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15 www computerautomation de ● smart factory 2020 digitale transformation Tabelle 2 Kein innovatives Produkt ohne IoT-Plattform Übersicht zu den einzelnen Entwicklungsstufen technischer Produkte in den vergangenen Jahrzehnten am Beispiel einer elektrischen Ständerbohrmaschine Für die Gesamtfunktion im Systemverbund ist bereits eine übergeordnete IoT-Plattform erforderlich Obwohl die Stufe 5 den aktuellen Stand der Technik repräsentiert den Produkt-Service-Hybrid erfolgt die Plattform-Integration in der Regel nach wie vor per IoT-Retrofitting Stufe Merkmal Beschreibung 1 Einfaches technisches Zum Beispiel elektrische Ständerbohrmaschine für Werkstätten Die wesentlichen Bedienelemente sind der Ein-Produkt und Ausschalter für die Netzspannung des internen Elektromotors sowie ein gusseisernes Handrad um den Bohrkopf in vertikaler Richtung zu bewegen Elektronik und Software kamen in dieser frühen Phase noch nicht zum Einsatz 2 Smartes Produkt Durch den Einzug der Mikroelektronik besitzt die Bohrmaschine nun eine interne Drehzahlsteuerung und in der Gehäusefrontplatte ein Bedienpanel mit LCD Der Benutzer kann zwischen verschiedenen Drehzahlen wählen und den Bohrwerkzeugen jeweils einen eigenen Betriebsstundenund Bohrvorgangszähler zuweisen um sie rechtzeitig auszutauschen 3 Smartes Die Bohrmaschine bietet inzwischen eine Ethernet-LANoder Funkschnittstelle für die Kommunikation mit einem PC kommunikations-Smartphone oder Tablet sowie einen elektronisch gesteuerten Vertikalantrieb für den Bohrkopf Bohrprogramme mit Werkzeugfähiges Produkt und Drehzahlauswahl sowie definierter Vertikalbewegung können erstellt gespeichert und ausgeführt werden Die erfassten Betriebsdaten eines Bohrvorgangs lassen sich mit Zeitstempel und weiteren Angaben in einer Datenbank erfassen 4 Produktsystem Die Ständerbohrmaschine ist zum systemfähigen Produkt geworden Sie lässt sich nun in eine Fertigungslinie integrieren und von einer zentralen Anlagensteuerung hinsichtlich Werkzeugwechsel und Bohrvorgang fernsteuern Dafür gibt es einen optionalen Feldbus-Adapter der Modbus Profibus Profinet und andere industrielle Kommunikationsstandards unterstützt Zusätzlich wird weiteres Systemzubehör wie etwa eine Werkstückzuführung angeboten 5 Systemverbund Zur Bohrmaschine gehören inzwischen verschiedene weitere programmierbare Systeme wie eine Absaugund Reinigungs-System of Systems vorrichtung ein Schneidöl-Zuführsystem zur Kühlung von Bohrloch und Werkzeug ein Kamerasystem mit Werkstück-Erkennung per künstlicher Intelligenz sowie ein Cloudbasiertes CAD-System für das Bohrprozess-Engineering Dazu existiert eine Materialdatenbank zur Optimierung von Bohrkopfdrehzahl Bohrwerkzeug-Auswahl Schneidölzufuhr usw Zusätzlich gibt es ein Condition Monitoring für alle Baugruppen und Systeme einer Anlage um eine präventive Wartung zu ermöglichen Mit Hilfe der Rules Engine lassen sich alle von den IoT-Geräten ankommenden Daten vorverarbeiten speichern analysieren und an andere Dienste weitergeben Dafür werden Regelwerke mit einer SQLähnlichen Syntax aufgestellt Trifft eine Regel zu wird die dazu gehörende Aktion ausgeführt Als Entwicklerunterstützung stellt Amazon verschiedene Software Development Kits SDKs für unterschiedliche Programmiersprachen und Laufzeitumgebungen zur Verfügung Das sind zum einen die sogenannten AWS IoT Device SDKs Sie unterstützen die Anbindung unterschiedlicher Geräte-Architekturen an den IoT-Hub Zusätzlich gibt es zum anderen eine Vielzahl von AnwendungsSDKs um in allen gängigen Sprachen eigene Applikationen für die AWS-Cloud zu entwickeln Das äußere Erscheinungsbild und die interne technische Realisierung nahezu aller technischen Produkte hat sich in den vergangenen Jahrzehnten deutlich verändert siehe Tabelle 2 mit dem Beispiel einer fiktiven Ständerbohrmaschine Dieser Trend wird sich in immer kürzeren Innovationszyklen fortsetzen und neben den technischen Eigenschaften auch die Geschäftsmodelle einbeziehen Systemverbund erfordert PlattformIntegration Für den gegenwärtigen Stand der Technik Stufe 5 in der Tabelle 2 die Ständerbohrmaschine als Produkt-Service-Hybrid wird auf jeden Fall eine Plattform-Integration der jeweiligen Produkte benötigt um den durch Industrie-4 0-Konzepte angestrebten Systemverbund zu realisieren Einige IoT-Plattform-Funktionen können dabei direkt vor Ort also als Edge-Anwendung ablaufen andere erfordern einen externen Cloudservice Eine Condition-Monitoring-Lösung die beispielsweise in einem System of Systems bei ungewöhnlichen Betriebsbedingungen über frühzeitige Warnungen auf den drohenden Ausfall einzelner Bauelemente hinweist lässt sich mit Hilfe Klaus-Dieter Walter ist CEO bei SSV einer IoT-Plattform sowohl lokal an der Edge als auch in der Cloud realisieren Über geeignete Sensoren etwa Strom Vibration Geräuschentwicklung weil jede Maschine eine spezifische Strom-Schwingungsund Schallcharakteristik aufweist werden fortlaufend Zustandsdaten erfasst und an die IoT-Plattform übermittelt Dort wird per Machine-Learning-Algorithmen oder anderer statistischer Verfahren die jeweilige Bauteil-Beanspruchung bestimmt und die verbleibende Restnutzungsdauer berechnet Mit dem Ergebnis lässt sich die Instandhaltung optimieren und über Produktivitätsverbesserungen können quantifizierbare Kosteneinsparungen erzielt werden hap