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LEAD Innovation Blog

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Datum: 11-Jul-2019

Das Industrial Internet of Things und seine Rolle in der Fertigungsindustrie

 

Das Industrial Internet of Things (IIoT) eröffnet gerade der Fertigungsindustrie vielfältige Möglichkeiten. Die umfassende Vernetzung ist keine Zukunftsvision mehr und mit dem Mobilfunkstandard 5G wird sich ab 2020 vermutlich die Dynamik steigern. Einen Überblick zur IIoT-Technologie und seine Anwendung in der Produktion lesen Sie in diesem Artikel.

Was ist das Industrial Internet of Things (IIoT)?

Unter Industrial Internet of Things (IIoT) versteht man den Einsatz von IoT-Konzepten in der industriellen Produktion. Im deutschsprachigen Raum wird das industrielle Internet der Dinge häufig auch mit Industrie 4.0 umschrieben. Im Vergleich zum Internet of Things im privaten Umfeld (IoT) stehen im industriellen Bereich die Vernetzung von Maschinen (Machine-to-Machine) sowie lückenlose Prozessketten im Fokus. Das Schlüsselkonzept des IIoT besteht somit darin, maschinelles Lernen und Big-Data-Technologien zu integrieren und damit die Effektivität von Unternehmen erheblich zu steigern. Komplexität und Anforderungen sind im IIoT jedoch weitaus höher als im IoT.

Innovations-Check

 

IIoT- Architektur: Edge – Network – Cloud

Wesentliche Anforderungen an eine IIoT-Architektur sind Skalierbarkeit, Echtzeitfähigkeit, Interoperabilität sowie Datenschutz und Sicherheit. Eine zentrale Rolle nehmen Sensoren, Aktoren und intelligente Geräte ein, die Daten sammeln (Edge Computing) und an Server senden (Network). Dort werden sie auf der Ebene des Cloud Computing über smarte Algorithmen in handlungsrelevante „Smart Data“ weiterverarbeitet. Diese bilden dann die Basis für automatisierte Prozesse. Die großen Cloud-Anbieter wie Microsoft, Amazon Web Services und Google stellen mittlerweile IoT-Plattformen zur Verfügung, die die Entwicklung und Verwaltung von IIoT-Anwendungen erleichtern. Gerade für den Einstieg sind solche Lösungen ideal.

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Grafik: IIoT Architecture, The Future of Industrial Automation, Paul McLaughlin, Rohan McAdam, CC-BY-SA-4.0

 

Fertigungsindustrie ist führend bei IIoT-Anwendungen

Als wichtiger Aspekt der digitalen Transformation gewinnt der Einsatz von IoT-Technologie in der produzierenden Industrie zunehmend an Bedeutung. Aus der Marktstudie „The State of Industrial Internet of Things 2019“ des Techologiekonzerns PTC ist zu entnehmen, dass die IIoT-Technologie derzeit vor allem in Produktionsbetrieben eingesetzt wird.

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Grafik: IIoT Anwendungsbereiche, © PTC

Die Marktstudie verdeutlicht, dass die Optimierung der betrieblichen Effizienz und die Steigerung der Produktivität über die interne Wertschöpfungskette hinweg die Hauptgründe für den Einsatz von IIoT-Technologien sind. Nachfolgend die wichtigsten Erkenntnisse aus der Studie:

 

1. Verbreitung von IIoT-Technologie nimmt stetig zu

Das Internet der Dinge wird in industriellen Umgebungen immer beliebter und zunehmend für Anwendungen in Industriefabriken, Automobilwerken, pharmazeutischen Betrieben, Elektronik- und High-Tech-Anlagen sowie in Ölraffinerien und Lebensmittel- und Getränkeversorgungsketten eingesetzt.

 

2. IIoT-Schnittstellen erhöhen Effizienz

Unternehmen schaffen sich Vorteile, wenn sie den Menschen in den Mittelpunkt ihrer Digitalisierungsstrategien stellen und über die gesamte Organisationshierarchie hinweg IIoT-Schnittstellen implementieren. Der Nutzen der Technologie steht dann vielen Mitarbeitern zur Verfügung und wirkt sich positiv auf die Umsetzung von Projekten aus.

 

3. Komplexe Lösungen sind erforderlich 

Die Lösungsumgebung, die implementierten Anwendungsfälle und die verwendeten Technologien im gesamten IIoT-Stack sind weiterhin unterschiedlich. Daher werden für den Erfolg von Anwendern zunehmend nahtlose Integrationen, verschiedene Technologieportfolios und Fachkenntnisse auf dem Gebiet benötigt.

 

4. Globale Unternehmen nutzen verstärkt vorgefertigte IIoT-Lösungen 

Industrieunternehmen, die unter globalem Druck stehen, setzen auf ganzheitlichere, vorgefertigte IIoT-Lösungen mit größerer technologischer Breite und Partnerökosystemen, um schnell voranzukommen. 89 Prozent der Befragten gehen davon aus, dass Use Cases innerhalb eines Jahres nach dem Kauf der IIoT-Lösung auf Produktion umgestellt werden. Die vorgefertigten IIoT-Lösungen führen in vielen Fällen zu einer Verkürzung der Bereitstellungszeiten auf einige Monate. Einige Unternehmen konstatieren zudem eine Amortisationszeit von wenigen Wochen.

 

Welche Möglichkeiten schafft IIoT in der Fertigungsindustrie?

