Mit Raspberry Pi und SAP zur digitalen Supply Chain

| Autor / Redakteur: Kamil Glod, Thomas Haendly und Daniel Rösch, * / Margit Kuther

Raspberry Pi: Die PC-Platine (Bildmitte) eignet sich für die Entwicklung schneller, kostengünstiger Prototypen.
Raspberry Pi: Die PC-Platine (Bildmitte) eignet sich für die Entwicklung schneller, kostengünstiger Prototypen. (Bild: enowa)

Mit Raspberry Pi lassen sich pfiffige Ideen entlang der Unternehmensprozesse entwickeln und erproben, die später als Blueprint für spezialisierte und kostengünstige Lösungen in Serie gehen können.

Tragbar, leicht und dennoch eine Vielzahl an Funktionen bei vergleichsweise hoher Anwendungsleistung – so wird der Raspberry Pi (RPi) oft beschrieben. Raspberry Pi besticht zudem durch ein sehr gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis und nicht zuletzt dank einer regen Community durch hohe Benutzerfreundlichkeit.

Eigenschaften, die nicht nur in der Forschung, sondern auch in der Praxis von großem Wert sind. Daher hat der Raspberry Pi in den vergangenen Jahren auch in verschiedenen Einsatzfeldern in der Industrie einen Siegeszug angetreten, der seinesgleichen sucht: Seit der Präsentation des ersten Raspberry Pis im Frühjahr 2012 wurden über 25 Millionen Stück verkauft. Und mittlerweile setzt auch die Industrie auf die Singleboard-Platine.

Raspberry Pi als Steuerungszentrale für das IoT

Aufgrund der Dynamik der Digitalisierung werden schnell umsetzbare, kostengünstige Lösungen händeringend gesucht. Mit dem Internet of Things (IoT) steht eine Technologie bereit, die schon heute vollumfänglich genutzt werden kann. Und hier kommt Raspberry Pi ins Spiel: Mit ihm ist der Zugriff auf das IoT möglich und damit fungiert er als eine Art Steuerungszentrale für internetfähige Geräte. Mit all diesen Eigenschaften ist der Raspberry Pi bestens geeignet für die Entwicklung schneller und kostengünstiger Prototypen im Mittelstand und wird mittlerweile auch bei Konzernen gezielt eingesetzt. Innovationspotenziale werden dadurch unmittelbar sichtbar, für das Management greifbar, und Projektbudgets lassen sich realistisch kalkulieren.

Technische Voraussetzungen für den Siegeszug des RPi

Das Betriebssystem Raspbian OS auf Basis von Linux ist für viele keine Einstiegshürde und es kann sofort losgelegt werden. Daneben gibt es aber mittlerweile Dutzende weitere Betriebssysteme wie Embedded Linux oder Windows 10 IoT, mit denen der Raspberry betrieben werden kann. Seit Anfang des Jahres ist Raspberry Pi 4 am Markt. Mit wenigen Euro kann das nächste Projekt sofort am Schreibtisch gestartet werden. Es gibt erste Industrie-Kits, die über die standardisierten Schnittstellen (CAN-Bus, Ethernet, etc.) verfügen und auch der 24-V-Anschluss, der in der Industrie üblich ist, ist bei diesen schon von Haus aus dabei.

Der Raspberry Pi 4 Modell B überzeugt bei Tests durch ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Bei der Entwicklung von Prototypen ist am lüfter- und geräuschlosen Rechner besonders die üppige Rechenleistung auf Basis des Broadcom-64-Bit-SoCs BCM2711, einem Quadcore Cortex-A72 (ARM v8) mit 1,5 GHz Taktrate, 4 GB RAM und USB 3 sowie einem Gigabyte-Ethernet-Anschluss hervorzuheben. Als Basis dient das erprobte Linux, was der Zuverlässigkeit sehr zugute kommt. Bei Langzeitnutzung im Industrieeinsatz sind vor allem die Aspekte Stromverbrauch und Abwärme ausreichend zu berücksichtigen.

Insbesondere für Entwickler von Embedded-Systemen, IoT-Anwendungen und computergesteuerten Anwendungen ist dieses Modell interessant. Mit dem Raspberry Pi 4 werden die Leistungen eines Desktop-Rechners im Mini-Format ausgeliefert. Die kleine Platine ist dabei sehr flexibel erweiterbar und kann zügig für erste Tests und den Prototypenbau eingesetzt werden. Sensorik für das Messen des Abstands, die Temperatur oder das Gewicht können problemlos integriert werden.

