Cloudbasierte Industrial-Internet-of-Things-Plattformen (IIoT-Plattformen) bieten große Chancen, die Effektivität von Produktionsprozessen zu optimieren und bestehende Abläufe flexibel aufeinander abzustimmen. Obwohl bereits zahlreiche technologische Möglichkeiten existieren, zeigen sich Fertigungsunternehmen bei deren Anwendung bisher eher zurückhaltend. Das Angebot dagegen wächst stetig weiter an: bereits 2018 waren beispielsweise mehr als 450 verschiedene IIoT-Plattformen auf dem Markt verfügbar.
Hürden für KMUs abbauen
Gerade im Bereich kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU), die oftmals keine IT-Experten beschäftigen, hat die große Anzahl unterschiedlicher Technologien und komplexer Lösungen häufig eine Überforderung zur Folge. Zudem führt die fehlende Expertise im Bereich Industrie 4.0 teilweise zu einer Unsicherheit bezüglich der Höhe der Investitionsaufwände sowie der laufenden Kosten von unterschiedlichen Digitalisierungslösungen. Auch das Erfordernis, ein bisher funktionierendes System durch ein anderes zu ersetzen, zeigt sich bei der Entscheidung für die Integration solcher Technologielösungen häufig als Hemmnis.
Das Projekt WIN4KMU hat es sich zum Ziel gesetzt, bestehende Hürden für KMUs bei der Nutzung von IIoT-Lösungen abzubauen und deren lückenlose Anbindung in die Plattform-Ökonomie der Industrie 4.0 zu ermöglichen. Hierfür wird eine branchenneutrale IIoT-Plattform aufgebaut, die KMUs mit möglichst geringen Implementierungsaufwand für die Digitalisierung ihrer Produktionsprozesse nutzen können.
Das Projekt auf einen Blick
Kurztitel: WIN4KMU
Projektname: Wegbereiter in die Industrie 4.0 für KMU
Projektpartner: SHS plus GmbH, q.beyond AG, Lehrstuhl für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum, Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen
Projektstart: 01.07.2021
Projektlaufzeit: 3 Jahre
Förderrichtlinie: progres.nrw-Innovation
Fördersumme: 1,48 Mio. Euro
Integrierte Kommunikationsinfrastruktur
Entwicklung einer integrierten Kommunikationsinfrastruktur
In der heterogenen Systemlandschaft vieler Fertigungsunternehmen agieren die genutzten Anwendungen oftmals als Insellösungen, die nur Einzelbereiche oder spezifische Anwendungsfälle adressieren. Die Einzel-Anwendungen können zudem in den meisten Fällen nicht miteinander kommunizieren, da kaum oder keine aktuellen Standard-Schnittstellen vorhanden sind. Die Vorteile der innovativen Technologien aus der Industrie 4.0 sind in diesen Fällen für die Unternehmen nicht nutzbar.
Im Rahmen des Projekts werden daher Standard-Konnektoren entwickelt, die eine Anbindung aller Maschinen und Anlagen an eine zentrale IIoT-Plattform ermöglichen. Auf dieser Plattform können beliebig viele Anwendungen – auch von unterschiedlichen Herstellern und Anbietern – integriert werden. Für die KMUs entsteht dabei keinerlei beziehungsweise nur ein sehr geringer Programmieraufwand.
Die fehlende oder rudimentär ausgeprägte Kommunikationsinfrastruktur der oft historisch gewachsenen Fertigungsumgebungen ist ebenfalls Gegenstand der Projektarbeit. Künftig sollen Funknetzwerke den Datentransfer zwischen den unterschiedlichen Systemebenen ermöglichen. In diesem Kontext untersucht das Projektteam, inwiefern 5G-Technologien den Aufbau dieser Infrastruktur bewerkstelligen können.
