Der ultimative Leitfaden für die Industrie IoT für Hersteller

Was ist IoT?

IoT steht für das Internet der Dinge. Das Oxford English Dictionary definiert das Internet der Dinge als "eine vorgeschlagene Entwicklung des Internets, bei der Alltagsgegenstände über eine Netzwerkverbindung verfügen, die es ihnen ermöglicht, Daten zu senden und zu empfangen".

Einfach ausgedrückt ist IoT das Netzwerk von mit dem Internet verbundenen physischen Objekten, die miteinander und mit anderen Systemen kommunizieren können.

IoT ist in unserem Alltag weit verbreitet, von wifi-gesteuerten Glühbirnen und Temperaturreglern (wie Nest) bis hin zu intelligenten Heimsystemen (wie Amazon's Alexa und Google Home).

Was ist IIoT?

Das industrielle Internet der Dinge, oder IIoT, bezieht sich auf IoT , das im industriellen Kontext verwendet wird. Bei diesen Konzepten geht es um die Vernetzung von Maschinen und die Datenverwaltung in "intelligenten Fabriken", um Verbesserungen bei Produktivität und Qualität zu erreichen.

Vernetzte Anlagen und edge devices senden Informationen an Datenkommunikationsinfrastrukturen, die diese in verwertbare Informationen umwandeln. Im Laufe der Zeit können Ingenieure diese Daten nutzen, um Muster zu erkennen, die helfen können, größere Probleme und deren Ursachen zu identifizieren. Die Informationen können auch dazu beitragen, Geschäftsentscheidungen zu treffen und Prozesse zu verbessern.

IoT vs. IIoT: Was ist der Unterschied?

Während IoT Anwendungen eher verbraucherorientiert sind, konzentrieren sich IIoT Anwendungen auf die Verbesserung der Effizienz in der Fertigung, Lieferkette und im Managementbereich.

Für den Umgang mit kritischen Maschinen in Industriezweigen, bei denen viel auf dem Spiel steht, müssen die Geräte von IIoT hoch entwickelt sein. Sensoren müssen empfindlich sein, um die Präzision der Daten zu liefern, die für die Automatisierung, Transparenz und Analyse erforderlich sind, die sie den Herstellern bieten.

Andererseits werden IoT Produkte in weniger risikoreichen Situationen eingesetzt, oft als Verbraucherprodukte. Ihre Vorteile liegen in der Regel in der Bequemlichkeit, und die Folgen eines Geräteausfalls sind weniger schwerwiegend.

In industriellen Umgebungen sind Produktionskontinuität, Sicherheit und Schutz von entscheidender Bedeutung. Die ARC Advisory Group empfiehlt, dass "mit äußerster Wachsamkeit sichergestellt werden muss, dass die allgegenwärtige Konnektivität und Offenheit, die IIoT impliziert, keinen der oben genannten Punkte gefährdet oder Benutzer und/oder Anwendungen mit zu vielen Rohdaten überfordert." Diese einzigartigen Herausforderungen machen es erforderlich, dass IIoT über robustere Funktionen verfügt als die normale IoT.

IIoT verändert das Spiel für Hersteller. IIoT-Verbundene Maschinen erfassen und übermitteln Echtzeitdaten genauer und konsistenter als bisher möglich. IIoT ermöglicht es Unternehmen, Datensilos aufzubrechen und auf jeder Ebene Zugang zu Informationen zu erhalten.

Die Vorteile dieser verwertbaren Daten sind weitreichend. Bediener, Aufsichtspersonen und Ingenieure erhalten Einblick in die Produktion. Ingenieure können aus den Prozess-, Bediener- und Maschinendaten Hinweise ableiten, um kontinuierlicher Verbesserungsprozess zu erreichen und die Effizienz in der Fabrik zu verbessern. Auch das Management kann auf der Grundlage von Daten fundierte Geschäftsentscheidungen treffen. Insgesamt kann das Personal auf allen Ebenen Probleme und Ineffizienzen früher erkennen und seine Abläufe optimieren. Diese datengestützte Entscheidungsfindung macht das Rätselraten bei der Problemlösung überflüssig.

