Die wichtigsten Opportunities von IoT / Cloud für Maschinen- & Anlagenbauer

Die beiden Azure-Experten Max Morwind und Gerhard Ebinger haben im Webinar gezeigt, wie IoT erfolgreich von Maschinenbauern genutzt wird und wie die Technologie neue Geschäftsmodelle schafft. Zudem wurde thematisiert, wie durch die Kombination der Cloud mit intelligenten IoT Edge Geräten, Lösungen geschaffen werden können, die von der Konnektivität profitieren aber auch offline robust funktionieren, komplexe AI Aufgaben bewältigen und eine nahezu Echtzeitverarbeitung bieten. Das Webinar wurde moderiert von Andi Michel, dem Leiter des Bereichs IoT bei der M&F Engineering AG.

Möchten Sie das ganze Webinar nachschauen? Kein Problem:

Das Wichtigste haben wir hier für Sie zusammengefasst:

Empfohlene Vorgehensweise von M&F

Als Einleitung hat Andreas Michel - Leiter des Bereiches IoT bei M&F - die Geschichte des IoT-Bereiches kurz erklärt. Die M&F hat zuerst in den Aufbau von technischem Know-How investiert, sich dann in Richtung Use-Cases für die Maschinenindustrie orientiert und ist steigt heute vom Fokus her sogar noch eine Stufe  höher ein, um zuerst über Business-Modelle, Mehrwerte, Roadmaps und Visionen zu sprechen, bevor man sich in die tiefen der Technik begibt.

Das Thema Industrial IoT wird insbesondere im Maschinenbau-Markt intensiv behandelt. Man will Daten für interne Analysen sammeln, Kunden neue Digitale Services bieten und eventuell sogar neue Geschäftsmodelle kreieren. Viele Maschinen- & Anlagenbauer haben jedoch Mühe, IoT-Technologien sinnvoll zu nutzen.

Dabei stellt sich auch die Frage, welches Know-How benötigt wird für eine erfolgreiche Umsetzung von IoT-Projekten. Dies haben wir auch unsere Webinar-Teilnehmende gefragt und das ist dabei rausgekommen:

Nebst dem technischen Know-how ist es also wichtig, die "richtigen" Use Cases zu definieren, sodass der Mehrwert eines IIoT-Projekts aufgezeigt werden kann. Dies ist auch der Fokus bei M&F Engineering: Für die effiziente Umsetzung von IoT-Projekten empfiehlt Andi Michel folgende Vorgehensweise:

In der obigen Grafik sieht man auch, wie das Beratungsangebot kombinierbar ist mit dem Angebot von Microsoft. 

Bei Fragen und Wünschen zu diesem Thema darf man sich gerne bei Andi () oder bei Reto () melden.

IoT Use Cases und Opportunities für Maschinenbauer

Im zweiten Teil hat uns Max Morwind Einblicke in typische Anwendungen im industriellen Umfeld gegeben. Die Vision von Microsoft Azure ist, Unternehmen zu helfen, ihre Daten in einem digitalen Feedback Loop zu nutzen. Konkret heisst das, dass Azure eine Plattform bietet, die Daten, welche zum Beispiel während der Lebensdauer eines Produkts anfallen, einheitlich abrufbar macht und mit intelligenter Datenverarbeitung erlaubt, die darin enthaltenen Informationen zu extrahieren, um daraus einen Mehrwert für die Firma zu generieren.

Dabei wird von Microsoft heute auf ein Kleeblatt mit verschiedenen Anspruchsgruppen und Hauptaspekten fokussiert:

1. Customers

   Telemetriedaten helfen zu verstehen, wie die Kunden die Produkte nutzen. Das erlaubt eine proaktivere und engere Kundenbeziehung, was unteranderem auch Cross- und Up-Sales erleichtert. Ein grosses Argument für das Sammeln von Telemetriedaten ist Predictive Maintenance. Selbst wenn der Vertrieb über externe Firmen läuft, kann dies über eine entsprechende B2B-Plattform als Dienstleistung geboten werden.

