kundenspezifische Module auf der Basis von Standardtechnologien zu entwickeln.

Das AIT intelligent Edge Gateway verwaltet zusammen mit dem Azure IoT Hub die Gerätekommunikation, einschließlich Verbindungsverwaltung, den Schutz des Kommunikationspfads, die Authentifizierung und die Autorisierung.

Die verschiedenen Rollen bei Industrie 4.0 / IoT

Was ist Ihre Rolle?

Der Maschinenhersteller ermöglicht es dem Maschinenbetreiber Daten von der Maschine zu beziehen. Diese umfassen typischerweise Konfigurationsparameter, Betriebs- und Diagnosedaten. Die Möglichkeit diese Daten zu bekommen ist in aller Regel im Kauf der Maschine beinhaltet und die Integration dieser Daten in übergelagerte Systeme wird meist als kundenspezifisches Projekt realisiert. Die Bereitstellung der Daten kann aber auch standardisiert mit einem intelligenten Edge Gateway abgebildet werden, welches industriespezifische Datenmodelle (z.B. OPC UA Companion Specs) und Standardprotokolle (HTTPS, MQTT, AMQP, …) beherrscht.

Der Maschinenhersteller ermöglicht dem Maschinenbetreiber mittels einer standardisierte Schnittstelle den Zugriff auf Daten und Funktionen seiner Maschine sowie die Remote-Steuerung verschiedener Funktionen. Gewisse Fähigkeiten der Maschine werden durch Software abgebildet, die einfach neu konfiguriert und angepasst werden kann. Der Maschinenhersteller oder ein dritter Softwareanbieter kann zusätzliche Softwarelösungen, die über den reinen Betrieb der Maschine hinausgehen (z.B. Datenanalyse, …), anbieten. Industriespezifische Datenmodelle (z.B. OPC UA Companion Specification) werden abgebildet und Standardkommunikationsprotokolle werden unterstützt. Unser AIT intelligent Edge Gateway hilft Ihnen beim IoT Enablement Ihre Maschinen und Geräte.

Es wird ein digitaler Service angeboten, der es dem Betreiber der Maschine ermöglicht diese flexibler und effizienter einzusetzen. Als Services kommen z.B. Wartungsmodelle für die Maschine (Predictive Maintenance) oder Abo Modelle, bei denen der Betreiber die Maschine oder gewisse Funktionen nach tatsächlicher Nutzung bezahlt, zum Einsatz. Als Basis für solche Services benötigt man eine IIoT-fähige Maschine sowie eine IoT Plattform, welche entweder vom Maschinenhersteller selbst oder vom Betreiber der Maschine bereit gestellt wird. Alternativ kann auch eine externe IoT Plattform genutzt werden.

Der Anbieter einer IIoT Plattform ermöglicht es Maschinenbetreibern digitale Services von Maschinenherstellern oder anderen Lösungsanbietern zu benutzen. Die Plattform kümmert sich um die Anbindung der Maschinen, die „IoT-enabled / IoT-ready“ sein müssen. Im Detail geht es um das sichere Speichern sowie den sicheren Zugriff auf Daten und Abrechnungsmodelle für die digitalen Services. Die Plattform unterstützt industriespezifische Standards wie z.B. OPC UA und ist typischerweise weltweit verteilt. Mit dem Microsoft Azure IoT Hub und weiteren Azure Services können Sie eine entsprechende Plattform aufbauen (siehe Fallstudie tapio eine IoT Plattform für die Holzbranche). Hierfür kann z.B. das Template der Microsoft Connected Factory verwendet werden. Das AIT intelligent Edge Gateway ermöglicht in diesem Szenario die Kommunikation Ihrer Maschinen und Geräte mit der IIoT Plattform.

Verschiedene IoT Perspektiven

Fabrikbetreiber

  • Bindet mit dem intelligent Edge Gateway Maschinen verschiedener Hersteller an seine Infrastruktur (MES oder ERP System, IIoT Plattform) an
  • Gewinnt Flexibilität bei der Auswahl der Maschinen indem Daten über standardisierte Schnittstellen ausgetauscht werden
  • Kann digitale Services maschinenübergreifend nutzen
  • IIoT ermöglicht die kontinuierliche Maschinenüberwachung in der Fertigung, die Optimierung von Produktionsprozessen oder den Einsatz von Predictive Maintenance, um Ausfallzeiten zu verkürzen

Maschinenhersteller / OEM

  • Ermöglicht seinen Kunden mit dem intelligent Edge Gateway seine Maschinen in horizontalen Produktionsprozessen zu vernetzen und Daten an die vom Kunden bevorzugte Plattform bzw. an das interne MES oder ERP System zu liefern
  • Macht seine Produkte mit Softwarekomponenten smarter
  • Kann digitale Services (wie z.B. Pay-Per-Use, Predictive Maintenance, Energie­­management etc.) anbieten
  • Bietet IoT Retrofit Lösungen für ältere Maschinengeneration an

Anlagenbauer

  • Bindet mit dem intelligent Edge Gateway Maschinen verschiedener Hersteller an eine gemeinsame Plattform an
  • Kann die Daten an die vom Kunden bevorzugte IoT Plattform bzw. an das interne MES oder ERP System liefern
  • Kann über Microsoft IoT Central eine eigene Plattform bzw. Services für Monitoring und Datenauswertung anbieten

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IIoT-Prozess
Der IoT-PoC Workshop ist als erstes Element im IoT-Innovationsprozess zu sehen. Der IoT-Innovationsprozess ist eine systematische Vorgehensweise zur Entwicklung von IoT-Lösungen und sieht mehr “Hands on” als Powerpoint vor:

Der IIoT-Prozess ist als inkrementelles und iteratives Vorgehensmodell zu verstehen. Jeder einzelne Schritt, als auch der gesamte Prozess können beliebig häufig wiederholt werden. Damit kann die IoT-Lösung Schritt für Schritt ausgebaut werden. Somit erlaubt dieses Vorgehen eine stetige Evaluation der Ergebnisse, geringe Investionshürden und ein schnelles Time-to-Market.

IoT PoC Workshop

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Flyer IoT PoC 1

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