Vorteile von IIoT:

1. Gesteigerte Maschinenauslastung

Industrial IoT ermöglicht es Herstellern, ihre Maschinen mit dem Internet zu verbinden. Vernetzte Maschinen geben den Herstellern Einblick in den Zustand der Maschinen und wichtige KPIs in Echtzeit. Dazu gehören die Gesamtanlageneffektivität (Gesamtanlageneffektivität (OEE)) und die Gesamtprozesseffektivität (OPE). Diese Daten helfen den Herstellern, Ursachen für ungeplante Ausfallzeiten zu erkennen und zu beheben. Sie können auch die Maschinenauslastung erhöhen, indem sie den Bedarf an vorbeugender Wartung der Maschinen aufzeigen.

2. Prädiktive Wartung

Echtzeitdaten von IIoT-verbundenen Systemen können helfen, Defekte in Maschinen vorherzusagen. Dadurch können Hersteller vorbeugende Maßnahmen gegen die Probleme ergreifen, bevor sie auftreten, was letztlich zu einer höheren Maschinenverfügbarkeit und einer höheren Gesamtproduktivität führt. Die Vermeidung von Maschinenausfällen reduziert die Prozesszeit, Nacharbeit, Ausschuss und ungeplante Ausfallzeiten. Diese Verbesserungen helfen den Herstellern, die damit verbundenen Kosten zu senken.

3. Asset-Verfolgung

Die Hersteller können die Produkte auf Lieferkette verfolgen und die Beteiligten über Schäden oder mögliche Schäden an den Waren informieren.

4. Gebäudemanagement

IoT-Verbundene Umgebungssensoren können Bedingungen wie Vibrationen, Temperatur, Feuchtigkeit und mehr überwachen. Sie können Bedingungen erkennen, die sich negativ auf den Betrieb auswirken oder eine übermäßige Abnutzung der Geräte verursachen.

5. Just in Time Fertigung

Datenberichte in Echtzeit machen eine Just-in-Time-Fertigung möglich. Prozesse können in Echtzeit angepasst werden, um Verschwendung zu beseitigen und die Produktion rechtzeitig und in Übereinstimmung mit den in Bearbeitung befindlichen Materialien und Rohstoffen zu beenden. Dies hilft, die geplante Produktion näher an die tatsächliche Produktion heranzuführen.

6. Verbinden von entfernten Assets

Die Verbindung von Geräten bedeutet, dass die Daten von entfernten Anlagen jetzt von einem zentralen Standort aus zugänglich sind. Diese Anlagen können aus der Ferne überwacht und gesteuert werden, was ein höheres Maß an Kontrolle ermöglicht.

7. Einfacher zu bedienende Schnittstellen

Vernetzte Software ermöglicht es Bedienern, Ingenieuren und Managern, Daten über HMIs (Human-Machine-Interfaces) zu überwachen. HMIs sind viel intuitiver, vor allem für Mitarbeiter ohne hohe IT-Kenntnisse. Diese Schnittstellen zentralisieren auch Daten aus verschiedenen Quellen. So kann das Personal die Tools ohne umfangreiche Schulungen und ohne auf IT-Mitarbeiter angewiesen zu sein, beherrschen.

8. Wissen zwischen den Werken teilen

Die Institutionalisierung von Wissen sorgt dafür, dass kritisches Wissen innerhalb der Belegschaft verbleibt. Zentralisiertes Wissen kann auch zur Standardisierung von Prozessen beitragen. Dies ist entscheidend für kontinuierlicher Verbesserungsprozess Bemühungen innerhalb einer Organisation. Und schließlich ermöglicht es standardisiertes, zentralisiertes Wissen den Experten, auf Probleme zu reagieren, egal wo sie sich befinden.

