Vorteile intelligenter IIoT-fähiger Fabriken erschließen

Das Industrial Internet of Things (IIoT) treibt das Potenzial der vierten industriellen Revolution – bekannt als Industrie 4.0 – weiter voran. Dieses industrielle Zeitalter zeichnet sich durch eingebettete Automatisierungstechnologien und leistungsstarke drahtlose Sensoren aus, die Fertigung und Produktion in intelligent vernetzten Fabriken vorantreiben.

Trend zu mehr Automatisierung

Viele IIoT-Geräte in autonomen Systemen smarter Fabriken kombinieren künstliche Intelligenz (KI), Mobile Edge Computing (MEC)-Infrastruktur, Kameras, Steuerungssysteme, Computer Vision, Augmented Reality (AR), Robotik und Machine Learning (ML) für Echtzeit-Datenkommunikation. Diese innovativen Automatisierungstechnologien entwickeln sich stetig von „Science-Fiction“ zur großflächigen kommerziellen Nutzung.

Im Zuge der digitalen Transformation sehen wir zunehmend Robotik, die durch IoT, KI, ML und weitere Innovationen in intelligent vernetzten Fabriken angetrieben wird. Wir befinden uns in einem außergewöhnlichen Zeitalter der Konnektivität, Interoperabilität und Automatisierung, das weit über einfache Machine-to-Machine-Interaktion (M2M) hinausgeht. IoT-Daten aus einer Vielzahl drahtloser Sensorbasierte Lösungen können den Betrieb vernetzter Fabriken transformieren.

Zeit für Echtzeit-Entscheidungen

Heute treffen vernetzte Fabrikmaschinen viele ihrer eigenen Entscheidungen in Echtzeit – gestützt auf IoT, KI und ML – um Prozesse zu steuern, zu automatisieren und die Produktion nahtlos am Laufen zu halten. Gleichzeitig überwachen Management und Führungskräfte im Hauptbüro und auf dem Fabrikgelände Ausrüstung, Mitarbeiter und Maschinen per Fernzugriff mit energiesparenden, langreichweitigen drahtlosen Sensoren und treffen schnell datenbasierte Entscheidungen, um:

• Kosten- und Betriebseffizienz zu verbessern
• Produktions- und Produktsicherheit zu erhöhen
• Maschinen- und Anlagenwartung vorherzusagen
• Geschäftsprozesse und Wertschöpfung zu transformieren

Wertvolle Dateneinblicke aus vernetzten Maschinen

Betriebsbereitschaft ist in der Fertigung alles. Wenn eine Maschine ausfällt oder fehlschlägt, können sich daraus Kettenreaktionen ergeben: längere Time-to-Market und potenziell schädliche Ausfallzeiten bis hin zur Produktauslieferung und zum Kundenservice.

Daten aus dem IIoT sind die „Währung“ der intelligenten, vernetzten Fabrik. Sie erzeugen reaktiven, prädiktiven und sogar transformativen Wert, indem sie grundlegend beeinflussen, wie und wann eine Person oder Maschine die Kontrolle übernimmt, Korrekturen vornimmt, Wartung durchführt und die Produktion optimiert. Handlungsrelevante Daten aus dem IIoT sind der Hauptvorteil einer vernetzten Fabrik.

Die Nutzung von Daten für Dashboards, Analysetools und operative Managementsysteme führt eine Organisation zu besserer Innovation, Effizienz und Rentabilität. Drahtlose Sensordaten aktivieren den Wert des IIoT in der gesamten Fabrik – von schnelleren Korrekturreaktionen über prädiktives Management bis hin zu transformativer Geschäftsinnovation.

Fabriksensordaten optimal nutzen

Menschen und Maschinen müssen nahtlos zusammenarbeiten und Informationen austauschen, um ideale Produktionsleistung zu orchestrieren. Drahtlose Sensoren, die in praktisch alle Assets eingebettet oder angebracht sind, liefern die Daten, die Manager benötigen, um die Fabrik am Laufen zu halten und Prozesse zu verfeinern.

Hersteller können verschiedene Strategien verfolgen, um maximalen Wert aus ihren Sensordaten zu ziehen. Drei wichtige Datenmanagement-Ansätze sind:

Autonome Funktionen von Steuerungssystemen nutzen

In einer vernetzten Fabrik arbeiten viele kritische Assets als nahtlose Einheit zusammen. Zwei der wichtigsten sind industrielle Steuerungssysteme (Industrial Control Systems, ICS) und speicherprogrammierbare Steuerungen (Programmable Logic Controllers, PLCs). Ein ICS steuert und automatisiert industrielle Prozesse, indem es Daten, Geräte, Systeme, Netzwerke und Steuerungen in der gesamten Fabrik gemeinsam verwaltet. Eine PLC kann als eigenständiger Sensordaten-Sammelpunkt dienen oder als kritische Steuerkomponente in ein ICS integriert werden.

Prädiktive Wartung hängt von ICS und PLCs ab. Die Echtzeitdaten, die sie von Sensoren empfangen, verarbeiten und einsetzen, sind essenziell für den Betrieb, die Wartung und die Automatisierung einer Fabrik.

