Internet der Dinge im produzierenden Gewerbe

Im produzierenden Gewerbe werden die Technologien des Internets der Dinge häufig auch als Industrie 4.0 bezeichnet. Intelligente Fabriken, die im Rahmen der Industrie 4.0 vernetzt sind, können sich in drei Gebieten Wettbewerbsvorteile verschaffen:

Durch die Integration des Produkts als „Ding“ in das Internet der Dinge kann der Kundennutzen gesteigert werden. Die Funktionalität des Produkts wird dabei erweitert.

Durch weitreichende Automatisierung können Kosten gesenkt werden. Echtzeitdaten zur Produktivität und Ressourcenverwaltung tragen dazu bei Potenziale zur Effizienzsteigerung aufzeigen.

Durch Technologien der Industrie 4.0 können Güter durch die Wertschöpfungskette verfolgt werden. Störungen können erkannt und behoben werden bevor sie auftreten. Dadurch werden Risiken minimiert.

Kundennutzen

Nach dem weltweiten Erfolg von Smartphones werden die wenigsten bestreiten, dass sich durch die Vernetzung existierender Produkte neuer Wert schaffen lässt.

Mehr als 46 Mio. Deutsche besaßen 2015 ein Smartphone.1

Diese Zahl spiegelt nicht nur die enorme Nachfrage nach intelligenten Produkten wider, sondern deutet auch darauf hin, dass Smartphones als Schnittstelle zwischen Verbrauchern und anderen smarten Produkten dienen werden. Dadurch wird es für Hersteller umso wichtiger, dass ihre Produkte auch über die Cloud kommunizieren können.

Zugegebenermaßen eignen sich Smartphones nicht für alle Anwendungsfälle. Kaum ein Kunde wird beispielsweise von der Idee angetan sein, in einem dunklen Raum nach seinem Smartphone zu suchen, um eine intelligente Glühbirne einzuschalten. Deshalb müssen bei der Umsetzung intelligenter Produkte die Kundenbedürfnisse im Vordergrund stehen, damit tatsächlicher Wert statt Komplexität geschaffen wird.

Der unbemerkte Rückruf

Ein entscheidender Bestandteil eines Dings im Internet der Dinge ist die Möglichkeit, es mit Softwareupdates zu versorgen. Dies sollte für Smartphonenutzer offensichtlich sein, da Updates in diesem Bereich schon zu einem allmonatlichen Ritual geworden sind. Die Vorteile dieser Updates gehen allerdings weit über die Steigerung der Bequemlichkeit für den Kunden hinaus.

2014 sah sich der amerikanische Autohersteller Tesla gezwungen, eine Rückrufaktion für knapp 30.000 Fahrzeuge zu starten. Statt einer langwierigen Prozedur konnte Tesla die Lösung des Problems jedoch als einfaches Softwareupdate bereitstellen. Abgesehen davon, dass es Teslas Kunden viel Zeitaufwand und viele Unannehmlichkeiten durch Werkstattbesuche ersparte, konnte sich Tesla ebenfalls die Kosten der Koordinierung und Ausführung eines traditionellen Rückrufs sparen.

An diesem Beispiel lässt sich ebenfalls erkennen, wie das Internet der Dinge in Zukunft Produktzyklen verändern wird. Vernetzte „Dinge“ können als Minimalprodukt auf den Markt gebracht werden, wodurch sich die Vorlaufzeit zur Markteinführung und die damit einhergehenden Kosten dramatisch reduzieren lassen. Über Softwareupdates kann der Hersteller das Minimalprodukt dann stetig weiterentwickeln.

Flaschenpost

Preiswerte Lösungen für preiswerte Produkte

Ein Anwendungsfall des Whiskeyherstellers Johnnie Walker zeigt, dass nicht nur hochpreisige Produkte wie Fernseher oder Kühlschränke vernetzt werden können. Johnnie Walkers intelligente Whiskeyflasche verwendet Etiketten mit passiver RFID-Technologie, die schon für wenige Cents pro Stück hergestellt werden können.

