IIoT: Von Buzzwords zu echten Geschäftserfolgen

Industrial Internet of Things ermöglicht fortschrittliche Fertigung

Es gibt viele Fertigungs-Schlagworte: Industrial Internet of Things (IIoT), Industrie 4.0 und Digital Factory. „Manchmal sind es nur Buzzwords. Manchmal steckt viel Realität dahinter“, sagte Roger Hart, R&D-Manager bei Siemens (Berlin und München). „Digitalisierung verändert vieles. Sie treibt in vielen Fällen neue Geschäftsmodelle an“, so Hart. „Menschen stellen fest, dass sie, sobald sie mehr und mehr ihrer Fertigung digitalisieren, mehr und mehr Aspekte der Daten und Informationen, die sie sammeln können, monetarisieren können.“

IIoT bezieht sich auf „vernetzte“ Industrieanlagen, die Daten von Maschinen generieren, sammeln und übertragen können. Wartung kann über Geräte wie Tablets oder Smartphones erfolgen. Mehr Daten werden generiert und weiter innerhalb eines Fertigungsbetriebs geteilt.

„Es geht nicht nur darum: ‚Hey, so sollten wir das automatisieren‘“, sagte Tim Wormus, Regional Vice President bei Siemens. IIoT ermögliche Herstellern, „sich mit all diesen verschiedenen Geräten zu verbinden und dann zu einem kohärenten Ganzen zusammenzufügen.“

Große Namen im IIoT

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

„Der Kern von GEs Bemühungen im Bereich IIoT liegt in der Konvergenz unserer Arbeit an digitalen Zwillingen, also digitalen Modellen unserer Industriesysteme“, sagte Peter Koudal, GE Senior Research Scientist, Supply Chain Technologies. „Mit den Fortschritten in der Rechenleistung der letzten Jahrzehnte können wir nicht nur die wichtigsten Daten sammeln und analysieren. Wir können auch mächtigere digitale Zwillinge erstellen und Kontrollsysteme in unsere Maschinen integrieren, um diese Zwillinge voll auszuschöpfen. Das ist es, was das Entstehen des IIoT möglich macht.“

Siemens sieht digitale Zwillinge in drei Bereichen: „Digitaler Zwilling des Produkts; digitaler Zwilling der Produktion, der die Planung Ihrer Produktionsprozesse ermöglicht; und digitaler Zwilling der Performance“, sagte Bill Boswell, VP Marketing für Siemens' Cloud Applications Solutions Group. „Wenn Sie ein IoT-fähiges Produkt haben, müssen Sie es in das Produkt einbauen. Wir haben die Werkzeuge dafür.“

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

DMG Mori macht seine Maschinen seit 2013 mit der CELOS-App und Benutzeroberfläche fit für die Digitalisierung. Das Unternehmen erweitert sein CELOS-Serviceangebot „mit intelligenter Software und vernetzter Hardware“. Mehr als 10.000 CELOS-Maschinen wurden installiert.

Laut Führungskräften ermöglicht IIoT noch mehr Automatisierung als zuvor. „IIoT vereint robusteres Senden, Steuern und IT“, sagte John Younes, Co-Founder und COO von Litmus Automation (Toronto, ON und San Jose, CA). „IT hat jetzt mehr Überblick über alle Geräte auf dem Shopfloor über mehrere Werke hinweg.“ Zudem, so Younes, „muss IT auch mit OT (Operational Technology) zusammenarbeiten, um eine robustere Automatisierungsstrategie zu bieten.“

Ein Bereich, in dem Hersteller IIoT erwarten, ist der Einsatz kollaborativer Roboter (Cobots) sowie die Verbesserung der Performance konventioneller Roboter.

IIoT fördert Cobots

Kollaborative Roboter (Cobots) können in unmittelbarer Nähe zu Menschen arbeiten. Bisher führten Roboter Aufgaben getrennt von menschlichen Bedienern und Produktionsmitarbeitern aus.

IIoT mit „fortgeschrittenen Sensoren und dem Netzwerk intelligenter Geräte… fördert kollaborative Roboter auf dem Shopfloor und ermöglicht Menschen und Robotern, sicher und effizient in einer ungekafigten Umgebung zusammenzuarbeiten“, sagte DMG Moris Chuang. Mit mehr Cobots „arbeiten Arbeiter und Roboter effizient zusammen in einer ungekafigten Zelle ohne Risiko von Schäden und Verletzungen.“

GE schlägt in dieselbe Kerbe.

„In dieser Phase betreten wir eine Periode, in der Sie Roboter und Menschen stärker kollaborativ arbeiten sehen werden“, sagte Koudal. „Der Schlüssel, diese Kollaboration zu stärken, ist, Roboter in die Lage zu versetzen, instinktiver auf Menschen zu reagieren, wie es zwei Menschen tun würden. Die Integration von KI und Machine Learning wird entscheidend sein, um diesen Weg voranzutreiben.“

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

Laut FANUC wird IIoT Roboter generell fördern: „IIoT wird den Einsatz ALLER Roboter ermöglichen, nicht nur kollaborativer Roboter“, schrieben Amanda Nixon (FANUC Engineer für Cobots) und Greg Buell (Senior Engineer für Cobots). „IIoT könnte Änderungen in verschiedenen Sicherheitseinstellungen jedes Robotersystems erkennen und das Werk benachrichtigen, wenn ungeplante Änderungen auftreten, um sicherzustellen, dass das System so sicher bleibt, wie es entworfen wurde.“

Zudem: „Langfristig bedeutet IIoT für traditionelle Roboter, Ineffizienzen und Probleme früher zu erkennen, um Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig die Qualität zu verbessern. Dasselbe gilt für kollaborative Robotersysteme, die in Werken mit IIoT eingesetzt werden.“

Cybersecurity-Bedarf

Newtons drittes Gesetz: Auf jede Aktion gibt es eine gleich große Gegenreaktion. Beim IIoT ist das Äquivalent: Für jeden technologischen Fortschritt wächst der Bedarf an Cybersicherheit.

