Produkt-Lebenszyklus-Management

Standards für Industrie 4.0 und IoT

Interview mit Urban August, Senior Vice President bei Siemens PLM Software, über Datenanalyse im Rahmen des Produkt-Lebenszyklus-Managements (PLM) und wichtige Standards für Industrie 4.0 und das Internet of Things (IoT)

Urban August, Siemens PLM Software

Urban August, Senior Vice President und Managing Director bei Siemens PLM Software in Deutschland

IT-DIRECTOR: Herr August, im Internet der Dinge entstehen kontinuierlich riesige Datenberge. Was haben die Unternehmen davon – will heißen, wie können sie diese intelligent weiterverarbeiten? Für welche Zwecke lassen sie sich sinnvoll nutzen?
U. August:
Schon heute fallen in Unternehmen eine Menge Daten an und der Trend wird sich mit zunehmendem Einsatz intelligenter Sensoren massiv verstärken. Wir haben von Anfang an Fokus auf diese Aufgabenstellung gelegt und mit Teamcenter als Daten-Backbone die Basis für die Verwaltung von Daten im Produktentstehungsprozess gelegt. Eine große Datenmenge allein stellt noch keinen Nutzen dar. Sie muss durch Datenanalyse, häufig aber auch durch formalisiertes Expertenwissen interpretiert und in Smart Data umgewandelt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse, sollten dann zu Maßnahmen führen, die Effizienz und Produktivität steigern. Dies können unmittelbare Maßnahmen sein, um Prozesse kurzfristig besser zu steuern, oder sie können längerfristige Änderungen bewirken. Im letzteren Fall sind digitale Modelle der Produkte und Produktion die wesentlichen Hilfsmittel, die richtigen Entscheidungen zu treffen. Unsere Lösungen fokussieren einerseits auf die Daten, die in der Produktion anfallen, um hier die richtigen Schlüsse für eine lernende Fabrik zu ziehen und andererseits auf Daten, die entlang der Lieferkette anfallen, um die Qualität der verbauten Komponenten und damit das Endprodukt zu verbessern.

Künftig soll Smart Data nicht nur die Frage beantworten „Was geschieht gerade in meiner Anlage?“, sondern auch „Warum passiert etwas?" oder gar „Was wird demnächst geschehen? Was sollen wir tun?" Die ersten Schritte sind bereits erfolgt: So betreiben wir auf mehreren Kontinenten Fernwartungszentren, an die über 250.000 Anlagen angeschlossen sind und Monat für Monat mehr als zehn Terabyte an Daten verarbeitet werden – bis 2020 dürfte sich diese Datenmenge verzehnfachen. Analysiert wird fast alles: von Ampelanlagen und Verkehrsrechnern über Züge und Schiffsmotoren bis zu Zigtausenden von Gebäuden, Stahlwerken, Papierfabriken, Wind- und Gasturbinen, Röntgengeräten und Computertomographen.

IT-DIRECTOR: Welche Rolle können Product-Lifecycle-Management-Systeme (PLM) dabei spielen?
U. August:
Product-Lifecycle-Management-Systeme können alle Informationen zur Verfügung stellen, die im Rahmen der Engineering-Prozesse gewonnen wurden, z.B. alle relevanten Informationen für die Wartung, Wartungsanleitungen, Ersatzteillisten, etc. Der größte Nutzen besteht aber darin, dass die virtuellen Modelle von Produkt und Produktion als digitaler Zwilling genutzt werden, um Verbesserungen auf Basis der aktuellen Daten zu simulieren und möglichst schnell – modellbasiert – in die Realität umgesetzt werden können.

Das parallele Datenmanagement verschiedener Unternehmensbereiche wie mechanische Konstruktion, Elektrotechnik und die entsprechende Anbindung an die Automatisierungstechnik hilft bei der Verkürzung der Durchlaufzeit durch Parallelisierung der Unternehmensprozesse. Produktionsrelevante Stücklisten und Informationen werden gleichzeitig harmonisiert und in den Prozess integriert.

Durch die Übernahme der Firma Polarion ist ein weiterer Kernbereich hinzugekommen, das Application Lifecycle Management, kurz ALM genannt. Es wird ebenfalls auf der Teamcenter-Plattform aufsetzen und zum wichtigen Bestandteil des Produktentwicklungsprozesses. Durch die Integration dieses Portfolios können wir systemgesteuerte Produktentwicklung umfangreicher unterstützen. Dieser ganzheitliche Ansatz kombiniert Systems Engineering mit einer integrierten Produktdefinition in einer offenen Umgebung. Die in der Produktion gewonnen Daten werden ebenfalls gesammelt und zur weiteren Auswertung zur Verfügung gestellt.

IT-DIRECTOR: Worauf sollte man bei der Auswahl einer für das IoT-Umfeld geeigneten Product-Lifecycle-Management-Software besonders achten?
U. August:
PLM-Software muss wirklich ihrem Namen gerecht werden. D.h. ein solches System muss den gesamten Lebenszyklus abdecken und somit von der ersten Produktidee, des Designs der Produkte auch die Produktionsplanung, die eigentliche Produktion und den Service für Produkte und Produktionssysteme umfassen. Offenheit und Skalierbarkeit sind essentielle Bestandteile für die Kommunikation mit anderen Systemen und die enge Zusammenarbeit mit dem Manufacturing-Engineering-System (MES). Dabei ist es z.B. für Produktionssysteme notwendig, dass die digitalen Modelle durchgängig die Automatisierung und die Fertigungssteuerung umfassen. So werden Änderungen sehr schnell im Verhalten der Anlagen und in der Steuerung der Abläufe wirksam.