2. People
   Es ist wichtig, dass - gerade beim Einstieg in die IoT - die Mitarbeiter verstehen, dass sie nicht durch die Technologie ersetzt werden, sondern diese eine Hilfestellung bietet und als Werkzeug betrachtet und genutzt werden soll. So können zum Beispiel die aus den Daten erhaltenen Erkenntnisse den Service Prozess optimieren, indem fallspezifisch die Personen mit den richtigen Skills und dem richtigen Material für den Einsatz geplant werden können. Dadurch wird die Effizienz gesteigert und die Frustration beim Mitarbeiter und dem Kunden reduziert.
    
3. Products
   Die Telemetriedaten können zudem helfen, die bestehenden Produkte zu verbessern. In vielen Industriebereichen zeichnet sich auch der Trend ab, gar keine Produkte mehr zu verkaufen, sondern über SLAs deren Verfügbarkeit als Service anzubieten. Da die Maschine bei diesen Modellen nicht den Eigentümer wechselt, kann das Nutzverhalten genau analysiert werden und ermöglicht auch Pay-per-Use bzw. Pay-per-Part Modelle, wo nicht nur die Verfügbarkeit, sondern auch jedes Teil, das die Maschine durchläuft, in Rechnung gestellt werden kann.
   
   
4. Operations
   Die Produktionsabläufe können optimiert werden und Ressourcen können effizienter und nachhaltiger genutzt werden. Mit transparenten Zulieferketten und Digital Twins kann dies über die Produktionshalle hinaus geschehen und hilft gleichzeitig die Qualitätssicherung zu verbessern.

Weitere Use Cases oder damit verbundene positive Folgen sind in der folgenden Grafik thematisch gegliedert:

Microsoft selbst sieht sich dabei vorallem in der Rolle als Cloud Infrastruktur und Plattform Provider. Durch Partnerschaften mit grossen Industriefirmen und innovativen Start-ups können sie aber anders als Konkurrenten vorgefertigte Softwareblöcke liefern, die direkt auf die Hardware abgestimmt sind, um so die Entwicklungen im Industrial IoT Umfeld zu beschleunigen.

Voraussetzung für erfolgreiche IoT Projekte

• Der Business-Aspekt des Projekts sollte unbedingt geklärt sein. Ein IoT-Projekt ist nur sinnvoll, wenn ein realistischer Mehrwert definiert werden kann. Dieser kann sowohl aus Einsparungen durch den Einsatz von IoT für interne Optimierung bestehen als auch durch eine vermarktbare Dienstleistung oder zusätzliche Produkte entstehen.

• Die Angestellten, welche mit IoT in Kontakt kommen, müssen geschult werden und sollten bereit sein, sich kontinuierlich weiterzubilden, um bei der sich schnell entwickelnden Technologie auf dem Laufenden zu bleiben. Dies kann unter Umständen eine Veränderung der Unternehmenskultur erfordern.

• Die Technologie muss verstanden werden, um sie auf den entsprechenden Einsatzbereich zu adaptieren. Gerade wenn ein Einstieg in den IoT Bereich gesucht wird, sollte das mit einem erfahrenen Partner wie z.B. M&F Engineering geschehen. Der Azure Pricing Calculator kann einen Überblick über die zu erwartenden Betriebskosten geben. Ohne die entsprechende Expertise kann es aber sehr schwer sein, eine Lösung zu schaffen, die in der Entwicklung, Wartung und Betrieb kosteneffizient ist.

Azure IoT Edge, AI von der Cloud zum Shop Floor

Im dritten Teil des Seminars hat Gerhard Ebinger aus dem Nähkästchen erzählt, wie die Daten aus dem Feld in die Cloud kommen.

Geräte, Anlagen oder ganze Fabriken können auf unterschiedliche Arten mit der Cloud verbunden werden. Durch OPC UA und Partnerschaften mit Zulieferern von Automationskomponenten können neue und auch bestehende Anlagen mit wenig Aufwand in die IoT Umgebung eingebunden werden. Um Daten an die Cloud zu senden, reicht bereits eine einfache HTTPS Verbindung (in der Regel werden aber AMQPS oder MQTTS Protokolle bevorzugt). Um die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten, wird von Microsoft eine verschlüsselte Kommunikation erzwungen. Mit dem Device Provisioning Service wird aber auch ein Tool bereit gestellt, um eine initiale Konfiguration der gesicherten Verbindung mit geringem Aufwand vorzunehmen.