Die RFID-Chips können dann per Smartphone oder Lesegerät gescannt werden. Kunden können dadurch Zusatzinformationen wie zum Beispiel Sonderangebote oder Rezepte abrufen, je nachdem ob sich die Flasche noch im Geschäft oder schon geöffnet beim Verbraucher befindet, denn auch dies kann die Flasche erkennen.

Während sich dieser Nutzen auch ähnlich mit einem Barcode hätte abbilden lassen, bietet die RFID-Technologie deutlich mehr Potenzial. Da RFID-Lesegeräte große Mengen an Chips gleichzeitig und auch ohne Sichtkontakt über mehrere Meter hinweg lesen können, ist die Technologie ein idealer Kandidat für das Inventar- und Supply Chain Management. Ein mit RFID ausgestattetes Produkt kann somit in Echtzeit von der Produktion über den Handel bis hin zum Kunden verfolgt werden und bietet dabei allen Beteiligten einen Mehrwert.

Neue Erkenntnisse

Je nach Typ kann ein „Ding“ im Internet der Dinge große Mengen an Daten generieren. Häufig kann das Wertversprechen des Produkts deutlich dadurch gesteigert werden, dem Kunden diese Daten in nützlicher Form bereitzustellen. Einige Produkte beziehen aus dieser Fähigkeit sogar ihr hauptsächliches Wertversprechen. Hierzu zählen beispielsweise Fitnesstracker, die ihren Nutzern umfangreiche Statistiken von Schrittzahl über Herzfrequenz bis hin zur Schlafqualität bieten. Andere Produkte dienen weiterhin hauptsächlich einem anderen Zweck, erhöhen aber ihren Wert, indem sie ihre gesammelten Daten bereitstellen. Z.B. intelligente Glühbirnen die ihren Stromverbrauch zählen, oder intelligente Kühlschränke, die über die Nährwerte ihrer Inhalte informieren.

Interoperabilität

Ein Erfolgsfaktor der Smartphones war, dass sie Drittanbietern von Anfang an erlaubten, die Funktionalität der Geräte über „Apps“ zu erweitern. Die Drittanbieter erhalten dabei Zugang zu sogenannten „Application Programming Interfaces“ (APIs), über die der Hersteller ihnen Zugriff auf bestimmte Informationen und Funktionen des Geräts gewährt. Im Internet der Dinge ermöglichen solche APIs das Zusammenspiel vieler Geräte verschiedener Hersteller. Praktische Anwendungen sind beispielsweise intelligente Fahrzeuge, die ein intelligentes Gebäude über die Ankunftszeit informieren, damit Räume vorgeheizt werden können.

Kosten & Effizienz

Die Kosten und die Effizienz traditioneller Fabriken kann optimiert werden, indem sie durch Vernetzung in intelligente Fabriken verwandelt werden. Bei der Vernetzung der Produktionsstätten, der Zulieferer, des Inventars und der Produkte spricht man auch von Industrie 4.0.

Intelligente Fabriken sind in der Lage, verschiedenste Aufgaben, die früher menschliches Eingreifen erforderten, zu automatisieren. Dazu gehören selbstständiges Reagieren auf Störungen, Anpassung des Produktionsvolumens, Inventarverwaltung, etc.

Das Netzwerk der „Dinge“ besteht dabei aus Sensoren (z.B. Temperatursensoren, Drehzahlmesser in Maschinen, RFID-Lesegeräte) und Aktoren (z.B. Signalleuchten, komplexe Maschinen, autonome Transportfahrzeuge). Diese Geräte sind über das Internet und wo sinnvoll über ein lokales Netzwerk miteinander verbunden. Jedes dieser Geräte wird virtuell in der Cloud abgebildet. Dadurch entsteht ein virtuelles Modell der gesamten Produktionsstätte, das sein reelles Gegenstück anhand der gesammelten Echtzeitdaten steuern kann.

Diese Virtualisierung der Fabrik hat viele Vorteile, z.B.:

  • Echtzeit-Reports und -Statistiken zur gesamten Anlage können jederzeit abgerufen und ausgewertet werden.
  • Das System kann eigenständig auf bestimmte Gegebenheiten reagieren.
  • Inventar kann automatisch erfasst und verwaltet werden.
  • Relevante Informationen können einfach mit Partnern entlang der Lieferkette ausgetauscht werden.

