IOT-Standardisierung

Internet of Things im Mittelstand: Wo ist der Einstieg?

Die Begriffe Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und Industrie 4.0 werden oftmals in einem Atemzug genannt. Doch was genau verbirgt sich dahinter und – vor allem – wie gelingt mittelständischen Unternehmen der erfolgreiche Einstieg?

  • IoT die Bedienung vom Tablet aus

    Eine komplett automatisierte Produktion ist das Ziel.

  • Arbeiten über Smartphone von unterwegs

    Produktionsanlagen können mit überschaubaren Investitionen und ohne technisches Risiko für Industrie 4.0 nachgerüstet werden.

  • Andreas Gössling, Group Leader netIOT

    „Beim Einsatz in unserer eigenen Fertigung stehen die Nachverfolgbarkeit und entsprechende RFID-Tags im Produktionslayer im Mittelpunkt“, so Dr. Andreas Gössling, Group Leader netIOT bei Hilscher. „Wir haben ein System aufgesetzt, das mit einer Robotersteuerung direkt an die Anwendungen angebunden ist und mit dem wir eine Losgröße Null umsetzen können.“

  • Jan Regtmeier, Software-Developer bei Harting

    „Solange alte Maschinen in der geforderten Qualität produzieren, wird das Management sie nicht für ein Industrie-4.0-Konzept infrage stellen oder austauschen“, prophezeit Jan Regtmeier, Software-Developer bei Harting, einem mittelständischen Hersteller von Steckverbindungen.

Das Internet of Things ist eine neue Methodik, mit der in den kommenden Jahren Maschinen, Fertigungen und ganze Produktionshallen gesteuert werden sollen. Der Einstieg in das Thema bietet ein breites Spektrum an Anwendungen und Konzepten: von einem pragmatischen RFID-Chip auf einer alten Produktionsmaschine bis hin zu einer komplett automatisierten Produktion, errichtet auf der „grünen Wiese“.

„Die meisten Produktionssysteme haben ein wertvolles Erbe, das Finanzabteilung und Buchhaltung sorgsam hüten“, sagt Jan Regtmeier, IT Software Development bei Harting und bei dem mittelständischen Hersteller von Steckverbindungen verantwortlich für die Digitalisierung. „Die teuersten Güter in den Bilanzen jedes Produktionsunternehmens sind die Werkzeuge und der Maschinenpark.“ Viele Außenstehende sähen in den Produktionshallen hingegen häufig nur Metallklötze mit einigen mechanischen Komponenten. „Diese Maschinen sind nicht besonders schön – aber sie produzieren seit 30 oder 40 Jahren Tag für Tag identische Teile.“

Diese mechanischen Arbeitstiere des deutschen Mittelstandes hätten die Unternehmen häufig in einer Zeit vor Computerchips, Betriebssystemen und Datennetzwerken angeschafft. Und tatsächlich sei ein großer Teil dieser Anlagen nicht mit dem Anspruch gebaut worden, dass sie jemals kommunizieren könnten. „Niemand hat sie darauf vorbereitet, dass sie zählen oder messen oder ihren Standort bestimmen und diese Daten an ein SAP-System schicken“, so Regtmeier weiter. Und solange die Maschinen in der geforderten Qualität produzieren, wird das Management sie nicht für ein Industrie-4.0-Konzept infrage stellen oder austauschen.  Aber sich dem Wandel in der Industrie zu verschließen, kann im schlimmsten Fall zum Scheitern des gesamten Unternehmens führen.

Aufrüsten alter Anlagen

Allerdings sei das Management häufig dafür offen, den Wert der Anlagen zu erhöhen. Etwa indem sie günstig und pragmatisch aufgerüstet werden, überlegt Regtmeier. Für die Digitalisierungsverantwortlichen sei es entscheidend zu prüfen, ob und wie das Team die alten Maschinen mithilfe von Sensorik und Vernetzung in „moderne“ Industrie-4.0-Anlagen verwandeln kann. „Wenn sie diese Aufgabe lösen, können die Verantwortlichen mit der richtigen Argumentation Verbündete gewinnen“, rät der Digitalisierungsverantwortliche des ostwestfälischen Mittelständlers.