Hersteller können erweiterte Diagnosen, Analysen und Einblicke mithilfe von Sensordaten nutzen, um Produktivität zu steigern, Kosten zu senken und die Sicherheit zu verbessern. Ein ICS steht im Zentrum dieses Bestrebens. Die von ICS initiierten automatisierten Prozesse entlasten IT- und Operational-Technology (OT)-Fachkräfte, sodass sie die Fabrik optimieren können, ohne sich um reaktive oder routinemäßige Wartungsaufgaben kümmern zu müssen. Fabrikmanager erfahren im Voraus von Maschinenleistungsproblemen und können von reaktiver, planmäßiger Wartung zu prädiktiver Wartung übergehen. Mit Sensordaten, die durch ein ICS gefiltert werden, wissen Techniker, welche Maschinen sie steuern und wann Wartung nötig ist.

Datensilos und -barrieren beseitigen

Datensätze sollten nicht in einzelnen Abteilungen verbleiben. Es war schon zu Beginn des Informationszeitalters essenziell, Datensilos zu beseitigen – und noch viel wichtiger, seit Maschinen miteinander und mit uns kommunizieren.

Aus der Analyse von IIoT-Daten können bahnbrechende Ideen und geschäftsverändernde Chancen entstehen – das ist einer der Hauptvorteile. Datenanalyse sollte nahtlos über das Spektrum von Mikro- bis Makroebene erfolgen – von der individuellen Maschinenleistungsanalyse bis zur vernetzten Fabrik als Ganzes. Sie sind in der besten Position, um zu innovieren, wenn Barrieren für den IIoT-Datenzugriff und die Analyse für alle beseitigt sind – von Produktionslinien-Wartungsmanagern bis zu Business-Analysten und Führungskräften.

Einen schlankeren Ansatz für Datenaustausch wählen

Auf globaler industrieller Ebene generiert das IIoT Daten in massiven Volumen. Selbst auf deutlich kleinerer Skala kann Fabrikmanagement von der Geschwindigkeit und dem Volumen der Daten überwältigt werden. Edge Computing hilft, indem es umsetzbare Sensordaten an vorderste Fabrikmanager und Maschinen liefert, um schnelle oder automatisierte Echtzeitentscheidungen zu treffen. Mit smarten Sensoren und Gateways, die Edge Computing durchführen – also die effiziente Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Daten dort, wo sie entstehen – müssen Manager nicht große Mengen an Rohdaten analysieren, um Maßnahmen zu ergreifen. Sie müssen auch nicht warten, bis Daten in die Cloud gesendet, exportiert, gemappt und analysiert wurden, um zu derselben Schlussfolgerung zu gelangen, die Edge-Geräte bereits geliefert haben.

Während es wichtig ist, Datenzugriff und -analyse kontinuierlich zu verbessern, ist es entscheidend, niemanden zu überladen, der kein Datenanalyst ist. Datenalarme, -feeds und -berichte sollten auf das beschränkt bleiben, was auf die Rolle einer Person zutrifft. Wenn Sie signifikante neue Dateneinblicke gewinnen, stellen Sie sicher, dass wichtige Stakeholder informiert sind und teilen Sie, warum bestimmte Datenpunkte für verschiedene Abteilungen relevant sind.

Drahtlose Sensorplattformen unterstützen Wartung und Geschäftsoptimierung

Ein sorgfältiger, systematischer Ansatz zur Fabrikautomatisierung ist wichtig. Es spielt keine Rolle, wie automatisiert Ihre Fabrik ist, wenn Sie nicht bemerken, dass eine Maschine zu stark vibriert. Die vibrierende Maschine könnte kurz vor einer Fehlfunktion stehen. Dies könnte dazu führen, dass das gesamte oder ein Teil eines automatisierten Maschinensystems offline geht und ungeplante, unnötige Ausfallzeiten entstehen. Die Lektion: Automatisierung kann zusammenbrechen, selbst wenn nur ein einziges Zahnrad locker ist.

Eine Plattform aus energiesparenden, langreichweitigen drahtlosen Sensoren, die über die Fabrik verteilt sind, kann Abhilfe schaffen – eine grundlegende Lösung, die unabhängig von, aber ergänzend zu Automatisierungssystemen läuft. Dieses Sensornetzwerk kann Beschleunigungssensoren, Vibrationsmessgeräte, Spannungs- und Strommessung, Neigungssensoren, passive Infrarot-Bewegungsmelder (PIR), Temperatur-, Luftqualitäts- und Feuchtigkeitssensoren und viele mehr umfassen.

Eine vernetzte drahtlose Sensorplattform, die hauptsächlich im Hintergrund arbeitet, stellt sicher, dass die primäre Leistungs- und Zustandsüberwachung Ihrer vernetzten Fabrik nicht nur prädiktiv, sondern in Geschäftsoptimierung und Innovation transformiert wird.

