IIoT:Vom Schlagwort zur Realität

Das industrielle Internet der Dinge ermöglicht eine fortschrittliche Fertigung

Schlagworte für die Fertigung gibt es viele:das Industrial Internet of Things (IIoT), Industrie 4.0 und die Digitale Fabrik. „Manchmal sind es viele Schlagworte. Manchmal steckt viel Realität dahinter“, sagt Roger Hart, Forschungs- und Entwicklungsleiter von Siemens (Berlin und München, Deutschland). „Die Digitalisierung verändert vieles. In vielen Fällen treibt es wirklich neue Geschäftsmodelle voran“, sagte Hart. „Die Menschen stellen fest, dass sie, sobald sie mehr und mehr ihrer Fertigung digitalisieren, in der Lage sind, immer mehr Aspekte der Daten und Informationen, die sie sammeln können, zu monetarisieren.“

IIoT bezieht sich auf „verbundene“ Industrieanlagen, die Daten von Maschinen generieren, sammeln und übertragen können. Die Wartung kann über Geräte wie Tablet-Computer oder Smartphones erfolgen. Es werden mehr Daten generiert und in einem Fertigungsbetrieb weiter verbreitet.

„Es ist nicht nur ‚Hey, hier ist, wie wir das automatisieren sollten‘“, sagte Tim Wormus, Regional Vice President von Siemens. Das IIoT, sagte er, ermöglicht es Herstellern, „sich mit all diesen verschiedenen Geräten zu verbinden und dann zu einem zusammenhängenden Ganzen zusammenzuarbeiten.“

Große Namen im IIoT

Große Namen in der Fertigungsindustrie wie Siemens und General Electric Co. (Boston) arbeiten unter anderem daran, die Schlagworte in die Realität umzusetzen.

„Im Mittelpunkt der Bemühungen von GE im Bereich des industriellen Internets der Dinge steht die Konvergenz unserer Arbeit bei der Erstellung digitaler Zwillinge oder digitaler Modelle unserer Industriesysteme“, sagte Peter Koudal, Senior Research Scientist, Supply Chain Technologies bei GE /P>

„Mit den Fortschritten der Rechenleistung in den letzten Jahrzehnten haben wir jetzt die Möglichkeit, nicht nur die wichtigsten Daten zu sammeln und zu analysieren“, fuhr er fort. „Wir können [auch] leistungsfähigere digitale Zwillinge erstellen und Steuerungssysteme in unsere Maschinen einbauen, um diese Zwillinge voll auszunutzen. Das ist es, was die Entstehung des IIoT ermöglicht.“

Siemens sieht digitale Zwillinge in drei Bereichen. „Digitaler Zwilling des Produkts; der digitale Zwilling der Produktion, der die Planung Ihrer Produktionsprozesse ermöglicht; und der digitale Zwilling der Leistung“, sagte Bill Boswell, Vice President of Marketing für die Cloud-Anwendungslösungsgruppe von Siemens. „Wenn Sie ein IoT-fähiges Produkt haben, müssen Sie es in das Produkt integrieren. Wir haben die Tools, die das ermöglichen.“

Anders ausgedrückt:Ein digitaler Zwilling „ist ein virtuelles Modell eines Prozesses oder Systems und dient als Brücke zwischen der physischen und der digitalen Welt“, sagte J.J. Chuang, Geschäftsführer, DMG Mori Software Technology Solutions USA, Teil von DMG Mori USA (Hoffman Estates, IL). „Die virtuelle Welt erfordert die Datenaggregation aus der physischen Welt für die Datenanalyse und Systemüberwachung durch ein IIoT-basiertes System, um Probleme zu lösen, bevor sie überhaupt auftreten, und Ausfallzeiten mithilfe von Simulationen zu verhindern.“

DMG Mori macht in Werbematerialien „seit 2013 seine Maschinen fit für die Digitalisierung“ mit der CELOS App und Benutzeroberfläche. Das Unternehmen erweitert sein Leistungsspektrum von CELOS „mit intelligenter Software und konnektiver Hardware“. Laut DMG Mori wurden mehr als 10.000 CELOS-Maschinen installiert.

Laut Führungskräften ermöglicht das IIoT sogar noch mehr Automatisierung als zuvor.

„IIoT bringt eine robustere Übertragung, Steuerung und IT [Informationstechnologie] zusammen“, sagte John Younes, Mitbegründer und COO von Litmus Automation (Toronto, ON und San Jose, CA). „Die IT wird jetzt mehr Überblick über alle Geräte in der Fabrikhalle in mehreren Werken haben.“

Darüber hinaus sagte Younes:„Die IT muss auch mit OT [Operational Technology] zusammenarbeiten, um eine robustere Automatisierungsstrategie bereitzustellen.“
Ein Bereich, in dem Hersteller erwarten, dass das IIoT ins Spiel kommt, ist der Einsatz von kollaborativen Robotern sowie die Verbesserung der Leistung herkömmlicher Roboter.