Ein Weg, die Produktion für Industrie 4.0 zu öffnen, sei die im Jahr 2015 vorgestellte „Verwaltungsschale“. Hier sind die Grundfunktionen von Industrie 4.0 definiert. Die Verwaltungsschale legt fest, wie Komponenten beschrieben sein sollen, damit Server und Anwendungen sie innerhalb der Netzwerke erkennen. „Schon mithilfe eines kleinen Stücks IT, das die Techniker über das Werkzeug legen, kann eine Maschine innerhalb des Netzwerkes oder einer Cloud identifiziert werden“, so Regtmeier. Im einfachsten Fall könne diese Komponente ein RFID-Transponder sein. Der überträgt eine Nummer, anhand der die Maschine oder das Werkzeug im Netzwerk und in den Backend-Systemen identifiziert werden.
Harting hat aufgrund seiner Erfahrungen aus der Digitalisierung der Fertigung ein eigenes IoT-Produkt entwickelt. Bei „MICA“ handelt es sich um eine offene Plattform, mit der die Verantwortlichen Bestandsanlagen nachträglich vernetzen und „smart“ machen. Im wirklichen Leben ist MICA eine kleine Box. Sie wird ohne Schaltschrank direkt an der Maschine nachgerüstet. Mithilfe einer App des Bielefelder Systemhauses Itelligence wird sie zur Schnittstelle in das SAP-System. „Auf diese Weise kann die Produktion mit sehr überschaubaren Investitionen und ohne technisches Risiko für Industrie 4.0 nachgerüstet werden“, ist Regtmeier überzeugt.

IOT-Standardisierung:

Die Verwaltungsschale

 Auf einer Webseite des Bundeswirtschaftsministeriums steht das Ergebnispapier „Struktur der Verwaltungsschale“ zum Abruf bereit. Hier sind die Grundlagen für die gemeinsame IoT-Sprache von Komponenten und Maschinen innerhalb der digitalisierten Produktionsprozesse festgelegt. Die Verwaltungsschale gilt als Grundlage für den „Digitalen Zwilling“.
Quelle: www.plattform-i40.de/I40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/
struktur-der-verwaltungsschale.html

 

Integration der IoT-Technologien

Hilscher bietet eine ähnliche Lösung: Bei netIOT Edge Gateway handelt es sich um eine „Brücke, die die Produktion mit den IT-Systemen verbindet“, erklärt Dr. Andreas Gössling, Group Leader netIOT bei Hilscher. Die Kernkompetenz der Spezialisten für Fabrikautomation sei seit 30 Jahren die Automatisierungskommunikationstechnik. „Unsere Produktreihe netIOT soll für die Kunden der einfache Start in die IoT-Welt sein“, unterstreicht er. Konkret seien dies Computer mit IoT-Software und Schnittstellen, die zwischen Maschinen und IT-System geschaltet werden.

Hilscher sei vor zwei Jahren in die IoT-Welt gestartet und habe mit viel Aufwand und hohen Investitionen entsprechende Technologien entwickelt und produziert. „Will man mit IoT beginnen, braucht man den Rückhalt der Geschäftsführung“, erinnert er sich an die Startphase. „Dafür sprechen wir heute – zwei Jahre später – mit großen Unternehmen wie SAP, IBM oder Microsoft auf gleicher Augenhöhe über die Thematik.“ Denn die großen IT-Anbieter nutzen Hilscher, um die Produktionen ihrer Kunden mit den eigenen Clouds zu verbinden. Und ähnlich wie Harting produziert Hilscher nicht nur die Industrie-4.0-Technologien, sondern nutzt sie auch für die eigene Fertigung. „Beim Einsatz in unserer eigenen Fertigung stehen die Nachverfolgbarkeit und entsprechende RFID-Tags im Produktionslayer im Mittelpunkt“, so Gössling. „Wir haben ein System aufgesetzt, das mit einer Robotersteuerung direkt an die Anwendungen angebunden ist und mit dem wir eine Losgröße Null umsetzen können.“

In einem Referenzprojekt habe Hilscher gemeinsam mit IBM bei einem Maschinenbauer die Qualitätskontrolle in der Produktion verbessert.

„Das Problem war, dass der Anwender beim Montageprozess seiner großen Maschinen immer wieder Ausfälle hatte, die aber erst am Ende der Fertigung aufgefallen sind. Dann mussten die Mitarbeiter Nachbearbeitungen vornehmen“, erinnert sich Gössling. „Mit einer früheren Detektion der Fehler war ein enormes Einsparpotential möglich.“

Eine nicht sauber montierte Komponente sollte nachbearbeitet werden, bevor die nächsten Schritte in der Montage beginnen. „Hierfür mussten die Projektverantwortlichen eine Datenakquise erstellen, um dann im nächsten Schritt die Verkettung von Qualitätsproblemen und Fertigungsprozessen herstellen zu können“, erklärt Gössling. „Diese Datenakquise haben wir mit IBM gemeinsam gelöst. Der Kunde nutzt unsere netIOT Edge Gateways in Verbindung mit den Datenbanken und den Erkennungssystemen der IBM in der Cloud.“ Auf diese Weise kontrolliere der Kunde die Qualität und ergreife Maßnahmen im Fall von Abweichungen.