Datensilos und Stammeswissen (Wissen, das über Jahre hinweg gesammelt und mündlich weitergegeben wird, aber nicht standardisiert oder dokumentiert ist) sind eine wesentliche Ursache für Ineffizienz bei Herstellern. Die Weitergabe von Wissen ist für Hersteller heute wichtiger denn je, da täglich 10.000 Babyboomer aus dem Erwerbsleben ausscheiden. Wenn das Wissen der ausscheidenden Arbeitskräfte nicht erhalten bleibt, muss es von den nachfolgenden Generationen neu erlernt werden.

9. Prozess- und Verhaltensüberwachung

Die von IoT-fähigen Geräten und Software gesammelten Daten ermöglichen es Managern, Einblicke in die Leistung ihrer Mitarbeiter zu gewinnen. Anhand dieser Daten können sie Engpässe und verbesserungswürdige Bereiche identifizieren. Sie können zum Beispiel erfahren, dass Mitarbeiter während eines bestimmten Arbeitsschritts immer wieder Fehler machen oder Defekte produzieren. Anhand dieser Informationen können Prozessingenieure eine Ursachenanalyse durchführen, um festzustellen, welche Verbesserungen vorgenommen werden können (und diese Daten als Benchmark zur Messung der Verbesserung verwenden).

Diese Vorteile führen zu erheblichen geschäftlichen Auswirkungen durch Kosteneinsparungen, Qualitätsverbesserungen und Effizienzsteigerungen.

Die ARC Advisory Group identifiziert vier Hauptbestandteile der IIoT:

1. Intelligente Vermögenswerte

Intelligente Anlagen bestehen aus vernetzten "Dingen" - Sensoren, Steuerungen und edge devices- sowie Anwendungssoftware und Sicherheitskomponenten. Zu dieser Kategorie gehören moderne Anlagen, die mit lokaler Intelligenz und Kommunikationsfunktionen ausgestattet sind. Diese Fähigkeiten können auch zu älteren Anlagen hinzugefügt werden.

Jedes dieser Geräte verfügt über Konnektivität, integrierte Intelligenz und Unterstützung für Analysen. Sie generieren Daten und tauschen Informationen über Wertschöpfungskette aus.

Beispiele für intelligente Anlagen in IIoT sind:

• Instrumentierung der Anlage
• Ausrüstung
• Maschinen
• Systeme oder andere Vermögenswerte, die mit Sensoren, Prozessoren, Speicher und Kommunikationsfähigkeiten ausgestattet sind

Im Folgenden finden Sie einige gängige Arten von Geräten und Anlagen:

Sensoren liefern neue Daten aus bestehenden Anlagen oder sind in neue oder bestehende Maschinen integriert, die über gängige Protokolle und Kommunikationstechnologien von außen zugänglich sind.

Edge devices sind Teile der Hardware, die den Datenfluss an der Grenze zwischen zwei Netzwerken kontrollieren. Sie dienen im Wesentlichen als Eingangs- oder Ausgangspunkte des Netzwerks. Edge devices erfüllt Funktionen wie das Übertragen, Weiterleiten, Verarbeiten, Überwachen, Filtern, Übersetzen und Speichern von Daten, die zwischen Netzwerken übertragen werden.

Edge devices Daten näher an den Endpunkten sammeln, verarbeiten und speichern, um die Netzwerkressourcen effizienter zu nutzen.

IoT Gateways sind eine gängige Art von Edge-Geräten in der Fertigung. Sensoren und andere Geräte sind ebenfalls Arten von edge devices.

Eingebettete Systeme beziehen sich auf Computer, die für einen einzigen Zweck bestimmt sind (im Gegensatz zu Allzweck-Computern). Eingebettete Geräte haben ihre eigenen Rechenkapazitäten, einschließlich Prozessor, Speicher, Betriebssystem und Kommunikationsfähigkeit. In IIoT gibt es viele eingebettete Computergeräte, die mit anderen Geräten innerhalb des Systems zusammenarbeiten.