Wissen ist Macht

Wissen ist die Grundlage jeder zielgerichteten Handlung. Ein über den gesamten Betrieb verbreitetes Netzwerk an Sensoren kann neue Einblicke liefern und dabei helfen, ungenutzte Optimierungspotenziale offen zu legen. Beispielsweise können Wartungsintervalle dynamisch, aufgrund des tatsächlichen Abnutzungszustands, festgelegt werden. Dadurch lassen sich Probleme beheben, bevor sie zu ungeplanten Stillständen führen.

Diese Aussicht auf fast grenzenlose Informationen kann allerdings dazu verführen, Daten um ihrer selbst willen zu sammeln. Ohne klare Vorstellung davon, welche Einblicke aus diesen Daten gewonnen werden sollen, wird das „Data Warehousing“ jedoch schnell zu einem vergeblichen und teuren Unterfangen.

Nur Daten, die auch konkrete Geschäftsziele unterstützen, sollten gesammelt werden, denn die Rohdaten verbreiten häufig mehr Verwirrung als Erkenntnisse. Deshalb ist es unabdingbar, vorab eine Strategie zur systematischen Analyse der Daten zu erarbeiten. Wichtige Fragen, die vor Beginn adressiert werden, sollten beinhalten:

  • Welche konkreten, aussagekräftigen Informationen sollen aus den Daten gewonnen werden?
  • Wird die gewünschte Information direkt gemessen oder indirekt abgeleitet?
  • Werden bereits Daten gemessen, aus denen diese Information abgeleitet werden kann?
  • Wie steht es um das Kosten-Nutzen-Verhältnis?
  • Welche Trends sollen aus diesen Daten abgelesen werden?
  • Welche anderen Einblicke können aus diesem Datensatz gewonnen werden?
  • Wie werden Ausreißerwerte ermittelt?
  • Welche Zusammenhänge bestehen zwischen Datensätzen?

Initiative ergreifen

Nach dem Sammeln der Daten wäre der nächste Schritt traditionell, deren Auswertung durch einen Mitarbeiter sowie das Einleiten darauf basierender Maßnahmen. Obwohl ein “Industrie 4.0-System” Reportingfunktionalität bereitstellen sollte, können die Analyse der Daten und sogar die einhergehenden Handlungen vollständig automatisch erfolgen. Die Cloud, als Gehirn des Komplexes, steuert somit die Aktoren der Fabrik, basierend auf den Schlussfolgerungen, die aus den Daten gewonnen wurden. Je nach Art der Handlung kann außerdem bestimmt werden, ob das System vorher die Zustimmung eines menschlichen Benutzers erfragt.

Solche Handlungen können sein:

  • Automatisierte Bestellungen bei Zulieferern, je nach Lagerbestand
  • Veranlassung der Wartung von Maschinen bei (erwarteten) Problemen
  • Koordinierung der Auslastung verschiedener Maschinen oder Abteilungen
  • Benachrichtigung von Partnern oder anderen Abteilungen bei Verzögerungen

Risikominimierung

Um die Widerstandsfähigkeit und Pflegbarkeit eines Systems, wie dem beschriebenen, zu gewährleisten, ist die Kontrolle der Fabrik in mehrere Ebenen gestaffelt. Wie in unserer Analogie zum menschlichen Körper beschrieben wird das System zum einen über die kognitive Ebene (die Cloud) und zum anderen durch die Reflexebene (lokale Kontrolle) gesteuert.

Im Rahmen der Risikominimierung sind Szenarien denkbar, in denen selbst Sekundenverzögerungen in der Reaktionszeit schwerwiegende Folgen haben können. In diesem Fall kommt die Reflexebene des Systems zum Einsatz. Wie beim Zurückziehen der Hand beim Berühren einer heißen Oberfläche kann das System auf kritische Ereignisse reagieren, noch bevor die Information die Cloud erreicht hat. Bei einem Gasaustritt könnte das System beispielsweise sofort die Zufuhr stoppen, noch bevor es die Behebung des Problems plant und das Wartungspersonal benachrichtigt.