Wartung und Service als neues Geschäftsmodell

„Der nächste Schritt ist, dass dieser Maschinenproduzent die Edge-Gateway-Box als integralen Bestandteil in seine Maschinen einbaut“, führt Gössling weiter aus. „Über diese Schnittstelle überträgt das Unternehmen die Daten an die IoT-Anwendungen in seiner eigenen Cloud, die wiederum Maschine, Produktion und Qualität überwacht.“ Dann sei das Gateway nicht mehr Teil des Produktionsprozesses beim Maschinenbauer, sondern ein Teil des Prozesses bei dessen Kunden. „Und unsere Technologie ist ein Teil der Maschine“, erklärt Gössling. „Hier verbindet sie das interne Netzwerk der Maschine mit den Auswertungssystemen in der Cloud. Jetzt kann der Hersteller beispielsweise Wartung und Service als neues Geschäftsmodell anbieten.“ Otto Schell, Vorstand der Deutschsprachigen SAP-Anwendergruppe DSAG  erinnert daran, dass Digitalisierung in der deutschen Industrie nicht neu sei. Die Unternehmen digitalisierten und optimierten ihre Prozesse und Maschinen schon seit den 1970er-Jahren. „Die neue Qualität, die mit dem Internet of Things in die Firmen kommt, ist die Steuerung der Maschinen über Sensorik und Server“, sagt Schell. „Im Unterschied zu früher müssen sich heute die Verantwortlichen in den Unternehmen mit der Frage beschäftigen, was dies für Themen wie Datenverteilung, Prozessverteilung oder Prozess-Ownership bedeutet.“ Der Kern dieser Fragen sei die Veränderung der Welt unter dem Paradigma der Software und der Technologie. „Ich glaube, besonders im Mittelstand unterschätzen viele Verantwortliche diese Veränderungen.“

Um den digitalen Wandel sauber zu realisieren, sei es nicht nur notwendig, dass Maschinen digital arbeiten und vernetzt sind. „Man muss auch die Prozesse drum herum sauber verbinden. Von daher wird eine End-To-End-Sichtweise wichtig“, so Schell.

Viele Mittelständler seien Hidden Champions, die viel zum Bruttosozialprodukt beitragen und erfolgreich arbeiten. „Sie brauchen eine Art von Beteiligung, Beratung oder Unterstützung. Denn sie müssen aus ihrer Nische heraus und die Verantwortlichen müssen sehen, was rings um sie herum auf dem Markt passiert.“ Etwa weil der Wettbewerb auch auf- grund der IoT-Technologien immer heftiger werde. So stünden Unternehmen auf einmal mit ganz anderen Anbietern im Wettbewerb. Denn – und das sei ein weiterer Aspekt des Internets der Dinge – heute könne jedes Unternehmen plötzlich potentiell alles produzieren oder verkaufen.

„Ein Beispiel sind Automobilzulieferer oder Ausgründungen von Universitäten. Die werden plötzlich zu Autoherstellern. Früher waren für die Montage von Fahrzeugen 100 Jahre Erfahrungen aus der Massenfertigung nötig. Heute steht das Wissen bereit, die Maschinen sind da und die neuen Autohersteller können auf der grünen Wiese eine Produktion aufbauen.“

So gäbe es plötzlich Konkurrenten für die etablierten Hersteller. Schell: „Das, was sich mit dem Internet of Things ebenfalls wandelt, ist die Verhältnismäßigkeit. Einige der Zulieferer können genauso gut Fahrzeuge bauen wie die OEMs; weil sie seit Jahrzehnten die Technologie liefern und die Prozesse kennen.“