IIoT fördert Cobots

Kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, sind in der Lage, in unmittelbarer Nähe zum Menschen zu arbeiten. Bisher haben Roboter Aufgaben ausgeführt, während sie von menschlichen Bedienern und Produktionsmitarbeitern getrennt waren.
Das IIoT mit „fortschrittlichen Sensoren und dem Netzwerk intelligenter Geräte … fördert kollaborative Roboter in der Fertigung und ermöglicht es Menschen und Robotern, sicher und effizient zusammenzuarbeiten effizient in einer Umgebung ohne Käfige“, sagte Chaung von DMG Mori. Mit mehr Cobots würden „Arbeiter und Roboter in einer Zelle ohne Käfig effizient zusammenarbeiten, ohne das Risiko von Schäden und Verletzungen.“

GE klingt ähnlich.

„Zu diesem Zeitpunkt treten wir in eine Phase ein, in der Roboter und Menschen stärker zusammenarbeiten werden“, sagte Koudal. „Der Schlüssel zur Stärkung dieser Zusammenarbeit besteht darin, den Robotern eine instinktivere Beziehung zu Menschen zu ermöglichen, wie es zwei Menschen tun würden. Die Integration von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen wird der Schlüssel sein, um uns auf diesem Weg voranzutreiben.“

Der Roboterhersteller FANUC Corp. (Oshino, Japan und Hoffmann Estates, IL) hat aktiv Cobot-Modelle wie den CR-35iA entwickelt, der eine Nutzlast von 35 kg (77 lb) hat. Der Roboter stoppt, wenn seine Sensoren Kontakt mit einem Bediener oder Objekten innerhalb einer Arbeitszelle erkennen.

Nach Angaben des Unternehmens wird das IIoT den Robotern im Allgemeinen Auftrieb geben.

„Das IIoT wird eine stärkere Nutzung ALLER Roboter ermöglichen, nicht nur kollaborativer Roboter“, antworteten Amanda Nixon, eine FANUC-Ingenieurin für kollaborative Roboter, und Greg Buell, leitender Ingenieur für kollaborative Roboter, auf Fragen von Manufacturing Engineering. „Das IIoT könnte dabei helfen, Änderungen in verschiedenen Sicherheitseinstellungen eines beliebigen Robotersystems zu erkennen und die Anlage zu benachrichtigen, wenn ungeplante Änderungen auftreten, um sicherzustellen, dass das System so sicher bleibt, wie es entworfen wurde.“

Darüber hinaus schrieben sie:„Langfristig bedeutet IIoT für traditionelle Roboter, Ineffizienzen und Probleme früher zu erkennen, um Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig die Qualität zu verbessern. Dies gilt auch für kollaborative Robotersysteme, die in Anlagen eingesetzt werden, die das IIoT nutzen.“

Cybersicherheitsbedarf

Newtons drittes Gesetz besagt, dass es für jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion gibt. Beim IIoT gilt:Je größer der technologische Fortschritt, desto größer der Bedarf an Cybersicherheit.
„Die meisten Industriegeräte waren nie dafür gedacht, über eine offene Netzwerkverbindung dem Internet ausgesetzt zu werden“, sagte Younes von Litmus Automation. „Folglich verfügen sie nicht über die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen, um Daten vor Diebstahl oder Hackerangriffen zu schützen.

„Viele Systeme sind auch nicht in der Lage, mit der Cloud zu kommunizieren oder bidirektionale Kommunikation zu unterstützen“, fuhr er fort. „Daten sollten mit standardisierten Sicherheitsprotokollen und -mechanismen der Enterprise-Klasse gesichert werden. OEMs und Hersteller sollten Geräte authentifizieren und den Datentransport von Ende zu Ende verschlüsseln.“

„Es ist entscheidend, dass die Sicherheit beim Aufbau einer IIoT-Lösung auf allen Ebenen berücksichtigt wird“, sagte Joe Gazzarato, FANUC Director Zero Down Time Cloud System and Application Development. „Es muss mehr Partnerschaften zwischen Lösungsanbietern und IT-Unternehmen geben.“

Im Fall von FANUC hat es sich mit Cisco für Cybersicherheit für Zero Down Time, seine IIoT-Anwendung, auch bekannt als ZDT, zusammengeschlossen. „Partner wie Cisco können Lösungsanbietern mit Best Practices für innerbetriebliche Netzwerkarchitekturen, Firewall-Konfigurationen, Schutz von IIoT-Daten bei der Übertragung und im Ruhezustand usw. helfen“, sagte Gazzarato.