„Die meisten Industriegeräte waren nie dafür gedacht, über einen offenen Netzwerk-Link dem Internet ausgesetzt zu sein“, sagte Younes von Litmus Automation. „Daher haben sie nicht die richtige Sicherheit, um Daten vor Diebstahl oder Hacking zu schützen. Viele Systeme können auch nicht mit der Cloud sprechen oder bidirektionale Kommunikation unterstützen. Daten sollten mit standardisierten, enterprise-klassigen Sicherheitsprotokollen und -mechanismen gesichert werden. OEMs und Hersteller sollten Geräte authentifizieren und Datentransport Ende-zu-Ende verschlüsseln.“

„Es ist kritisch, dass Sicherheit auf jeder Ebene adressiert wird, wenn man eine IIoT-Lösung baut“, sagte Joe Gazzarato, FANUC Director Zero Down Time Cloud System und Applikationsentwicklung. „Es braucht mehr Partnerschaften zwischen Lösungsanbietern und IT-Unternehmen.“

Bei FANUC schloss man sich mit Cisco für Cybersicherheit für Zero Down Time (ZDT) zusammen. „Partner wie Cisco können Lösungsanbietern helfen mit Best Practices für In-Plant-Netzwerkarchitekturen, Firewall-Konfigurationen, Schutz von IIoT-Daten in Übertragung und im Ruhezustand usw.“, so Gazzarato.

Koudal bei GE vertritt eine ähnliche Sicht: „Einfach gesagt, Cybersicherheit muss noch wachsamer werden. Und es kann keine eindimensionale Strategie sein, bei der man einfach eine bessere Firewall baut. Wir glauben, der Einsatz von digitalen Zwillingen und Kontrollen kann ein System ermöglichen, das nicht nur als Schild agiert, sondern auch handelt, um eine gegebene Cyber-Bedrohung abzuwehren oder zu neutralisieren – genau wie unser menschliches Immunsystem.“

GE entwickelt eine Cybersicherheitstechnologie namens Digital Ghost, die Koudal als „das weltweit erste industrielle Immunsystem“ bezeichnet.

Bei Siemens: „Wir haben eine Gruppe von über 1000 Leuten, die an Cybersicherheit in Werken arbeiten“, sagte Boswell. „Die Daten gehören dem Kunden. Man muss mit denen Schritt halten, die einen überlisten wollen.“

Platz für den Kleinen?

Eine offene Frage bleibt, ob IIoT über seine großen Fürsprecher wie GE und Siemens hinausreicht. Viel Fertigung findet in mittelständischen und kleinen Job-Shops statt, die Teile und Baugruppen produzieren.

Laut GE ist IIoT für kleinere Hersteller natürlich. „In manchen Fällen sind es die kleinen und mittleren Shops, die neue Lösungen zuerst entwickeln“, sagte Koudal. „Da physische und digitale Technologien konvergiert sind und der IIoT-Raum entstanden ist, sehen wir eine zunehmende Demokratisierung der Fertigung. Das ermöglicht mehr Unternehmen und Unternehmern, groß und klein, Teil des Fertigungs-Ökosystems zu sein.“

FANUC behält auch kleinere Kunden im Auge für IIoT. „‚Einfach zu deployen‘ und ‚einfach zu sichern‘ sind zwei essenzielle Eigenschaften für jede IIoT-Applikation, um erfolgreich für kleinere Betriebe, besonders Job-Shops, skaliert zu werden“, sagte Gazzarato. „Wir fokussierten uns auf diesen Bedarf, als wir ZDT für unsere kleineren Kunden earlier this year einführten. Wir partneren mit Cisco und nutzten deren IR809 Industrial Router mit Rechenkapazität als Plattform für unseren einfach zu deployenden und sicheren ZDT Data Collector.“

Siemens arbeitet auch mit kleineren Nutzern. Die Technologie sei so, dass „es einem kleinen Unternehmen leicht macht, loszulegen, vielleicht sogar ohne dass jemand vor Ort kommt“, sagte Boswell. „Wir haben einen industrialisierten PC… er ist ein einfaches Gerät, um in Ihr Netzwerk einzustecken. Sie können in 15 Minuten bis ein paar Stunden betriebsbereit sein.“

IIoT-Befürworter sagen, die Technologie habe Momentum auf dem Shopfloor. „Was Sie erhalten, sind Steuerungs- und Optimierungssysteme mit viel größeren Gehirnen, um zu sehen, zu denken und auf Insights selbst zu handeln, egal ob sie spezifische Produkte und Subkomponenten oder gesamte Lieferketten-, Fertigungs- oder Subsysteme steuern und optimieren“, sagte GEs Koudal. „Weil digitale Zwillinge kontinuierlich lernen und sich anpassen, werden die Steuerungs- und Optimierungstechnologien hinter einer Automatisierungsstrategie im Laufe der Zeit immer wertvoller.“

Dennoch geben selbst Befürworter zu, dass einige Hersteller zögern. „Es gibt viele Leute, die nicht wissen, wie man mit IoT anfängt“, sagte Boswell von Siemens. „Ich glaube, von kleinen bis hin zu sehr großen Unternehmen ist das eine wahre Aussage.“ Sein Rat: „Machen Sie ein mundgerechtes Projekt, um anzufangen. Steigen Sie ein und probieren Sie es aus. Wenn Sie es nicht tun, tun es vielleicht Ihre Wettbewerber.“