Im IIoT kann über die Kombination von Sensorik und Analytics auf Daten in Echtzeit zugegriffen werden, die zuvor nicht zur Verfügung gestanden haben. Die Erkenntnisse aus diesen Daten werden ohne Zeitverzögerung in die Prozesse entlang der gesamten Supply Chain eingespeist. Dies ermöglicht zum Beispiel:

  • Optimierung der Prozesse (z.B. durch Remote Monitoring)
  • Höhere Flexibilität der Produktionsprozesse
  • Steigender Automatisierungsgrad
  • Höhere betriebliche Effizienz und geringere Ausfallquoten
  • Schnelleres Erkennen von Produktivitätsschwächen und Problemen
  • Exaktere Vorhersagen zum Zustand von Maschinen und eine effizientere Wartung
  • Kostenersparnis durch die Vermeidung unnötiger Reparaturen
  • Bessere Verfügbarkeit und geringere Ausfälle der Maschinen
  • Verbesserte Qualitätskontrolle und Reduktion der Fehlerquote
  • Verbesserte Transparenz durch weltweiten Zugriff auf die Maschinendaten
  • Verbesserter technischer Kundenservice
  • Erschließung zukunftsweisender Geschäftsfelder und -modelle (z.B. ergänzende Dienstleistungen wie Remote Troubleshooting oder Predictive Maintenance)

Ein Beispiel, wie IIoT umgesetzt werden kann, ist der Skiproduzent Blizzard. Die Herstellung der Skier wird mit einem internen IIoT-Produktions-Management-System gesteuert, welches Herstellungsprozess-Sensoren nutzt, um Echtzeit Betriebs- und Maschinendaten (BDE/MDE) und ihre Korrelation zu analysieren. Die Analysedaten geben Auskunft darüber, welche Produktionsparameter im Bedarfsfall verändert werden müssen, um Stillstände, Verzögerungen oder Mängel zu vermeiden.

 

IIoT Plattformen als Herzstück von IoT-Lösungen

Leistungsstarke IoT-Plattformen analysieren die gesammelten Daten der Geräte, stellen sie den Anwendern zur Verfügung und senden Anweisungen wieder zurück an die Geräte. Sie stellen damit die Basisfunktionen zur Verfügung, um etwa in den Bereichen Smart Maintenance und Operations Management Potenziale zu heben und Verbesserungen im Sinne der digitalen Transformation voranzutreiben. Viele Unternehmen setzen auf Microsoft Azure, aber auch auf Lösungen anderer Hersteller, etwa von Amazon, IBM, Oracle, PTC, SAP und Hitachi.

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Grafik: Komponenten einer IIoT-Plattform, Sujata Tilak, CC-BY-SA-4.0

 

Der US-Hersteller Woodward erzielt beispielsweise betriebliche Effizienzsteigerungen durch Etablierung eines umfassenderen Fertigungsinformationssystem (MIS). Dazu aggregiert das Unternehmen seine produktzentrierte Software (CAD, PLM) und Fertigungssysteme (MES, MOM, FMS) mit seinen Bodensystemen und -geräten (Pressen etc).

Ermöglicht wird dies durch die Konnektivität der Geräte und eine IIoT-Plattform, die diese System- und Softwareanwendungen über eine robuste und interaktive Ansicht verbindet. Durch das Zusammenführen der Datenfeeds wurden auch die IIoT-Touchpoints erhöht, da Mitarbeiter nun problemlos auf Arbeitsanweisungen und Betriebsdaten zugreifen können. Weiters verbesserte Woodward das Tracking von Mitarbeiterschulungen, um Augmented Reality Anwendungen evaluieren zu können. 

 

IIoT und 5G

Bei 5G-Anwendungen in der Produktion sind nicht nur die erreichbaren höheren Bandbreiten entscheidend, sondern auch die minimalen Latenz-Zeiten, wie sie bei mobilen Anwendungen mit Echtzeit-Anforderungen erforderlich sind. Industrieapplikationen profitieren von 5G vor allem durch extrem hohe Zuverlässigkeit, Echtzeitfähigkeit, mehr Datendurchsatz, geringe Latenz, wesentlich engere Vernetzung sowie größere Mobilität und IT-Security. Der 5G-Standard würde sich daher für mobile Bereiche eignen wie zum Beispiel mobile Roboter und Werkzeuge oder autonome Transportsysteme. Ein weiteres Anwendungsfeld könnte im Bereich Augmented Reality liegen, die für Industrie 4.0 wachsende Bedeutung haben wird.

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Grafik: Screenshot aus „How will 5G transform IIoT“, Qualcomm Technologies

 

Fazit: IIoT in der Fertigungsindustrie

IIoT-Projekte bieten Herstellern bessere Einblicke in die Prozesse ihres Unternehmens und die Funktionsweise ihrer Produktionslinien. Da die Sensoren immer kleiner und billiger werden und insbesondere das 5G-Netzwerk immer weiter verbreitet ist, wird das Interesse am IIoT vermutlich weiter steigen. Das IIoT befindet sich derzeit allerdings noch zum Großteil in der Erprobungs- und Pilotphase. Eine Ausnahme bilden einige wenige große Hersteller, die entsprechende Ressourcen zur Verfügung haben. Die umfassende digitale Transformation eines konventionellen Fertigungsbetriebs zur digitalen Fabrik wird daher vermutlich auch in naher Zukunft nur den großen Playern offenstehen. KMU sollten IoT jedoch auf keinen Fall abschreiben. Unternehmen jeder Größe können vom Internet der Dinge profitieren.

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Quelle Titelbild: https://pixabay.com/de/illustrations/platine-schaltkreis-schaltzentrale-410099/

Gerhard BERTHOLD

Born in Vienna. At LEAD Innovation he works as Innovation Manager.

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