Ein Beispiel für eingebettetes Computing in der Fertigung ist der Einsatz eines Bildverarbeitungssystems für Inspektionen, um die Produktionsqualität und den Durchsatz zu verbessern. Eingebettete Computersysteme laufen ohne menschliche Interaktion durch den Einsatz von Sensoren und anderen Kommunikationsarten.

2. Eine Infrastruktur für die Datenkommunikation

Assets in einem IIoT System benötigen das Internet und andere Netzwerktechnologien, um zu kommunizieren.

IIoT Systeme werden oft auf Cloud-Infrastrukturen (wie Amazon Web Services) eingesetzt. Beim Cloud Computing werden Daten nicht auf einem lokalen Server gespeichert, verwaltet und verarbeitet, sondern auf einem Netzwerk von Remote-Servern.

3. Software

IoT Software analysiert die von Ihren Geräten und Anlagen gesammelten Daten. Außerdem bietet sie eine Schnittstelle, über die Benutzer mit dem System IIoT interagieren können. Die Software ermöglicht es den Menschen, bessere Entscheidungen zu treffen und ihre Leistung zu verbessern.

Cloud-basierte Software bietet eine Reihe von Vorteilen für Hersteller gegenüber Systemen vor Ort. Dazu gehören niedrigere Gesamtbetriebskosten, größere Zuverlässigkeit, höhere Geschwindigkeit und Flexibilität.

4. Menschen

Ein wichtiger, aber oft übersehener Teil eines jeden IIoT Systems sind die Menschen. Menschen interagieren mit dem System, indem sie Entscheidungen auf der Grundlage der Daten und Analysen treffen, die von den übrigen Komponenten von IIoT erzeugt werden. Bessere Daten und leistungsfähigere Analysetools ermöglichen es den Menschen, sich besser mit den Anlagen, Maschinen, Systemen und anderen Mitarbeitern zu vernetzen. Daraus ergibt sich eine quantifizierte Entscheidungsfindung.

Die Anwendungsmöglichkeiten für IIoT sind vielfältig und werden ständig erweitert. Hier sind ein paar Beispiele.

Maschinenüberwachung zu verfolgen Gesamtanlageneffektivität (OEE)/OPE

IIoT ermöglicht Herstellern einen detaillierten Einblick in Maschinendaten, indem sie ihre analogen Prozesse online stellen. Hersteller können die Zustandsdaten ihrer alten Maschinen überwachen, indem sie Sensoren verwenden, die mit einem IoT Gateway verbunden sind. Durch das Sammeln von Daten über die Betriebszeit und ungeplante Ausfallzeiten von Maschinen können Hersteller die Gesamtanlageneffizienz (Gesamtanlageneffektivität (OEE)) und die Gesamtprozesseffektivität (OPE) verfolgen. Diese Metriken sind besonders hilfreich als Benchmarks, um Prozessverbesserungen zu messen.

Inline-Qualitätssicherung

Hersteller können vernetzte Sensoren und Geräte wie Bildverarbeitungskameras, Waagen, Tasterzirkel sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren an Qualitätsprüfstationen einsetzen. Intelligente Sensoren ermöglichen eine deutlich höhere Präzision im Prüfprozess als manuelle Prüfungen. Qualitätskontrollpunkte können in den gesamten Produktionsprozess integriert werden, um Defekte frühzeitig zu erkennen und zu beheben, bevor sie die Produktionslinie durchlaufen.

