Industrie 4.0 Die digitale Herausforderung bewältigen

Der Einstieg in Industrie 4.0 ist nicht einfach. Neben Hard- und Software gehört dazu auch die Brainware. Es genügt nicht, nur ein Cloud-Interface anzubieten. Der OEM braucht Anwendungen und Geschäftsideen, um mit neuen Services Profit erwirtschaften zu können.

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Viele Jahre verfolgte die Industrieautomation stets das gleiche Ziel mit den gleichen Mitteln: mehr Profit, weniger Kosten. Ressourcen wie Energie, Wasser, Arbeitskraft sollten eingespart und Ausgangsmaterialien besser genutzt werden, indem man die Qualität verbesserte und den Ausschuss reduzierte. Gleichzeitig sollten der Durchlauf beschleunigt, ungeplante Stillstände minimiert und Produktionsmittel effizient genutzt werden. In jüngster Zeit kamen Anforderungen wie eine schnellere Umstellung der Produktion im Sinne einer kurzen Time-to-Market sowie eine größere Transparenz der Produktion und eine generelle Flexibilisierung bis hin zu einem höheren Grad der Maschinenautonomie hinzu, die eine wirtschaftliche Fertigung individueller Produkte („Losgröße 1“) ermöglichen. Eine umfangreichere Sensorik verbunden mit einer durchgängigen, schnellen Datenübertragung und einer Informationsverarbeitung nahezu in Echtzeit ermöglichte die Ausweitung der Automatisierung – und wo das nicht gelang, sollten zumindest schnellere und bessere Entscheidungen die OEE im Sinne der oben genannten Punkte positiv beeinflussen. So konnte jedes Jahr die Produktivität um einige Prozentpunkte gesteigert werden. Die Technologien entwickelten sich weiter, die grundsätzlichen Konzepte hingegen nicht.

Mit dem digitalen Wandel steht Automatisierern und Maschinenbauern, Industrieunternehmen und deren Kunden inzwischen eine völlig neue Entwicklung ins Haus. Statt einer schrittweisen Weiterentwicklung ermöglicht Industrie 4.0 einen sprunghaften Fortschritt bei Produktivität und Profit. Wer diese Entwicklung nutzt, schafft für sich und seine Kunden einen erheblichen Wettbewerbsvorteil. Diejenigen, die die Chancen jedoch nicht rechtzeitig ergreifen, fallen zurück und setzen sich dem Risiko aus, vom Markt verdrängt zu werden – so wie einst die Segelschifffahrt von den Dampfern fast vollständig abgelöst wurde. Dieser Punkt der Entwicklung wird gemeinhin als disruptiver Moment bezeichnet. Beispiele wie AirBnB und Uber hinterlassen oftmals den Eindruck, dass der alten Industrie die völlige Zerstörung droht – wie dem einstigen Fotopionier Kodak, der 2012 Insolvenz anmelden musste. Doch dieser Eindruck ist falsch. Denn jeder kann die nun mögliche Weiterentwicklung für sich nutzen und davon profitieren. in Zitat aus der Wirtschaftspresse illustriert dies: „Uber yourself before you are Kodak’d.“ Die Frage ist nur: Wie?

Disruptive Innovationen: Wenn sich etwas radikal verändert

Wir haben einen Punkt erreicht, an dem sich die Entwicklung radikal verändert. Nach der Entwicklung leistungsfähiger Steuerungstechnik und ebensolcher Industrie-PCs, der Vernetzung der Produktionsanlagen mittels schnellem Industrial Ethernet und nach einem steilen Anstieg des Software-Anteils an der Wertschöpfung im Maschinen- und Anlagenbau sei nun eine neue Ära angebrochen, die sich zunächst durch das Zusammenwachsen von OT und IT bemerkbar mache. Das ist ein qualitativer Sprung – der disruptive Moment ist gekommen. Am augenfälligsten sind die Möglichkeiten, die sich heute im Bereich des Cloud Computings für die Industrie ergeben. Aus der Big-Data-Analyse lassen sich bereits mithilfe von Mustererkennung und komplexen Vorhersagen sichtbare Erfolge beim Qualitätsmanagement und der Wartung erzielen – Stichworte sind hier Statistische Prozesskontrolle (Statistical Process Control, SPC) und Predictive Maintenance.