Koudal bei GE vertritt eine ähnliche Ansicht.

„Einfach gesagt muss die Cybersicherheit noch wachsamer werden“, sagte er. „Und es darf keine eindimensionale Strategie sein, bei der man einfach eine bessere Firewall baut. Wir glauben beispielsweise, dass der Einsatz digitaler Zwillinge und Kontrollen es Ihnen ermöglichen kann, ein System zu haben, das nicht nur als Schutzschild fungiert, sondern auch Maßnahmen ergreift, um eine bestimmte Cyberbedrohung abzuwehren oder zu neutralisieren, genau wie unser menschliches Immunsystem.“

GE entwickelt eine Cybersicherheitstechnologie namens Digital Ghost, die laut Koudal „das erste industrielle Immunsystem der Welt“ wäre.

Bei Siemens „haben wir eine Gruppe von über 1000 Leuten, die an der Cybersicherheit in den Werken arbeiten“, sagte Boswell. „Die Daten sind die des Kunden. Du musst mit den Leuten Schritt halten, die versuchen, dich auszutricksen.“

Platz für den kleinen Kerl?

Bleibt die Frage, ob das IIoT über seine großen Befürworter der Fertigungsindustrie wie GE und Siemens hinausgehen kann. Ein Großteil der Fertigung wird weiterhin von mittelgroßen bis kleinen Werkstätten durchgeführt, die Teile und Baugruppen herstellen.

Laut GE ist das IIoT für kleinere Hersteller eine Selbstverständlichkeit.

„In manchen Fällen können es die kleinen und mittelgroßen Geschäfte sein, die zuerst neue Lösungen entwickeln“, sagte Koudal von GE. „Mit der Konvergenz physischer und digitaler Technologien und dem Aufkommen des IIoT-Raums haben wir eine zunehmende Demokratisierung der Fertigung erlebt. Dies ermöglicht es mehr großen und kleinen Unternehmen und Unternehmern, Teil des Fertigungsökosystems zu werden.“
FANUC behält auch kleinere Kunden für das IIoT im Auge.

„‚Einfache Bereitstellung‘ und ‚einfache Sicherung‘ sind zwei wesentliche Merkmale für jede IIoT-Anwendung, um erfolgreich für den Einsatz in kleineren Betrieben, insbesondere in Lohnfertigern, herunterskaliert zu werden“, sagte Gazzarato. „Wir haben uns auf diesen Bedarf konzentriert, als wir uns darauf vorbereiteten, ZDT Anfang dieses Jahres unseren kleineren Kunden vorzustellen. Wir haben uns mit Cisco zusammengetan und ihren IR809-Industrierouter mit Rechenleistung als Plattform für unseren einfach bereitzustellenden und sicheren ZDT-Datensammler genutzt.“

Siemens arbeitet auch mit kleineren Anwendern. Die Technologie ist so, dass „sie es einem kleinen Unternehmen leicht macht, loszulegen, vielleicht sogar ohne dass eine Person vor Ort kommt“, sagte Boswell. „Wir haben einen industrialisierten PC … es ist ein einfaches Gerät, das Sie an Ihr Netzwerk anschließen können. Sie können in 15 Minuten bis zu ein paar Stunden einsatzbereit sein.“
Befürworter des IIoT sagen, dass die Technologie in der Fabrikhalle an Bedeutung gewinnt.

„Was Sie erhalten, sind Steuerungs- und Optimierungssysteme mit viel größerem Gehirn, um Erkenntnisse selbstständig zu sehen, zu denken und zu handeln, unabhängig davon, ob sie zur Steuerung und Optimierung bestimmter Produkte und Unterkomponenten oder ganzer Lieferkettensysteme, Fertigungssysteme oder Unterkomponenten ausgeführt werden. Systeme“, sagte Koudal von GE. „Da die digitalen Zwillinge kontinuierlich lernen und sich anpassen können, werden die Kontrollen und Optimierungstechnologien hinter einer Automatisierungsstrategie mit der Zeit immer wertvoller.“

Dennoch geben selbst die Befürworter zu, dass einige Hersteller zögern.

„Es gibt viele Leute, die nicht wissen, wie sie mit IoT anfangen sollen“, sagte Boswell von Siemens. „Ich denke, von kleinen Unternehmen bis hin zu sehr großen Unternehmen, das ist eine wahre Aussage.“ Sein Rat? „Machen Sie ein mundgerechtes Projekt, um loszulegen. Steigen Sie ein und probieren Sie es aus. Wenn Sie es nicht tun, können Sie Ihre Konkurrenten sein.“