Poka-Yoke

"Poka-yoke" ist eine Technik von lean manufacturing , die aus dem Japanischen übersetzt "Fehlervermeidung" bedeutet. Hersteller können auch IIoT Geräte verwenden, um Fehler von vornherein zu vermeiden. Zum Beispiel können Hersteller Pick-to-Light Systeme einsetzen, um die Mitarbeiter zu bestimmten Behältern für Montage Prozesse zu führen. Sie können Waagen verwenden, um zu erkennen, wenn das Gewicht eines Produkts außerhalb der Spezifikation liegt, was ein Zeichen für einen Fehler ist.

Die Einführung von IIoT in Ihrem Werk ist ein lohnendes, aber komplexes Unterfangen. Unternehmen sollten IIoT Implementierungen unternehmensweit digitale Transformation und nicht als einmaliges Projekt betrachten. Die erfolgreiche Umsetzung von IIoT erfordert eine enge Abstimmung zwischen dem Management, der Technik, der IT und den OT-Teams sowie eine unternehmensweite Akzeptanz.

Bevor Sie damit beginnen, ist es wichtig, dass Sie verstehen, was dies mit sich bringt, und dass Sie sich der üblichen Fallstricke bewusst sind. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Hersteller feststellen, dass die Implementierung von IIoT weitaus komplexer ist, als sie erwartet haben. Einem Bericht von Cisco aus dem Jahr 2017 zufolge kommen etwa 60 % der IoT Initiativen nicht über das Stadium des Konzeptnachweises (PoC) hinaus.

ARC Advisory empfiehlt die folgenden Erfolgsfaktoren für eine IIoT Implementierung:

• Angemessene Fachkenntnisse in OT und IT
• Klares Verständnis der betrieblichen Anforderungen, einschließlich der Notwendigkeit von Flexibilität und Erweiterbarkeit
• Enge Integration zwischen OT und IT
• Enge Zusammenarbeit zwischen OT- und IT-Lieferanten, zwischen Lieferanten und Endbenutzern sowie zwischen Anlagenbauern, Prozessingenieuren und Datenwissenschaftlern bei der Entwicklung und Implementierung von Lösungen
• Sorgfältige Überlegung, wie die Lösung im Laufe der Zeit gewartet und angepasst werden soll
• Fähigkeit zur Anpassung an neue Geschäftsmodelle
• "Kugelsichere" Cybersicherheit
• Sichere und stabile Netzwerke (kabelgebunden und drahtlos)
• Enge interne Zusammenarbeit zwischen internen IT- und OT-Gruppen sowie zwischen Anlagenbauern, Prozessingenieuren und Datenwissenschaftlern

Wenn Sie diese Faktoren berücksichtigen, können Sie Ihr Unternehmen langfristig erfolgreich machen und die Vorteile einer digitale Transformation nutzen.

1. Definieren Sie Ziele für Ihr IIoT Projekt

Der wichtigste Teil Ihres IIoT Projekts ist die Festlegung klarer, messbarer Ziele. Was ist der Business Case für Ihr IIoT Projekt?

IIoT Die Projekte sollten sich mit spezifischen Unternehmensproblemen befassen, zu denen u.a. die Verbesserung der Qualität, die Erhöhung der Maschinenauslastung und die Beschleunigung von Verbesserungszyklen gehören können (aber nicht darauf beschränkt sind).

Sie sollten wissen, welche Fragen Sie mit Ihren Daten beantworten wollen, bevor Sie sich an die Datenerfassung machen. Um die Antwort auf diese Frage zu finden, sollten Sie sich mit Ihren Produktionsmitarbeitern und Ingenieuren unterhalten. Analysieren, kategorisieren und fassen Sie Informationen über verbesserungswürdige Bereiche zusammen. Wahrscheinlich haben Sie bereits eine Vorstellung von verbesserungswürdigen Bereichen - jetzt können Sie die Daten nutzen, um sie zu identifizieren und fundierte Entscheidungen zu treffen.