Die IoT Hub Schnittstelle ist so gestaltet, dass sie mit verschiedensten Netzwerk Technologien und Architekturen verwendbar ist. Das können sowohl drahtlose Technologien wie SigFox oder LoRa sein, um auch Sensoren an den abgelegensten Orten zu verbinden, als auch ISA-95 Netzwerke, bei welchen Nested Edge Hubs eingesetzt werden, um die Daten in die Cloud zu bringen, ohne die strikten Netzwerkanforderungen zu verletzen. Azure IoT Edge stellt ein Gateway zwischen der Anlage und der Cloud dar. Dabei handelt es sich um einen Linux-basierten Server, auf dem die Azure IoT Edge Runtime mit Docker verschiedene containerisierte Funktionen verwaltet. Microsoft setzt im Azure Bereich ganz bewusst auf Open-Source-Technologie und offene Protokolle und Standards. Fast alle von Microsoft erstellten Azure IoT Komponenten sind Open-Source. Somit gibt es kein Vendor Lock-In, das heisst SDK, Hardware und Software können beliebig getauscht werden da, wenn nicht bereits vorhanden, die nötigen Schnittstellen durch die offenen Standards selbst implementiert werden können. Es ermöglicht auch die Nutzung von privaten Datenzentren oder gar einen einfacheren Wechsel des Cloud Anbieters.

Azure IoT Edge, wenn es nur für einen einfachen Datenaustausch mit der Cloud benötigt wird, kann bereits mit einem Raspberry Pi als Runtime-Host erfolgreich arbeiten. Sinnvollerweise wird in der Regel die bestehende Infrastruktur genutzt und der Gateway als eine weitere Virtuelle-Maschine umgesetzt. Die so verfügbare Rechenleistung kann Azure IoT Edge nutzen, um Filterung und Analyse der Daten vor Ort vorzunehmen. Mit entsprechender Hardware können sogar AI Modelle, die in der Cloud trainiert wurden, direkt bei der Anlage auf dem Gateway ausgeführt werden. So können komplizierte Entscheidungen in nahezu Echtzeit getroffen werden, ohne dass eine Konnektivität zur Cloud erforderlich ist.

Bei Projekten, die Machine Learning oder AI beinhalten, scheitern viele bereits beim Erstellen eines PoCs, da dies in den meisten Fällen erfahrene Software-Entwicklern und Data Science Spezialisten voraussetzt. Microsoft arbeitet daran, diese Hürde zu reduzieren. So lassen sich zum Beispiel mit Vision on Edge bereits einfachere Computervision-Probleme in wenigen Schritten (zumindest ansatzweise) lösen.

Ein entsprechendes Beispiel mit Live-Demo, bei dem eine Objekterkennung in einem Videostream vorgenommen wird, ist im letzten Teil vom Webinar zu sehen. Ein Template, um es selbst nachzubauen, ist auf GitHub zu finden (https://github.com/Azure-Samples/azure-intelligent-edge-patterns/tree/master/factory-ai-vision).

Das AI Modell wird in der Cloud trainiert und anschliessend auf dem Server im Keller, der als IoT Edge Gerät konfiguriert ist, ausgeführt. Die Ausführung des Modells ist unabhängig von der verfügbaren Bandbreite zur Cloud und liefert selbst mit einer etwas älteren Gaming Grafikkarte schnell Ergebnisse. Viel Vergnügen beim Trainieren! :-)

In der anschliessenden interessanten Diskussion konnten die Experten auf die Fragen der Teilnehmenden eingehen, bevor Andi Michel dann allen einen guten Appetit gewünscht hat.

Wir hoffen, dass Ihnen dieser Blogbeitrag auch Appetit auf mehr gemacht hat! Wir bei der M&F Engineering AG unterstützen Sie sehr gerne bei der Realisierung Ihrer IoT-Unterfangen. Weitere Infos seitens Microsoft finden Sie unter: Azure IoT – Internet of Things Platform | Microsoft Azure.

Bei weiteren Fragen, Wünschen, Anregungen melden Sie sich am besten gleich bei Reto Bättig, unserem Geschäftsführer ().