IT-DIRECTOR: Immer wieder wird vorausschauende Wartung als Paradebeispiel im Industrie-4.0/IoT-Umfeld genannt. Welche lohnenden Anwendungsbeispiele gibt es darüber hinaus für Predictive Analytics?
U. August:
Ich glaube, man sollte sich erst einmal darauf konzentrieren, das Thema vorausschauende Wartung wirklich industriell zum Leben zu erwecken. Hier ist vor allem auch die Kompetenz und das detaillierte Verständnis aller Belange in der Fertigung notwendig. Von der Sensorik über Antriebe, Anlagensteuerung und Fertigungssteuerung müssen die Wirkungszusammenhänge verstanden werden, und die großen Datenmengen richtig interpretiert werden. Dies ist keine reine Aufgabe zur Datensammlung und -analyse.

Omneo ist die Siemens-Lösung für Product Performance Analytics. In einer komplexen Wertschöpfungskette kann es sehr schwierig sein, Informationen über Produkte zu gewinnen. Produktbezogene Daten sind auf der ganzen Welt in verschiedenen Formaten verteilt. Das macht sie schwer zugänglich und noch schwerer zu analysieren. Omneo erstellt anhand großer Datenmengen ein vollständiges Bild der Produktperformance. Dazu werden Datensätze in einer zentralen und leicht zugänglichen Stelle miteinander verknüpft, vereinheitlicht und in den richtigen Kontext gesetzt – so beispielsweise Daten aus PLM, Enterprise Resource Planning (ERP), Manufacturing-Execution-Systemen (MES), Qualitätsmanagementsystemen (QMS) und Customer Relationship Management (CRM). Das Ergebnis: Die Lösung hilft mit einer Analyse von Milliarden von Datenkombinationen innerhalb von Sekunden dabei, Produktprobleme zu beheben und höhere Kundenzufriedenheit zu erreichen. Dieser Vorgang nimmt sonst viel mehr Zeit in Anspruch.

IT-DIRECTOR: Wie weit ist die Standardisierung im Industrie-4.0/IoT-Umfeld bereits fortgeschritten? Inwieweit ist die Interoperabilität von IoT-Anwendungen gewährleistet?
U. August:
Eine Herausforderung bei der Ausbreitung des Internets der Dinge ist das Fehlen technischer Standards. Diese stellen sicher, dass sich alle Geräte aller Hersteller miteinander unterhalten können. Eine Schlüsseltechnologie für die Anbindung von Alltagsgegenständen an Netzwerke ist die Radio Frequency Identification (RFID), bei der Daten aus dem Chip über Funk übertragen werden.

RFID ist aber nicht mehr der einzige Industriestandard. Sensoren werden mittlerweile auch über WLAN, Near Field Communication (NFC), Bluetooth und Zigbee verbunden. Laut dem Marktforschungsunternehmen Navigant Research waren 2012 weltweit knapp 40 Millionen Geräte mit Zigbee ausgestattet; 2020 sollen es bereits über 200 Millionen sein – eine Steigerung um mehr als das Fünffache innerhalb von acht Jahren. Es werden aber auch ganz neue Wege beschritten: Forscher der University of Washington haben batterielose Sensoren entwickelt, die drahtlos mit anderen Geräten kommunizieren können. Sie nutzen die Abschwächung von Radiowellen als Signalweg. Damit ließe sich das Internet der Dinge erheblich ausweiten.

Siemens koordiniert das EU-Projekt „Internet of Things at Work“, das diese neue Flexibilität in der Produktion ermöglichen soll. Außerdem beteiligt sich das Unternehmen im Rahmen von Industrie 4.0 an dem von Wahlster geleiteten BMBF-Projekt „RES-COM“ (Ressourcenschonung durch kontextaktivierte Maschine-zu-Maschine-Kommunikation), das einen schonenden Umgang mit wertvollen Ressourcen wie Energie, Wasser, Luft und Rohstoffen erreichen will. Aber auch in den USA sind wir dem Industrial Internet Consortium (IIC) beigetreten, um in diesem Rahmen für international anerkannte Standards zu sorgen. Standardisierung wird ein wichtiges Element auf dem Weg zu interoperablen IoT-Lösungen sein. Allerdings ist es wichtig, dass international harmonisierte Lösungen entstehen. Daher begrüßen wir sehr die angestrebte Zusammenarbeit des IIC mit der Plattform Industrie 4.0.

IT-DIRECTOR: Auf welche Standards und Zertifizierungen sollten Anwender bei der Implementierung von IoT-/Industrie-4.0-Lösungen besonders achten?
U. August:
Vorweg möchte ich betonen, dass es nicht den einen IoT-Standard geben wird. Dazu ist das Thema zu vielschichtig, und jeder Bereich hat seine eigenen Bedürfnisse. So kann man heute 3D-Daten entlang der Lieferkette mit JT austauschen, maschinenlesbare Merkmalleisten von Automatisierungskomponenten lassen sich mit Prolist beschreiben; und eCl@ss eignet sich bestens dafür Eigenschaften von Produkten, Materialien oder Dienstleistungen zu definieren. In jedem Fall sind hier natürlich in erster Linie die internationalen Standardisierungsorganisationen wie IEC und ISO hervorzuheben. Am Ende entscheidet eine breite Akzeptanz im Markt über den Erfolg eines Standards und da sind nationale Alleingänge eher weniger vielversprechend. Auch existieren heute schon Standards, die in den kommenden Jahren zu vollwertigen Industrie-4.0-Standards weiterentwickelt werden, wie z.B. OPC UA als Kommunikationsschnittstelle. Diese Technologien haben bereits heute eine breite Anhängerschaft und sind daher bestens für IoT-Lösungen der Zukunft geeignet.

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