Datenanalyse in der Cloud

Andreas Mühlbauer,

Die sichere und transparente Cloud

Industrie 4.0 verzahnt die Produktion und Logistik mit der Informations- und Kommunikationstechnik. Die Konzentration auf die industrielle Produktion sowie die Anwendung definierter Standards grenzt Industrie 4.0 vom weiter gefassten Ansatz IoT des Industrial Internet Consortiums ab. Ein wichtiger Baustein für die Umsetzung ist die durchgängige Kommunikation von der Feldebene zu übergeordneten Systemen. 

Die Konzentration auf die industrielle Produktion sowie die Anwendung definierter Standards grenzt Industrie 4.0 vom weiter gefassten Ansatz IoT des Industrial Internet Consortiums ab. © Eaton

Durch die intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und industriellen Prozessen entstehen neue Möglichkeiten für die zukünftige Gestaltung der Produktion: Werkstücke tragen die Information über ihre Individualisierung bei sich und geben diese im Prozess weiter, Anlagen veranlassen selbstständig ihre Wartung, und Erfahrungen aus Kundenprojekten fließen direkt in die Entwicklung ein. Zu den Potenzialen von Industrie 4.0 zählt die kundenindividuelle Produktion genauso wie die Gestaltung neuer Geschäftsmodelle über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Daten aus der Produktion sind der entscheidende Faktor bei der Realisierung von Industrie 4.0. Durch die Korrelation und Analyse dieser Daten lassen sich neue Erkenntnisse zur Verbesserung der Produktion oder auch der darin verwendeten Maschinen gewinnen und damit ein Wettbewerbsvorteil realisieren. Mit Industrie 4.0 werden diese Daten nutzbar gemacht, indem komplette Wertschöpfungsketten oder auch der gesamte Lebenszyklus eines Produktionsmittels digital abgebildet werden.

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Noch immer sind knapp 40 Prozent der Maschinenhersteller dabei, die ideale Strategie zur Nutzung der Möglichkeiten von Industrie 4.0 für ihr eigenes Unternehmen auszuloten. Um gerade mittelständischen Unternehmen den Einstieg zu erleichtern und die technologischen Bausteine zur sicheren Vernetzung ihrer Anlagen über die Cloud zu liefern, bündeln T-Systems und Eaton zukünftig ihre Kompetenzen. So wird der Maschinen- und Anlagenbauer durch individuelle digitale Lösungen auf dem Weg zur Industrie 4.0 unterstützt. Beide Partner sind dank ihrer globalen Präsenz in der Lage, weltweit installierte Maschinen und Anlagen an die zentrale Cloud-Infrastruktur anzubinden. Nach Realisierung der ersten gemeinsamen Pilotprojekte wird parallel an der Entwicklung der Dienste weitergearbeitet.

Automatisierungskomponenten von Eaton ermöglichen die einfache Anbindung an die Multi-IoT-Service-Plattform von T-Systems. Eaton ist Spezialist für Energieverteilung, Maschinen- und Gebäudeautomatisierung, Anlagen- und Motorschutz sowie sichere und unterbrechungsfreie Stromversorgung. Gerade in Europa legt das Unternehmen einen Schwerpunkt auf den Maschinen- und Anlagenbau und ist mit seinem breiten Produktportfolio für viele Maschinenbauer ein wichtiger Partner. Eine wesentliche Rolle spielt SmartWire-DT auf der Sensor- und Aktor-Ebene. Damit lassen sich die Prozessdaten unter anderem von Schaltgeräten, Befehls- und Meldegeräten, Sensoren und Frequenzumrichtern auf einfache Weise in die Cloud übertragen.

Sichere Cloud-Lösungen für die Industrie

T-Systems bringt in die Kooperation seine langjährige Expertise rund um Netzwerktechnik, Datenübertragung und cloudbasierte Services ein. Mit 46.000 Mitarbeitern in 20 Ländern ist T-Systems internationaler Dienstleister für Informations- und Kommunikationstechnologie. Der Spezialist bietet Geschäftskunden unterschiedliche Cloud-Modelle an, von der maßgeschneiderten Private Cloud bis zu Public Cloud Services sowie Mischformen. Unternehmen haben die Wahl zwischen Infrastruktur, Plattformen, Software und Cloud Integration as a Service.

Bei Magdeburg betreibt T-Systems ein Rechenzentrum, in dem fast alle namhaften Cloud-Anbieter zu finden sind. Das Unternehmen arbeitet daran, dass Kunden ihre Daten auch zwischen den verschiedenen Systemen verschieben können. Die sogenannte Multi-IoT-Service-Plattform führt verschiedene IoT-Plattformen zusammen und ermöglicht so die übergreifende Nutzung von IoT-Lösungen. Sie bietet Tools und Interfaces, um kundenspezifische Web-Applikationen, Dienste und Anwendungen zu realisieren. Zu den von der Multi-IoT-Service-Plattform genutzten Systemen gehören unter anderem die Azure-IoT-Suite von Microsoft, Cisco Fog und die IoT-Plattform von Huawei.