Ganzheitliche Optimierung von Produktionsprozessen
Mit der Zusammenführung der unterschiedlichen Insellösungen auf einer Plattform entstehen für KMUs vielversprechende Möglichkeiten, ihre Produktionsprozesse zu optimieren. Diese sogenannten Shop Floor Services erlauben es, alle produktionsrelevanten Daten zu erfassen und daraus Optimierungspotentiale für die eigene Produktion abzuleiten. Als Beispiel werden innerhalb des Projekts die Voraussetzungen und die Umsetzung einer komplett papierlosen Produktion und Werkerführung untersucht.
Branchenneutrale IIoT-Plattform
Branchenneutrale IIoT-Plattform für heterogene Systemlandschaften
Um die individuellen Anforderungen der Fertigungsunternehmen adressieren zu können, werden im Rahmen von WIN4KMU mehrere Pilotprojekte in unterschiedlichen Bereichen der metallverarbeitenden sowie der kunststoffverarbeitenden Industrie umgesetzt. Dabei nimmt die Berücksichtigung der konkreten Ansprüche von KMUs eine wichtige Rolle ein, um praxistaugliche Use-Cases ableiten zu können. Ziel ist es, die Vernetzung der heterogenen Systemlandschaft möglichst unabhängig, einheitlich, skalierbar und kostengünstig umzusetzen. Die entwickelte Plattform soll einerseits eine unkomplizierte und zentrale Bündelung der verschiedenen Anwendungen und Systeme umsetzen. Andererseits soll die Nutzung von spezialisierten Shop Floor Services über eine einheitliche Datenanalyse und -auswertung sichergestellt werden.
Direkte Datenverabreitung erhöht Geschwindigkeit
Ein wesentlicher Vorteil der IIoT-Plattform besteht darin, dass sie als hardwarenahe Systemumgebung realisiert wird. Die unterschiedlichen Anwendungen werden innerhalb der Produktionsumgebung, teilweise direkt an der Maschine, platziert. Dank dieses Edge-Computing-Ansatzes müssen die erfassten Daten nicht erst an eine höhere Server-/Cloud-Ebene übertragen werden und sind deshalb schneller nutzbar. Weiterhin wird die Verwaltung der unterschiedlichen Konnektoren über bereits existierende Softwareapplikationen umgesetzt, was die Entwicklung von übergeordneten Serverstrukturen überflüssig macht. Bestimmte Prozesse der Datenverarbeitung können sogar direkt an der Maschine durchgeführt werden, wodurch die Datenhoheit komplett beim Unternehmen verbleibt.
Eine - bisher exklusive - Stärke cloudbasierter Plattformen ist deren flexible Anpassungsfähigkeit, da weitere Anwendungen, Verbindungen und sonstige Erweiterungen jederzeit implementiert werden können. Im Rahmen des Projekts werden diese Funktionalitäten mit der neuen Plattform in die Produktionsumgebung überführt. Das System wird zwar standardisiert entwickelt, ist aber dynamisch konfigurierbar und kann so auf individuelle Bedürfnisse und spezifische Anforderungen eingehen.
Förderpolitischer Rahmen: Spitzencluster Industrielle Innovationen
Der Erfolg industrieller Innovationen wird ganz erheblich von einem Faktor bestimmt: Zeit. In der Metropolregion Ruhr arbeiten im „Spitzencluster Industrielle Innovationen“ (SPIN) zahlreiche Branchen und Akteure zusammen daran, Innovationen möglichst rasch in die Praxis zu überführen. Die Innovationsplattform schafft neue Allianzen aus Industrie, Energiewirtschaft, Digitaltechnologie und anwendungsorientierter Forschung, um die Region im weltweiten Wettbewerb neuer Technologien erfolgreich zu positionieren. Der Fokus liegt auf der Entwicklung von klimafreundlichen Technologien, Verfahren und Produkten zur erfolgreichen Transformation der Industrie und unseres Energiesystems. Das Spitzencluster ist eines der ersten großen Projekte aus der Ruhr-Konferenz zur Gestaltung des Strukturwandels und wird vom Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.
Zur SPIN-WebsiteStand: Januar 2022