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1-2020

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

IoT/Industrie 4.0

IoT/Industrie 4.0 Technologie und Software für die neue Fertigung Industrie 4.0 bedeutet nicht nur Digitalisierung und kostengünstige Speicherung enormer Daten, sondern auch Künstliche Intelligenz (KI), Software as a Service (SaaS) und cloud-basierte Computersysteme. Die Grundlage hierfür ist das Internet der Dinge (IoT). Proto Labs GmbH https://www.protolabs.de/ Wodurch erlangt das IoT diese Bedeutung? Die Antwort ist einfach: Es ermöglicht die Verknüpfung der verschiedensten Systeme, darunter intelligente Geräte, die Daten sammeln und sogar Entscheidungen treffen. Es ist also angebracht, sich das IoT als Netz aus intelligenter Hardware vorzustellen. Was genau ist das IoT? Internet of Things meint die Vernetzung „intelligenter Gegenstände“ sowohl untereinander als auch mit dem Internet. Diese Gegenstände oder auch Geräte werden dazu mit eingebetteten (embedded) Miniprozessoren und Sensoren ausgestattet und daher als Smart Objects bezeichnet. „Intelligenz“ meint hier die universelle Verfügbarkeit von Informationen aus dem Internet. Jedes intelligente Objekt im IoT besitzt seine eigene Internetadresse und kann dadurch gezielt angesprochen werden. Dabei ist das Objekt jedoch nicht passiv - smarte Geräte können auch selbstständig agieren, sich bestimmten Situationen anpassen und auf bestimmte Einflüsse „Der Grundgedanke hinter dem Industrial Internet of Things ist, dass smarte Maschinen schneller, exakter, kostengünstiger und effizienter arbeiten als der Mensch.“ Stefan Luber, www.bigdata-insider.de/stefan-luber reagieren. Es ist wichtig, dies zu wissen, denn hier liegt der große Unterschied zur gängigen Anwendung des Computers im Internet, wo immer eine entsprechende Eingabe des Benutzers erforderlich ist, um eine bestimmte Aktion (Ansteuerung einer Adresse, Eingabe eines Suchbegriffs, Download einer App etc.) auszulösen. Damit diese Autonomie der smarten Objekte gelingen kann, müssen sie ihre Zustandsinformationen laufend im Internet zur Verfügung stellen. Passives Objekt bedeutet lediglich identifizierbar (IP-Adresse). Aktives Objekt bedeutet folgende drei Eigenschaften: • identifizierbar (IP-Adresse) • lokalisierbar • in der Lage, miteinander zu kommunizieren Die Lokalisierbarkeit und die Möglichkeit zur Kommunikation sind dabei im Prinzip örtlich unbegrenzt, es spielt also keine Rolle, ob Objekte sich im selben Raum oder auf verschiedenen Kontinenten befinden. Das IoT ermöglicht es also, Informationen über die verschiedensten Gegenstände miteinander zu verknüpfen, auszutauschen und zu verarbeiten. Damit wird es möglich, dass die smarten Objekte aktiv auf Änderungen reagieren oder mit ihren Nutzern interagieren. Man sieht auch: IoT kann viel meinen und bedeuten. So wird es eine große Rolle in der Industrie und beim autonomen Fahren spielen. Beispiel Identifizierung Eine Identifizierung von Produkten ermöglicht der Barcode, den wir alle als Folge von Strichen kennen. Hier ist die Informationsdichte gering und Verschmutzung kann beim Auslesen stören, auch ist der direkte Sichtkontakt hierbei von Nachteil. Besser können heute Güter während ihres Transports mithilfe der Radio Frequency Identification (RFID) verfolgt, kontrolliert und dokumentiert werden. Daher wird die RFID-Technologie als entscheidende Voraussetzung für das Internet der Dinge angesehen. Sie ermöglicht auch das Erkennen individueller Waren (nicht nur von Chargen oder Lieferungen), das sogenannte Item-Tagging. Dies wiederum ist eine wesentliche Voraus- 14 1/2020