2. Identifizieren Sie die Maßnahmen zum Erfolg

Ihre Ziele sollten anhand von KPIs und vordefinierten Erfolgskennzahlen messbar sein. Ohne eine Grundlage aus wichtigen Geschäftskennzahlen werden die neuen Technologien, die ein Unternehmen einführt, nicht halten, was sie versprechen.

3. Definieren Sie einen Plan.

Fragen Sie sich, wie ich die Daten sammeln kann, die ich brauche, um meine Ziele zu erreichen. Welche Technologien helfen mir beim Sammeln dieser Daten?

Um diese Fragen beantworten zu können, müssen Sie den Zustand der Konnektivität Ihrer Geräte beurteilen. Die meisten modernen Maschinen sind so konzipiert, dass sie Ihnen eine Reihe von Informationen liefern und mit Konnektivitätsfunktionen wie OPC- oder Ethernet-Konnektivität ausgestattet sind. Ältere Maschinen erfordern einen komplexeren Prozess und können in der Regel mit Hilfe von Sensoren (wie Stromsensoren oder GPIO ) und einem IoT Gateway online gestellt werden.

Sie müssen auch alle Änderungen berücksichtigen, die Sie an Ihrer Einrichtung oder Ihrer Netzwerkinfrastruktur vornehmen müssen, wie z.B. die Installation von Ethernet-Anschlüssen und die Verlegung von Kabeln. Denken Sie daran, dass alle Änderungen, die vorgenommen werden müssen, zusätzliche Zeit in Anspruch nehmen werden. Außerdem ist es wichtig, dass Sie die Mitarbeit derjenigen in Ihrem Unternehmen gewinnen, die über IT-Kenntnisse verfügen, denn Sie benötigen wahrscheinlich deren Zustimmung, um Änderungen vorzunehmen.

4. Beweisen Sie ROI mit einem Proof of Concept (POC).

Ein Konzeptnachweis, der auch als Proof of Value (PoV) bezeichnet wird, ist ein Experiment, das die folgenden Fragen beantworten soll:

Welchen Wert schafft die Technologie für Ihr Unternehmen?
Wie hoch ist Ihre Kapitalrendite?

Sie sollten bei der Planung eines Wertnachweises strategisch vorgehen. Finden Sie einen Bereich, in dem Sie eine schnelle Kapitalrendite (ROI) in kleinem Maßstab nachweisen können. Fangen Sie klein an, setzen Sie einen konkreten Zeitrahmen und steuern Sie die Erwartungen mit definierten Erfolgskennzahlen und einem spezifischen Datensatz, den Sie messen können.

Je komplexer Ihre Ersteinrichtung ist, desto länger dauert die Bereitstellung und desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie erfolgreich sein wird. Die Menschen neigen dazu, die Komplexität zu erhöhen, um Probleme zu lösen. Widerstehen Sie!

5. Holen Sie sich die Zustimmung der Organisation.

Nutzen Sie die Daten, die Sie aus Ihren IIoT Verbindungen gewonnen haben, um die ROI Ihres POCs zu demonstrieren. Sobald Sie die ROI eines erfolgreichen Proof of Concept in der Hand haben, ist es an der Zeit, das Projekt der Geschäftsleitung vorzustellen.

Jede erfolgreiche Umgestaltung eines Unternehmens erfordert einen kulturellen Wandel, um die Initiative zu unterstützen und aufrechtzuerhalten. Die Unterstützung und das Engagement der oberen Führungsebene sind entscheidend für die Steuerung des Projekts.

6. Skalieren Sie die Implementierung.

Wenn Sie sich auf die vollständige Implementierung vorbereiten, sollten Sie unbedingt das Feedback der Beteiligten zum PoC berücksichtigen.

Wenn Sie vom PoC zur vollständigen Implementierung übergehen, ist es hilfreich, eine übergeordnete Roadmap zu haben. Dies schafft Klarheit für das Projekt, verknüpft Aktionen mit der Vision und bietet eine Referenz für den Zeitplan und die Kosten.