IoT-Technologien für die gesamte Produktion

Tatsächlich scheint die Elektromobilität einen Boom auszulösen – immer neue Unternehmen kommen auf den Markt und besetzen die „Elektronische“, die die Autobauer bislang ignoriert haben. Eines dieser Unternehmen ist der schwedische Autobauer Uniti. Studenten der Universität Lund hatten Uniti als Start-up gegründet. Ihr erklärtes Ziel war und ist es, das erste IoT-Fahrzeug auf den Markt zubringen. Bei Design, Konzept, Geschäftsmodell und Vertrieb orientieren sie sich am Smartphone; sie haben die Vision einer komplett automatisierten Fertigung.
Folgerichtig sammelten sie über Crowd Funding das Geld für einen Prototypen. Inzwischen ist das Unternehmen längst aus dem Start-up-Status heraus. Investoren sind eingestiegen und Mitarbeiter und Management bereiten sich im südschwedischen Landskrona auf die Massenfertigung vor. Mehr als 2.000 Fahrzeuge seien bestellt, berichtet CEO Lewis Horne, in Indien warte bereits ein Investor auf die Lieferung der ersten Autos.

Mit etwa 50 festangestellten Mitarbeitern ist Uniti sicherlich der kleinste potentielle Automobilhersteller rund um den Globus. Doch auch hier macht die neue Methodik den Unterschied zu früher aus: Inzwischen sind Hunderte Experten aus der Automobilindustrie über die Zentrale in Lund vernetzt und arbeiten am Elektroauto mit. Die Spanne reicht von den Ingenieuren eines Formel-1-Teams bis zu den Chipexperten von Nvidia. Doch eine Schlüsselrolle bei der Evolution des neuen Automobilherstellers spielen Siemens Nordic und Kuka Robotics.
 
Denn natürlich gehorcht die angestrebte Produktion der IoT-Methodik – und Siemens bietet den Schweden die Massenfertigung als einen Service an. Mit Unterstützung von Siemens PLM Software entsteht zurzeit eine Produktion im südschwedischen Landskrona. Diese gilt bei Siemens und Kuka Robotics als Schlüsselprojekt, sie machen mit der weltweit ersten vollautomatisierten Autofertigung Werbung.

Eine entscheidende Komponente sei der digitale Zwilling der gesamten Produktion innerhalb des Siemens-Systems, erklärt Ole Janson, Direktor bei Siemens PLM Software Nordic. „Jeder einzelne Prozess in der Fertigung läuft parallel auf Servern und in der Wirklichkeit. Aber entscheidend ist: Wir können diese Fabrik über Copy and Paste replizieren und an jedem beliebigen Ort der Welt aufbauen und als exakten Zwilling zu dieser Produktion laufen lassen.“ Das sei die Magie hinter dem Internet of Things.

 

Beteiligte und Verbündete beim Digitalen Wandel


Mit einer IoT-Blaupause kann der Digitalisierungsbeauftragte in den wichtigen Abteilungen Verbündete suchen:

Finanzabteilung:
Der Maschinenpark ist in der Bilanz das teuerste und wichtigste Gut. Die Idee, mit der Industrie 4.0 hier punktet, ist es, den Wert von Maschinen und Werkzeugen durch bessere und vorausschauende Wartung zu erhöhen und damit den Lebenszyklus immer weiter zu verlängern. Hier kann ein Industrie-4.0-Projekt den Wert der Güter – und damit den Wert des Unternehmens – steigern.

Produktion und Wartung: Mithilfe von vorausschauendem Service und vorausschauender Wartung werden die Zeiten von Reparatur, Wartung oder Austausch von Verschleißteilen erheblich verringert. Die Produktion wird mit kürzeren Unterbrechungen schneller und produktiver arbeiten und höheren Mehrwert für das Unternehmen schaffen.

Controlling:
Mit einem simplen RFID-Tag erhalten jedes Werkzeug und jede Maschine eine digitale Repräsentation: Damit eröffnet sich dem Unternehmen eine neue Methodik für das Controlling. Alle Daten über alle Werkzeuge sind valider, Inventuren können künftig tagesaktuell per Mausklick aus dem System durchgeführt werden. Auch dies führt zu einem gesteigerten Buchwert des Unternehmens und der Produktionsanlagen.

Strategie:
Industrie 4.0 ist das Ende der Prozessketten. Das Konzept verlangt von den Unternehmen die Einbindung in Wert-schöpfungsnetzwerke, die – idealerweise – hoch automatisiert und über Unternehmensgrenzen hinweg laufen. Dafür werden IT-Systeme und Maschinen aufeinander angepasst und per IoT-Anwendungen vernetzt – und die Maschinen so langfristig für die Arbeit in der neuen Industriewelt fit gemacht.

Bildquelle: Thinkstcok/iStock/Harting/netIOT

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