Maschinensteuerung mit IoT: Anlagen überwachen, Serviceprozesse starten

Viele Fertigungsprozesse in deutschen Unternehmen laufen mittlerweile automatisiert ab. Was häufig jedoch fehlt, ist die Integration der Fertigung in vor- und nachgelagerte Business-Prozesse. Das Internet of Things schafft nicht nur die technologischen Voraussetzungen für Anlagenüberwachung und Fernwartung, indem die Daten der Maschinen kontinuierlich gesammelt und analysiert werden. Vielmehr lässt es sich auch nutzen, um Serviceprozesse und Reparatureinsätze automatisiert anzustoßen.

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Beispielszenario Achterbahn

Auf der Suche nach einem prägnanten Beispiel für das Potenzial einer Maschinensteuerung auf IoT-Basis ist IBsolution auf eine Lego-Achterbahn gestoßen. Diese haben wir mit zahlreichen Sensoren und Aktoren ausgestattet, um verschiedene Parameter wie Position und Temperatur zu erfassen, die einzelnen Wagen des Zugs identifizieren zu können und den Motor zu steuern, der die Achterbahn antreibt. Anhand von festgelegten Regeln werden je nach Messwert unterschiedliche Aktionen automatisiert ausgelöst. Es hat sich herausgestellt, dass es mit dem Showcase gelingt, die Möglichkeiten des Internet of Things anschaulich abzubilden.

Indem die Sensoren jederzeit die Position des Zugs in der Achterbahn erfassen, lässt sich der Motor starten, sobald sich der Zug dem Kettenaufzug nähert, damit die Wagen nach oben gezogen werden. Anschließend treibt die Schwerkraft die Achterbahn an, sodass der Motor wieder abschaltet. Gleichzeitig überwachen Sensoren die Motortätigkeit und veranlassen beispielsweise einen Stopp, wenn der Motor zu warm wird.

Die Cloud als Datenversteher

Das Internet of Things schafft die Voraussetzung dafür, aus den gesammelten Daten Mehrwerte zu ziehen. Die verbauten Sensoren senden ihre Meldungen an die SAP Cloud, die in der Lage ist, diese Meldungen zu verarbeiten. Es entsteht ein digitaler Zwilling der Achterbahn, die gesendeten Rohdaten werden gespeichert. Wenn Machine-Learning-Technologien sie auswerten, können Fehler automatisiert erkannt und daraufhin geeignete Aktionen angestoßen werden – bei Anbindung eines CRM-Systems etwa das Erzeugen eines Servicetickets. Auf diese Weise kann sich der Kundendienst schnellstmöglich um die Behebung des Problems kümmern und beispielsweise einen Serviceeinsatz vor Ort planen.

Um solche Szenarien zu realisieren, muss die Anlage mit einem Gateway kommunizieren, das als Device Manager fungiert. Eine Datenablage bereitet die Datenströme auf und bietet einen Ansatzpunkt für deren Überwachung. Zusätzlich muss dieser Bereich IoT-Apps unterstützen oder beispielsweise eine Integration in ein CRM-System bieten. Mit einer solchen Infrastruktur lassen sich verschiedene Ziele erreichen: Regeln überwachen den Meldungsstrom, die Daten werden über APIs für Drittapplikationen bereitgestellt und eine Integration in andere SAP-Systeme wie C4C wird realisiert.

Die IoT-Welt von SAP

Für die Kommunikation zwischen den physischen Geräten und der Cloud nutzt SAP ein Hardware-Gateway, das auch in das lokale Netz integriert werden kann. Das ist sinnvoll, wenn die Geräte selbst keine Internetkonnektivität haben oder sicherheitskritische Entscheidungen nicht in die Cloud verlagert werden sollen, um dafür nicht auf eine Internetverbindung angewiesen zu sein.

Das Gateway kommuniziert mit dem IoT-Service von SAP, der die Rolle des Device Managers übernimmt und die einzelnen Geräte sowie deren Daten kennt. Über eine Pipeline ist SAP IoT angebunden. Dieser Bereich speichert die Daten in drei verschiedenen Töpfen: Hot Storage, Warm Storage und Cold Storage. Diverse APIs unterstützen IoT-Applikationen sowie die Integration in verschiedene SAP- und Nicht-SAP-Systeme.

Der IoT-Service verwaltet die Geräte und erkennt ihre Zusammensetzung. Er weiß, welche Daten die verwendeten Aktor- und Sensortypen senden, und fungiert als Konnektor zur Edge bzw. zur physikalischen Welt. Das Cockpit des IoT-Service führt die verschiedenen Mandanten (Tenants) des Nutzers auf. Ebenso sind die einzelnen Devices abrufbar, die wiederum aus verschiedenen Sensoren bestehen. Im Fall der Achterbahn messen sie beispielsweise Parameter wie Position, Wagenidentifikation oder Temperatur. Jeder Sensor liefert eine Vielzahl an Messwerten (Capabilities).

Regelbasierte Überwachung

In SAP IoT werden die Daten gespeichert und ausgewertet. Dieser Bereich ermöglicht die Überwachung anhand von Regeln und Aktionen, die das System automatisch auslöst, wenn es einen Fehler erkennt. Zudem sorgt er dafür, dass Apps über APIs auf die Daten zugreifen können und stellt die Verbindung zu anderen SAP-Applikationen her.

Als Teil von SAP IoT definiert der Thing Modeler die abstrakten Eigenschaften für den digitalen Zwilling des Geräts. Um die physische und die virtuelle Welt zu entkoppeln, lässt sich auch ein eigenes Datenmodell festlegen. Der Vorteil: Ändert sich der Sensortyp, muss nicht gleich die gesamte Anwendungsumgebung angepasst werden.

Die Regeln basieren auf Regelkontexten und definieren die Zustände, die eintreten müssen, damit es zur Aktivierung der Regel kommt. Sie ziehen schließlich bestimmte Aktionen nach sich – zum Beispiel die Erstellung eines Service-Tickets bei vorhandener Anbindung an ein CRM-System. Die IoT-Plattform bietet diverse APIs. Hierbei verfolgt SAP einen templatebasierten Ansatz, der es ermöglicht, in kurzer Zeit eine Standard-Applikation zu erstellen, die alle Geräte umfasst und die Daten für eine erste Analyse grafisch aufbereitet.

Was ist möglich mit dem IoT?

Mithilfe von IoT-Szenarien lassen sich unterschiedliche Use Cases abbilden. Die Anlage meldet selbstständig Fehler und kann aus der Ferne überwacht werden, da alle relevanten Informationen in der Cloud verfügbar sind. Anhand der Zeitreihen lassen sich Entwicklungen und etwaige Veränderungen über längere Zeiträume hinweg erkennen und analysieren. Und das Internet of Things eröffnet die Möglichkeit, Service-Prozesse automatisiert zu starten und zu steuern. Darüber hinaus erkennen die SAP Predictive Services auch unbekannte Fehlerzustände, indem sie Abweichungen vom Normalzustand der Anlage detektieren.