Raspberry Pi + SAP = Die richtige Kombi für den Aufbau einer Digital Supply Chain

Lösungen wie das ConnectedLab, ConnectedProduction und ConnectedTransportation der enowa AG bauen auf IoT auf und sind Beispiele, wie der Rapsberry Pi gezielt in der Industrie eingesetzt und damit zu einem wichtigen Baustein zum Aufbau einer Digital Supply Chain werden kann.

Zur Veranschaulichung: Im Prototypen ConnectedTransportation stellt der Raspberry Pi eine zentrale Rolle für die Bereitstellung der Sensorendaten dar. Er dient also als Brücke zwischen dem zu überwachenden Objekt und den Zielsystemen, die diese Daten auswerten sollen. Zielsetzung des ConnectedTransportation-Szenarios ist es, den Konsignationsprozess zu vereinfachen: Zum einen durch die Statusüberwachung von Leihgutcontainern und deren Inhalt – in diesem Fall chemische Flüssigkeiten – und zum anderen durch die automatisierte Abwicklung beziehungsweise Auslösung von Ereignissen und Folgeprozessen, die im SAP ERP abgebildet werden und dabei möglichst im SAP-Standard bleiben.

Raspberry Pi 4 B: Eignet sich dank Quadcore-64-Bit SoC mit 1,5 GHz Taktrate, bis zu 4 GB RAM, USB 3 und Gigabyte-Ethernet bestens für die Prototypenentwicklung.
Raspberry Pi 4 B: Eignet sich dank Quadcore-64-Bit SoC mit 1,5 GHz Taktrate, bis zu 4 GB RAM, USB 3 und Gigabyte-Ethernet bestens für die Prototypenentwicklung. (Bild: Farnell)

In unserem konkreten Beispiel des ConnectedTransportation wurde der Raspberry Pi mit Sensoren für Füllstand, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Gyroposition und GPS ausgestattet und am Leihgutcontainer montiert. Diese Daten werden in definierten Intervallen ausgelesen, per MQTT bereitgestellt und vom Raspberry Pi publiziert. Der Raspberry Pi fungiert somit als Ausleser der Sensoren und MQTT-Broker zugleich. Diese Daten werden zunächst ungefiltert von dem SAP Plant Connectivity abonniert. Der SAP Plant Connectivity dient als Datendrehscheibe für Sensordaten für die gängigsten Maschinenprotokolle sowie die SAP ERP Integration. Er entscheidet, welche Daten in Form von Benachrichtigungen an das ERP weiter gesendet werden und welche nicht.

Kritische Nachrichten lösen automatisiert Folgenachrichten aus

Im ConnectedTransportation-Szenario wurde zwischen Statusnachrichten und kritischen Nachrichten unterschieden. Bei Statusnachrichten werden sämtliche Sensorendaten in definierten Intervallen an das S/4HANA System versendet und dort zum Zweck der Nachweisbarkeit von Transportbedingungen (zum Beispiel war der Temperaturwert während des Transports zu niedrig/hoch) festgehalten. Kritische Nachrichten werden nur bei Eintreten bestimmter Bedingungen versendet. Diese Benachrichtigungen lösen – und das ist das Besondere – automatisiert und ohne jegliches manuelle Eingreifen Folgeprozesse im S/4HANA-System aus und führen sie aus.

So wird etwa bei Überschreiten eines definierten Neigungswinkels oder einer bestimmten Temperatur automatisch ein Instandhaltungsauftrag im SAP-System erzeugt. Dieser Auftrag wird anschließend einem Techniker zugewiesen und dieser per E-Mail darüber informiert. Nach einer ähnlichen Systematik funktionieren auch die kontinuierliche Füllstandmessung in Echtzeit und die automatische Benachrichtigung für den Kunden bei Abweichungen oder Besonderheiten.

Für den Aufbau von Prototypen und damit dem Entwickeln innovativer Lösungen für die Industrie ist der Einsatz von Raspberry Pi aufgrund seiner oben beschriebenen Merkmale unverzichtbar geworden. Mit einem kleinen Hardware-Budget können mithilfe des Raspberry Pi neue Ansätze und Ideen entlang der Unternehmensprozesse weiterentwickelt und erprobt werden, die später als Blueprint für kleinere, spezialisierte und kostengünstigere Devices/Hardware in Serie gehen können. Die heute entstehenden Designs basieren daher immer häufiger auf Basis der Raspberry-Pi-Plattform.

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Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 19/2019 (Download PDF)

* Kamil Glod ist Senior Berater (Entwicklung SCP/Fiori) bei der enowa AG.

* Thomas Haendly ist CDO bei der enowa AG.

* Daniel Rösch ist Geschäftsführer bei der ososoft GmbH.

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