Schlüsselkomponenten der Sensorplattform

Um mit der Entwicklung von Industrie 4.0 Schritt zu halten, setzen vernetzte Fabriken auf folgende Implementierungen:

• Betrieb auf einer industriegeeigneten, drahtlosen, energiesparenden Sensorplattform mit Fokus auf Echtzeit-Datenübertragung, prädiktive Wartung und Steigerung der Betriebsbereitschaft. Ein drahtloses Sensornetzwerk kann so konzipiert werden, dass es:
  • Energie nur während der Sensorenkommunikation verbraucht, wodurch Energie gespart und die Batterielebensdauer verlängert wird
  • Sofortige Alarme per SMS, E-Mail oder Sprachanruf sendet, wenn voreingestellte Parameter überschritten werden
  • Trenddaten und Datenspeicher für allgemeine Einblicke und Compliance-Daten bereitstellt
  • Datenerfassung, -übertragung und -analyse mit vorkonfigurierten Algorithmen und bedarfsgesteuerter Verarbeitung über Sensoren und Edge-Gateways optimiert, anstatt Maschinen manuell zu überwachen und Daten auf Checklisten zu erfassen. Anschließend werden die Daten über Steuerungssysteme mittels APIs, serieller Modbus-Gateways und PLCs gefiltert. Nur umsetzbare Daten und Sensoralarme fließen in Echtzeit; Rohdaten können für spätere Analysen protokolliert oder in einer Datenbank gespeichert werden.
  • Integration mit Building Management Systems (BMS) über das BACnet™-Datenkommunikationsprotokoll oder Modbus TCP/IP
• Risikomanagement stärken, indem eine Ende-zu-Ende-Datensicherheitsplattform zum Sensornetzwerk in der gesamten Fabrik hinzugefügt wird.
  • Sensorsysteme einsetzen, die Datenverschlüsselung mittels Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch und 128-Bit Advanced Encryption Standard (AES-128) Cipher Block Chaining (CBC) symmetrische Schlüsselverschlüsselung umfassen, um Daten vor Verletzungen zu schützen.
  • Webserver und Browser, die mit einem Sensornetzwerk verbunden sind, mit Transport Layer Security (TLS) Verschlüsselung absichern.
  • 256-Bit Secure Hash Algorithm 3 (SHA-3) Authentifizierung hinzufügen, um Daten vom Erzeugungs- bis zum Verbrauchspunkt zu schützen. Ein sicheres Datentoken wird über eine kryptografische Hash-Funktion gegen einen eindeutigen pro-Sensor-Geheimschlüssel geprüft.
• Zuverlässigkeit der langreichweitigen drahtlosen Sensorenkommunikation mit Frequenzsprung-Spreizspektrum (Frequency-Hopping Spread Spectrum, FHSS) erhöhen. Bei diesem zuverlässigen langreichweitigen und robusten Spektrum streuen und springen Signale zwischen sich schnell ändernden Radiofrequenzen. Dieses Kommunikationsspektrum ist hochgradig resistent gegen Störungen, und Signale sind schwer abzufangen, da sie nur über extrem kurze Intervalle übertragen werden. Dies macht FHSS im Wesentlichen cybersicher. Mit FHSS verfügen Datenkommunikationen von drahtlosen Sensoren über:
  • Starke Immunität gegen Beeinträchtigungen durch physische Hindernisse, externe drahtlose Radiofrequenzsysteme und elektromagnetische Interferenzen (EMI)
  • Bis zu 1200+ ft. (ca. 365 m) Konnektivität in Fertigungsumgebungen
• Vernetzte Fabrikmanager können ein integriertes drahtloses System zur Optimierung aller Aspekte des Fabrikbetriebs nutzen. Sie können Automatisierungssysteme parallel zur Optimierung von Wartungs- und Produktionsprozessen implementieren.
  • Autonome geführte Fahrzeuge für Kommissionierung, Verpackung, Materialhandling, Platzierung und Lieferung einsetzen.
  • Industrieroboter für Lichtbogen- und Punktschweißen, Maschinenbedienung, Lackieren, Heben und Montieren, Kleben und Verbinden von Teilen u.v.m. nutzen.
  • Beschleunigungssensoren an Montagelinien und Roboterarmen, Vibrationsmessgeräte an Maschinenmotoren, Neigungssensoren zur Erkennung sicheren Maschinenbetriebs und Strommessgeräte zur Überwachung des Energieverbrauchs anbringen.
  • Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren in HLK-Systemen, Produktionsbereichen und Motoren sowie PIR-Bewegungsmelder in beschränkten und Produktionskontrollbereichen installieren.

Fazit

Hersteller sollten eine IIoT-Sensorplattform implementieren, die Echtzeit-umsetzbare Daten liefert, um Maschinenausfallzeiten vorherzusagen, betriebliche Effizienz zu steigern, das Ergebnis zu verbessern und die Vorteile der neuesten industriellen Revolution zu nutzen.

Dieser Artikel wurde von Brad Walters, Gründer und CEO von Monnit (South Salt Lake, UT), verfasst. Für weitere Informationen kontaktieren Sie Herrn Walters unter info@monnit.com oder besuchen Sie hier .