Cloud-Technologien in der Produktion

Industrie 4.0 trifft Cloud Computing

Der Einsatz von Cloud-Computing-Technologien kann Industrieunternehmen eine Reihe von Einsparungen ermöglichen. So kann die Cloud zur Vernetzung der Produktionsebene – auch über Unternehmensgrenzen hinweg – genutzt werden und einen Schritt Richtung Industrie 4.0 leisten.

Industrie 4.0 ist in aller Munde und wird auch von der Bundesregierung in großem Maße gefördert. Hierbei bedeutet Industrie 4.0 einerseits eine organisatorisch-strukturelle Weiterentwicklung der Unternehmen, basiert andererseits aber auch auf verschiedenen Technologien und Konzepten wie dem Internet of Things (IoT). Mittels Cloud Computing kann man die dadurch entstehenden Herausforderungen in den Griff bekommen.

Gerade für Industrie-4.0-Lösungen ist die Cloud eine Schlüsseltechnologie: So ermöglichen beispielsweise vordefinierte Schnittstellen, Sensoren einfach und schnell in einer Cloud-Plattform anzumelden und Daten dorthin zu übertragen. Dieses Prinzip verbindet drei Vorteile: Der Integrationsaufwand verringert sich, umfassende Datenanalysen werden ebenso möglich wie die Skalierung des Systems. Im Folgenden werden zwei Beispiele aus dem Feld von Industrie 4.0 angeführt, die die Cloud-Technologie nutzen um die erwähnten Potentiale zu heben.

Störungsmanagement in der Produktion

Das Forschungsvorhaben „Sense & React“ beschäftigt sich mit kontextbasierter Informationsdarstellung im Bereich der produzierenden Industrie. Ziel ist es, dem Mitarbeiter in der Produktion nur die aktuell relevanten Informationen aus der Datenflut an Echtzeit- und historischen Daten darzustellen. Die Echtzeitdaten bilden den aktuellen Zustand des Gesamtsystems „Fabrik“ ab, mithilfe der historischen Daten können daraus Schlüsse auf mögliche Störungen und Risiken abgeleitet werden.

Die Echtzeitdaten werden durch ein Netzwerk aus Sensoren erfasst, das u.a. Strommessgeräte zur Messung des Energieverbrauchs der einzelnen Maschinen umfasst. Mit geringem Konfigurierungsaufwand lassen sich die Sensoren in der Cloud anmelden und können zu verschiedenen Auswertungen eingesetzt werden. Ein Defekt an einer Maschine kann sich beispielsweise an einer Abweichung des Energieverbrauchs vom Normalzustand zeigen. Diese Meldung kann dann entweder an den Mitarbeitern geleitet oder dem ERP-System übermittelt werden. Sind die Energiecharakteristika der Störung bereits bekannt, kann sogar eine wahrscheinliche Fehlerursache mit angegeben werden. Das große Potential bietet an dieser die Möglichkeit, das Muster einer sich anbahnenden Störung zu erkennen bevor sie tatsächlich eintritt.

Für ein solches Störungsmanagement kann sich eine Private-Cloud-Lösung eignen. Somit verlassen die generierten Daten nicht die Unternehmensgrenzen und sind vor Missbrauch geschützt. Als Ergänzung hierzu können relevante Daten selektiv direkt an Partnerunternehmen weitergeleitet werden, so dass eine Hybride Cloud zum Einsatz kommt.

Energiemanagement mit dem Future Internet

Im durch die EU geförderten Forschungsvorhaben „Finesce“ lautet die Zielstellung, Anwendungsfälle in produzierenden Unternehmen mithilfe von Cloud-Technologie umzusetzen. Das Ziel ist ein effektives Energiemanagement, sprich eine Transparenz über die Energieverbräuche der Betriebsmittel in Bezug auf die zu produzierenden Güter. Damit sollen Unternehmen zum einen gesteigerte Transparenz über ihre Produktionsabläufe erhalten und zum anderen ihre Fabrik als intelligente Last im Stromnetz einsetzen können.

Die dafür eingesetzte Cloud-Technologie ist Fiware, die von der EU zur Verfügung gestellt wird und skalierbare Anwendungen bereitstellt. So leistet das Energiemanagement in Finesce eine Auswertung der Messdaten in Echtzeit zur Erkennung von Abweichungen als auch eine Big Data-Lösung, um historische Daten zu analysieren.

Weitere Cloud-Module gewährleisten eine Anbindung an Planungs- und Steuerungssysteme. Hintergrund ist hierbei die Zielstellung, die Geschäfts- und Auswertungslogistik möglichst stark von dem tatsächlichen Maschinenpark zu entkoppeln. Fiware ist eine Kombination aus Softwaremodulen und einem skalierbaren Cloud-Hosting. Auf Maschinenebene werden durch gebräuchliche Energiemonitore der Firmen Siemens und Weidmüller Energieverbrauchsdaten erfasst, und über einen Gateway direkt an die Fiware-Cloud weitergeleitet. Die Auswertung erfolgt zum einen durch den sogenannten „Complex Event Processor“ Proton in Echtzeit nach vordefinierten Regeln, tiefergehende Auswertungen werden mit dem Big-Data-Modul Cosmos durchgeführt. Dadurch wird im ersten Schritt nur eine Transparenz über die Energiekosten bezogen auf die Produktionsvorgänge erzeugt. Dies bedeutet im nächsten Schritt aber auch eine Prognostizierbarkeit der Energieverbräuche, was wiederum bei Verhandlungen mit dem Stromanbieter von Interesse ist. Es kann so weiterhin nachverfolgt werden, welcher Anteil des Stromverbrauchs für ein bestimmtes Produkt aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wurde.

Generell wird das Future Internet als eine Public Cloud betrachtet, dies bedeutet: Da Energiemanagement keine Kernkompetenz produzierender Unternehmen ist, lohnt sich der Aufbau von Kompetenz und Infrastruktur nicht. Eine einfach zu installierende Lösung aus der Cloud ist deutlich anwenderfreundlich. Zweitens erlaubt die offene Struktur der Cloud, Konfigurationen und Auswertungen zwischen Unternehmen auszutauschen, was allen Anwenderunternehmen hilft, die eigenen Energieverbräuche besser zu verstehen.
Wie Industrie 4.0 zur Realität wird

Beide Beispiele demonstrieren, warum Industrie 4.0 ohne cloud-basierte Lösungen nur schwierig umzusetzen ist. Die Herausforderungen der Integration lassen sich in drei unterschiedliche Ebenen einteilen, von denen die unterste die physische Produktion abbildet, die oberste die Planungs- und Steuerungssysteme im Unternehmen wie ERP und MES, und die mittlere den Integrations-Layer zwischen den anderen beiden Ebenen darstellt.

Diese Herausforderungen können nur durch Lösungen aus einer Hand überwunden werden: Momentan zeigen sich im Markt zahlreiche Anbieter, die auf einzelnen Ebenen agieren und teilweise bereits die Integration suchen. Wieder einmal muss sich die IT-Branche auf die Brille der Anwender konzentrieren und den Fokus auf Lösungen legen. Kombinationen aus Sensorik, Auswertungslogiken, Visualisierungen und Einbindung in ERP und MES müssen konkreten Anwendungsfällen in Produktion und Logistik zugeordnet und zusammen bereitgestellt werden. Dafür ist die Cloud als skalierbare und verfügbare Infrastruktur unbedingt notwendig.

* Die Autoren Steffen Nienke und Julian Krenge arbeiten und forschen am FIR an der RWTH Aachen.

Bildquelle: RicAguia/iStockphoto

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