Embedded Systeme

Ganzheitliche IoT-Lösungen zur Effizienzsteigerung in der Produktion

| Autor / Redakteur: Andreas Ertel * / Stefan Liebing

Anwendungsbeispiel: Das Dell Edge Gateway 5000 baut eine Brücke zwischen der traditionellen Betriebstechnik in der Fertigung und der IT im Rechenzentrum eines Unternehmens.
Anwendungsbeispiel: Das Dell Edge Gateway 5000 baut eine Brücke zwischen der traditionellen Betriebstechnik in der Fertigung und der IT im Rechenzentrum eines Unternehmens. (Bilder: Dell)

Embedded-Technologien spielen in IoT-Anwendungsszenarien eine entscheidende Rolle. Dieser offene Ansatz stellt die nötigen Komponenten für Design, Implementierung und reibungslosen Betrieb bereit.

Fertigungsunternehmen sammeln und analysieren schon seit Jahren Daten aus dem Produktionsprozess. Viele Maschinen arbeiten aber als Insellösungen und sind bislang nicht weiter vernetzt. Zudem entstehen bei der Überwachung und Steuerung von Industrieanlagen an einer Vielzahl von Systemen fortlaufend Daten, die für den regulären Ablauf und die Wartung von Interesse sind. Auch heute noch werden die verschiedenen Maschinen von unterschiedlichen Systemen überwacht, und die gesammelten Daten konnten erst mit zeitlichem Abstand analysiert werden.

Diese Herausforderungen lassen sich mit dem Einsatz von IoT (Internet of Things)- und Big-Data-Technologien meistern, mit denen sich die Effizienz in komplexen Produktionsprozessen steigern lässt. Während sich IoT-Technologien mit Datenermittlung und -aggregation befassen, ist es Aufgabe der Big-Data-Tools, Daten auszuwerten, zu visualisieren und entscheidungsreif aufzubereiten.

Zu den Zielen einer IoT-Lösung gehört etwa, dass die Maschinen in der Fertigung längere Zeiten störungsfrei durchlaufen können, da es zu weniger Unterbrechungen aufgrund von Fehlfunktionen oder Reparaturen kommt. Betriebsstörungen lassen sich durch vorbeugende Instandhaltung vermeiden, es werden zum Beispiel Verschleißteile rechtzeitig vor dem üblichen Wartungszyklus ersetzt. Die Grundfunktionalitäten einer Architektur umfassen die Datenerfassung, die -aggregation und die Analyse unterschiedlicher Datentypen aus der Fertigung.

Ein IoT-Architekturmodell für die Fertigung

Ausgangspunkt einer ganzheitlichen IoT-Infrastruktur bildet die Datenerhebung (Data Acquisition), bei der Tools und Sensornetzwerke Betriebsdaten an ein IoT-Gateway senden. Dieses nimmt die Daten von Sensoren entgegen, unterzieht sie einer Qualitätskontrolle und Integritätsprüfung, aggregiert sie und leitet sie dann an Speichersysteme weiter.

Für weitere Analysen werden auf den Storage-Systemen Daten aus unterschiedlichen Quellen zusammengeführt (Data Collection and Aggregation): strukturierte Informationen aus relationalen Datenbanken, gering strukturierte Daten von Sensoren, die an verschiedensten Stellen des Fertigungsprozesse angebracht sind, oder Log Files. Für die eigentliche detaillierte Auswertung (Data Analytics) sind Applikationen zuständig, die auf den Storage-Systemen laufen. Die Aufbereitung der Analyseergebnisse schließlich erfolgt unter anderem mit Visualisierungsfunktionen (Data Visualization), wie sie Business-Intelligence-Tools bereitstellen.

Data Collection and Aggregation sowie die Data Analytics werden häufig außerhalb der Fertigungs- und Produktionsstätten betrieben: im eigentlichen Rechenzentrum des Unternehmens, bei einem Managed Service Provider in der Cloud oder in einer neuen Art von IT-Infrastruktur namens Industrial Data Center.

Dieses kann in der Werkshalle – zwischen Maschinenpark und dem Rechenzentrum des Unternehmens – untergebracht sein, um die in der Produktion anfallenden Daten zeitnah auszuwerten. Es wird so zu einem integralen Bestandteil des Fertigungsprozesses. Mit dem Industrial Data Center entstehen für die zuständigen Entscheider an verschiedenen Stellen innerhalb dieses Prozesses Eingriffsmöglichkeiten, um kontinuierlich die Effizienz und Produktivität zu überwachen und zu steuern.

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