Gerade mittelständische Maschinen- und Anlagenbauer haben oft nicht die Möglichkeit, in sichere Cloud-Technologie zu investieren. T-Systems und Eaton unterstützen sie beim Einstieg. © Eaton

Gerade mittelständische Maschinen- und Anlagenbauer haben oft nicht die Möglichkeit, in sichere Cloud-Technologie zu investieren. Damit sich diese erfolgreich für die Zukunft positionieren können, entwickeln T-Systems und Eaton einfache, ganzheitliche und sichere Wege, um Maschinen in IoT-Umgebungen einzubinden und die Potenziale von Cloud-Services wirtschaftlich zu nutzen. Dabei liefern die Kooperationspartner zum einen die technologischen Bausteine zur Vernetzung der Anlagen über die Cloud, zum anderen entwickeln sie digitale Lösungen, die sich exakt auf die Anforderungen der Kunden zuschneiden lassen.

Der Wert von erfassten Maschinendaten hängt davon ab, wie sie aufbereitet und dem Nutzer präsentiert werden. Nur wenn der Anwender die Bedeutung der Daten erfassen kann, kann er mit ihnen arbeiten. Um dies zu erreichen, entwickeln T-Systems und Eaton Methoden und Dienste zur Analyse und Nutzbarmachung dieser Daten. Dazu gehören beispielsweise Visualisierungen, Alarmierungen in Abhängigkeit von maschinenindividuellen Schwellenwerten oder Analysen zur Vorausbestimmung optimierter Wartungszyklen.

Bei diesen Daten handelt es sich um verschiedene Prozess- und Zustandsdaten: Ströme, Schaltspiele, Energieverbräuche, Temperaturen und Drücke oder auch Fehlermeldungen von Geräten. Die von den Maschinen und Anlagenteilen in der Produktion gesammelten Daten werden über die Steuerungen und Visualisierungsgeräte von Eaton an T-Systems übergeben und in die Cloud transportiert. Integrierte Verschlüsselungsmechanismen sorgen für sichere Kommunikation über das Internet.

Durch die Visualisierung und ortsunabhängige Bereitstellung von Daten lassen sich wertvolle Erkenntnisse zum Beispiel über die Effizienz der Produktion gewinnen. Daten können auch rollenbasiert aufbereitet werden, sodass beispielsweise ein Servicetechniker andere Informationen zur Verfügung gestellt bekommt als der Produktionsleiter. Die Entwicklung des Visualisierungs-Moduls findet in enger Abstimmung zwischen den Partnern statt. So lässt sich die Darstellung der Anlage in der Cloud sehr ähnlich gestalten wie die Bedienoberfläche des Maschinen- und Anlagenbauers.

Durch gezielte Datenanalyse lassen sich Ausfallwahrscheinlichkeiten auch über längere Zeiträume bestimmen. Mit dieser Information lassen sich dann Wartungszyklen berechnen und optimieren. Die Kosten für Wartungsarbeiten reduzieren sich unter Umständen erheblich, wenn ungeplante Einsätze von Technikern entfallen oder lokales Personal geplante Arbeiten übernimmt. Die langfristige Datenanalyse lässt sich auch dazu nutzen, Schwachstellen im Design der Maschine zu identifizieren und auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse gezielt zu beheben. Auch Fernwarten und Fernwirken ersetzt in vielen Fällen, wenn sichere Maschinenzustände herrschen, den aufwendigen und kostenintensiven Vor-Ort-Einsatz von Servicetechnikern.

Nur durch eine umfassende Aufzeichnung und Analyse der Maschinen- und Verbrauchsdaten lässt sich der Energiebedarf überprüfen, Optimierungsmöglichkeiten identifizieren und die Wirkung umgesetzter Maßnahmen kontrollieren. Über die IoT-Lösung kann sich der Maschinenbauer unabhängig vom Standort aus einen aktuellen und detaillierten Überblick über alle Daten einer Maschine und Anlage verschaffen. Der wichtigste Service, den ein Maschinenbauer seinem Endkunden liefern muss, ist die Soforthilfe bei Maschinenstillstand und das schnelle Beheben von Störungen. Doch die bisherige Online-Diagnose liefert oft nur den Zustand der Anlage und gegebenenfalls den Auslösegrund. Durch die IoT-Lösung lassen sich jetzt auch historische Daten hinzuziehen.

Parameter aus der Cloud abrufen

Wird ein neues Automatisierungsgerät installiert, lassen sich über die IoT-Lösung die Parameter des Gerätes in die Cloud hochladen und speichern. Wird eine identische Anlage – irgendwo auf der Welt – von dem Kunden aufgebaut, kann er die benötigten Parameter direkt aus der Cloud abrufen, statt sie aufwendig neu an der Anlage einzugeben. Um Anomalien im Betrieb einer Maschine oder eines Gerätes entdecken zu können, sollten möglichst viele bereits vorliegende Daten in die Cloud-Lösung hochgeladen werden. Dazu gehören Daten über den Status der Maschine oder Anlage, historische Daten sowie Maschineninformationen vom Hersteller, Wartungsdaten vom Kunden oder auch bereits in der Cloud gespeicherte Daten zum Betrieb des Gerätes. Mit Hilfe von Big-Data-Analysen und dem Machine Learning lässt sich daraus ein Modell erstellen, welches ein tiefes Verständnis der Betriebsabläufe ermöglicht.

Dr. Stefan Braun, Leiter Product Lifecycle & Digital Transformation Solution Consulting bei T Systems, und Karl-Heinz Arndt, Manager Product Strategy bei Eaton / am

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