IoT/Industrie 4.0 Konvergenz von Software- und Hardware-Automatisierung (Proto Labs) setzung für die Einbeziehung selbst kleiner Gegenstände in das IoT. Die Informationen in passiven RFID-Chips sind sehr vielseitig und können etwa Herstellungsland, Mindesthaltbarkeitsdatum oder auch Verarbeitungshinweise umfassen. Damit sind wir beim kontroversen Thema, wer die Daten kontrolliert, angelangt. Hier sind im Laufe der IoT-Entwicklung wohl noch vieler kontroverse Debatten zu erwarten. Doch ist man auch dabei, RFID- Chips z.B. mittels Mikrosystemtechnik weiterzuentwickeln. Etwa könnten dann Speicher nicht nur ausgelesen, sondern auch beschrieben werden. Somit können die Chips neue Informationen speichern, die sie beispielsweise über Sensoren aus der Umwelt aufnehmen oder von anderen Objekten/Geräten/ Tags empfangen. Man trifft hier auf den Begriff e-Grains und meint vernetzbare, mobile Kleinstrechner mit vielen Funktionen. Vom IoT zum IIoT Das Industrial Internet of Things (IIoT) ist – kurz gesagt – die industrielle Ausprägung des IoT. Es repräsentiert nicht wie dieses die verbraucherorientierten Konzepte, sondern konzentriert sich auf die Anwendung des IoT im produzierenden und industriellen Umfeld. Folgende allgemeinen Ziele des IIoT stehen im Vordergrund: • Verbesserung der betrieblichen Effizienz • Kostensenkungen in der Produktion • schnellere Prozesse • erhöhte Qualität der Produkte Das IIoT ist vielseitig nutzbar. Etwa durch flexiblere Produktionstechniken führt es zu einigen der genannten Ziele. „Die digitale Fertigung macht ein langsames, manuelles und ressourcenintensives Verfahren fit für das 21. Jahrhundert.“ Patrick Michel, Dassault Systèmes Eine zentrale Rolle im IIoT spielen Sensoren und Sensordaten, da diese die Datenbasis für die Automation und selbstlernenden Maschinen ermöglichen. Denn fest steht: Für die Realisierung des IIoT fallen große Datenmengen an, die mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden müssen. Die Datenfülle ermöglich konkret beispielsweise Maschinen, die selbstständig erkennen, wann sie gewartet werden sollten. Die IIoT-Technologie dient also hauptsächlich dazu, Produktionsprozesse zu steuern und zu überwachen. Es versteht sich von selbst, dass IIoT-Geräte mit hochwertigeren und präziseren Sensoren ausgestattet sind als IoT-Geräte. Cisco sagt hier bis zum Jahr 2022 zusätzliche Nettogewinne von 14,4 Milliarden USD voraus, wobei die Verbesserungen sich auf fünf Geschäftsaspekte erstrecken sollen: • Ressourcenauslastung • Mitarbeiterproduktivität • Lieferkette und Logistik • Kundenerfahrung • Innovation Die fünf Säulen Der Präsident und CEO von General Electric, Jeff Immelt, wies darauf hin, dass das industrielle Internet auf fünf Säulen basiert: • Hyperkonnektivität • Top-Maschinen • Datendemokratisierung • prädiktive Algorithmen für eine verbesserte Analytik • Menschen, die diese Technologie nutzen Bei General Electric unterstützte man die IIoT-Bewegung mit der Einführung von Predix, einem „Betriebssystem für das industrielle Internet“. Diese Entwicklungsplattform wurde für Systemintegratoren, Maschinenbauer, Telekommunikationsanbieter und andere Interessenten, die sichere Software-Lösungen entwickeln wollen, zur Nutzung in einer Industrieumgebung geöffnet. „In der Elektronikfertigung steht heute die effiziente GEstaltung der gesamten, zunehmend digitalisierten Wertschöpfungskette im Mittelpunkt.“ Harald Wollstadt, productronic 11/2019 Die Richtlinie Connected Factory Exchange (CFX) Seit einigen Monaten ermöglicht eine neue Branchenrichtlinie die schnelle und einfache Implementierung von Industrie-4.0-Anwendungen. CFX bietet allen industriellen Anwendern mit Applikationen, bei denen Daten übertragen und erfasst werden, einen hohen Mehrwert. Der Industriestandard CFX wurde auch unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit entwickelt. Neue Geräte können in einer Linie innerhalb weniger Stunden voll funktionsfähig gemacht werden. CFX definiert alle drei kritischen Elemente, die für einen echten Plug&Play-Industrie-IoT-Standard erforderlich sind: • Nachrichtenprotokoll • Verschlüsselungsmechanismus • spezifisches Element zur Inhaltserstellung Die Vorteile werden ohne den Einsatz von Middleware ermöglicht und führen zu erheblichen Kosteneinsparungen für den Hersteller sowie zu einer verbesserten Zuverlässigkeit der Lösung. Die CFX-Richtlinie unterstützt das Konzept von „Big Data” umfassend. Die CFX enthaltenen Datentypen werden auf vielfältige Weise genutzt, wie z.B. Live-Produktions- Dashboards, MES-Steuerung und aktives Qualitätsmanagement. „EMS-Unternehmen können eine nahtlose Datenkommunikation zwischen allen Maschinen auf ihren Linien einrichten und die Produktion auf allen Maschinen in allen Teilen der Welt in Echtzeit verfolgen. Maschinenhersteller haben durch sie eine Plug&Play-Datenkommunikationslösung, die Zeit und Reisekosten für kundenspezifische Vor-Ort-Programmierungen bei Kunden reduziert. OEMs können die Richtlinien auch nutzen, um die 1/2020 15

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