Auch die Weiterentwicklung ist in Teilen bereits vorgezeichnet: Machine Learning und künstliche Intelligenz sind keine Zukunftsmusik mehr, sondern mancherorts bereits im Einsatz. Diese Anwendungen gehen weit über das hinaus, was die evolutionäre Entwicklung der Automatisierungstechnik an Produktivitätszuwachs hätte leisten können. Daraus erwachsen völlig neue Möglichkeiten zur Gestaltung von Services, Kundenprozessen und ganzen Geschäftsmodellen.

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Wie das funktionieren kann, zeigt das Beispiel Predictive Maintenance. Beim bisherigen Modell, dem Condition Monitoring, werden Messdaten in Echtzeit erhoben. Die Steuerung sorgt dafür, dass die festgelegten Grenzwerte nicht über- oder unterschritten werden. Die vorausschauende Wartung hingegen setzt auf eine komplexe Vorhersage auf Basis der aktuellen Daten, um die Zeit abzuschätzen bis sich Zustände ändern oder den zulässigen Bereich zu verlassen drohen. Predictive Maintenance ist ein eigenes Geschäftsmodell – der OEM kann seinem Kunden einen zusätzlichen Service anbieten, in dem er verlängerte Lebensdauer, verbesserte Produktivität beziehungsweise erhöhte Wertschöpfung ermöglicht. Die Verbindung des Shop Floors mit den IT-Systemen und den darin gespeicherten Daten macht auch weitere Angebote denkbar.

Alle Daten laufen an einem Ort zusammen

Für Predictive Maintenance ist die nötige Infrastruktur durch Sensoren, Netzwerktechnik und eine passende Anwendung gegeben. Lenze bietet dafür eine eigene IIoT-Applikation an: das Asset Management. Durch eine Bestandsaufnahme der gesamten Maschine werden alle relevanten Komponenten der Maschine („Assets“) mit Seriennummer, Gerätekennzeichnung, Einbaulagen-Fotos und Funktionsbereich in der Asset-Management-Software vor Ort aufgenommen. Dieser Datenstamm wird angereichert mit Informationen wie zum Beispiel Lieferzeiten oder Verfügbarkeit, Wartungsintervallen, dem Lebenszyklus der Komponente und Dokumentationen wie beispielsweise Bedienungsanleitungen. Dadurch entsteht ein digitaler Zwilling, der als Basis für verschiedene Servicepakete dienen kann.

Das Entscheidende ist, dass die Anwendung sich in die bestehende Infrastruktur mit Komponenten unterschiedlicher Hersteller, das Brownfield, einfügt und hier einen Single Point of Truth darstellt. Alle relevanten Daten an einem Ort, mit verlässlicher Qualität und einer hohen Frequenz erhoben, bieten die Grundlage für eine Intelligenz direkt am Ort des Geschehens. Diese kann neben Predictive Maintenance beispielsweise auch bei der Konzeption eines Retrofits behilflich sein.

Durch Remote Maintenance Störungen einfacher beheben

Zu weiteren Services, die Lenze auf Basis der Asset-Management-Applikation anbietet, gehört Remote Maintenance. Bei Problemen kann der Techniker vor Ort mit einem einfachen Scan des Typenschilds via Smartphone beispielsweise auf das digitale Handbuch zugreifen und sich die nötigen Informationen holen. Mit Smart Devices und einer Service-App können Probleme oder Störungen ortsunabhängig via Live-Bild zum Hersteller-Service übertragen, erörtert, dokumentiert und behoben werden. Sollte sich herausstellen, dass ein Ersatzteil gebraucht wird, kann auf dem gleichen Weg ein Service-Ticket erstellt werden, das alle Asset-Informationen enthält. So kommt es nicht mehr zu Fehlbestellungen wie zuvor bei der manuellen Erfassung der Konfiguration, wenn beispielsweise links- oder rechtsgerichtete Varianten verwechselt wurden.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist das Maschinen-Monitoring. Dazu gehört unter anderem die Darstellung der OEE-Werte und der Wartungszyklen der installierten Komponenten. Zusätzlich kann die Anwendung mit Alarmfunktionen der Maschine oder der Komponenten verknüpft werden und diese visualisieren.

Cloud als Einstiegspunkt

Aus Sicht des Herstellers ist es wichtig, einerseits eine vollständige Lösung anzubieten, andererseits dabei beide Perspektiven im Blick zu haben. Der Kunde denkt Device-zentriert. Im Gerätebereich müssen die Hersteller den Standards und den relevanten Marktentwicklungen folgen, da die eigenen Produkte, beispielsweise die Antriebe, hier in Verbindung mit einer breiten Palette von Komponenten anderer Lieferanten zum Einsatz kommen. Der OEM dagegen agiert Maschinen-zentriert. Die Anforderungen eines Maschinen-Controllers sind völlig verschieden von denen eines Antriebs-Controllers. Die von Lenze angebotenen Lösungen berücksichtigen daher beide Fälle. Die Devices beherrschen MQTT und fügen sich daher nahtlos in die Brownfield-Infrastruktur des Endkunden ein, sodass dieser beliebige IIoT- und Cloud-Plattformen einsetzen kann. Damit der OEM Komplettlösungen entwickeln kann, bietet der Hersteller im Rahmen einer Kooperation die sicheren Cloud-Gateways von Ei3 an, die OPC UA unterstützen. Eine eigene Cloud hat Lenze dagegen nicht kreiert. Der Kooperationspartner Ei3 bietet demnächst eine Lösung in einem eigenen, Dekra-zertifizierten Rechenzentrum in Deutschland an.

Die Connectivity-Boxen von Ei3 – eine für den Einsatz direkt an der Maschine, die andere mit integrierter Firewall als Gateway für das gesamte Netzwerk – lassen sich im Plug-&-Play-Verfahren integrieren. Diese Infrastruktur bietet die Basis für Predictive Maintenance. Sie kann aber auch für eigene Services des OEMs genutzt werden. „Das API lässt verschiedene Varianten zu. So kann der OEM frei skalieren. Einfache Anwendungen, wie eine automatische Ersatzteil-Bestellung, lassen sich beispielsweise von der Lenze-Tochter Logicline per Salesforce realisieren. Der OEM kann aber auch ein größeres Software-Projekt mit den Digitalisierungs-Töchtern von Lenze, Logicline oder Encoway, aufsetzen. Oder, die nötigen Ressourcen vorausgesetzt, eine eigene Lösung entwickeln, die mit der Cloud kommuniziert.“

Hard- und Softwareportfolio: Das Gesamtpaket entscheidet

Für einen Automatisierer wie Lenze heißt das, selbst aktiver zu werden. Unter den Vorzeichen einer Industrie 4.0 genüge es nicht mehr, nur auf technische Entwicklungen und Anforderungen der OEMs und der Industrieunternehmen zu achten. Stattdessen müsse man aktiv Angebotsideen entwickeln, innovative Services erfinden und neue Geschäftsmodelle aufzeigen, wenn man weiterhin an der Spitze der Entwicklung stehen wolle. „Der OEM braucht nicht mehr nur Hardware und Software, für ihn wird immer entscheidender die Brainware“, betont Vestbjerg Koch. Denn die Entscheidung, wie ein Produkt, eine Maschine, eine Anlage auszusehen hat, werde immer weniger nach den zur Verfügung stehenden Komponenten entschieden – diese glichen sich herstellerübergreifend immer mehr an. Andererseits böten sie aber eine unverzichtbare Basis für die Zusammenarbeit.

Ein umfassendes Hardware-Portfolio für die Industrieautomation gehört dazu ebenso wie die passende Software inklusive der Entwicklungswerkzeuge, beispielsweise die Fast-Toolbox, die Modularisierung unterstützt. „Am Ende entscheidet das Gesamtpaket“, ist Vestbjerg Koch überzeugt: „Skalierbarkeit, Flexibilität, Vollständigkeit und Einfachheit der Lösung auf der einen Seite, ein begeisternder Value Add, der sich in Wertschöpfung oder Profit ummünzen lässt auf der anderen Seite – das sind die Zutaten, mit denen OEMs und Anwender die digitale Herausforderung erfolgreich meistern.“

* Jan Vestbjerg Koch ist Global Head Industry Sales bei der Lenze SE in 31855 Aerzen

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