IIoT-Strategie richtig umsetzen: So einfach klappt es

Daten, Daten, Daten – das ist die Grundvoraussetzung der digitalen Transformation im Rahmen von Industrie 4.0 und dem industriellen Internet der Dinge (IIoT). Doch welche Daten sind für die Umsetzung sind für eine realisierbare IIoT-Strategie notwendig und wie können sie erfasst werden? Welche Analysen und Methoden sind geeignet, um aus diesen Daten Informationen als Entscheidungsgrundlage zu generieren? Soll das direkt an der Anlage (Edge) oder in der Cloud stattfinden? Und wie kann eine große Anzahl von Anwendungen ausgerollt werden?

IIoT-Strategie erfolgreich realisieren

Auf diese Fragen bietet codestryke mit der Software VergeLink die passende Antwort. Die Middleware ist das Bindeglied zwischen den Maschinendaten und der Cloud. Dank zentraler Konfiguration und Edge-Funktionalität lassen sich skalierbare und benutzerfreundliche IIoT-Anwendungen realisieren. VergeLink ist mit dem marktführenden Cloud-Services nutzbar und unterstützt anlagenseitig alle relevanten Schnittstellen und Industrieprotokolle – wie etwa S7-ISOTCP, Modbus-TCP, OPC-UA, MPI- und Profibus sowie zahlreiche serielle Protokolle.

Als Hardwarebasis dienen die bewährten Industrie-Router mbNET und mbNET.rokey, die bereits in vielen Anwendungen zur weltweiten Fernwartung von Maschinen und Anlagen eingesetzt werden. Mit der Erweiterung mbEdge wird der Industrie-Router zu einem Docker-fähigen IIoT-Gateway mit 1GHz-Prozessor und 512 MB RAM, das für VergeLink eine sichere und leistungsfähige Plattform bietet.

Beispiele für die IIoT-Strategie

Es gibt zahlreiche Beispiele für Use Cases im IIoT-Umfeld:

• Zustandsorientierte Instandhaltung: Defekte Komponenten sollen erkannt werden, bevor es zu einem Anlagenausfall kommt. Schäden können sich etwa bei einem mechanischen Lager durch zunehmende Vibrationen oder bei einem Motor durch eine steigende Stromaufnahme ankündigen. Die Reparaturen können dann in einem vorher definierten Zeitfenster ausgeführt werden, ohne dass der Produktionsablauf gestört ist.
  
• Zusätzliche Dienstleistungen: Der Anlagenbauer kann den Betreibern der Anlagen zusätzliche Serviceleistungen anbieten – wie etwa die Lieferung von Roh- oder Verbrauchsmaterial just in time an die Anlage.
  
• Pay-per-use-Modelle: Der Kunde spart sich die Investitionskosten für eine Anlage und bezahlt nur die produzierten Teile. Der Maschinenbauer kennt jederzeit den genauen Zustand seiner Anlage und kann die vertragsgemäße Verfügbarkeit sicherstellen.

Skalierbarer IIoT Baukasten

Mit VergeLink erhält der Maschinenbauer einen skalierbaren IIoT-Baukasten. Er unterstützt eine Vielzahl von Schnittstellen und Industrieprotokollen, um Daten von Steuerungen, Industriecomputern, Aktoren und Sensoren zu erfassen. Zudem bietet VergeLink die Konnektivität zu Cloud-Anbietern wie Siemens Mindsphere, Microsoft Azurre, Cumulocity und AWS. Der große Vorteil ist hier, dass der Maschinenbauer keine eigenen Integrationsleistungen erbringen muss. Der Anwender erhält eine fertige parametrierbare Lösung, die einfach angepasst werden kann, wenn sich die Anforderungen ändern.

Die Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass die Projekte immer wieder aktualisiert werden müssen. Das hat mehrere Gründe. Zum einen können IIoT-Projekte so komplex sein, dass sie gar nicht von Anfang bis zum Ende durchdacht werden können – auch wenn alle erforderlichen Experten an Bord sind. Zudem stellen sich nach den ersten Erfolgen häufig auch neue Anforderungen und Wünsche ein. Ebenso spielen die zeitlichen Aspekte eine Rolle. Es kann sinnvoll sein, schnell mit einer kompakten Lösung anzufangen, um zuerst kleinere Ziele zu erreichen. Mit den bis dahin gewonnenen Erkenntnissen lässt sich die IIoT-Applikation dann in die richtige Richtung weiterentwickeln. Diesen Ansatz unterstützt VergeLink.

Die klassische Vorgehensweise im Maschinenbau, eine Maschine zu konstruieren, zu programmieren und auszuliefern, funktioniert im IIoT-Umfeld nicht. IIoT-Lösungen sind dynamisch und müssen immer wieder an sich ändernde Bedingungen angepasst werden. Aus Sicht eines SPS-Technikers verhält sich das wie ein Regelkreis mit sich ändernden Parametern.

IIoT-Strategie: Automatischer Rollout der Systeme

Wenn ein Maschinenbauer zwei oder fünf Anlagen im Feld hat, können diese notfalls manuell installiert werden. Bei 500 oder 1.000 Systemen wäre der manuelle Aufwand jedoch immens. Hier bietet VergeLink einen automatischen Rollout an. Auch Änderungen an der Daten-Vorverarbeitung an der Industrieanlage (Edge Computing) oder in den Visualisierungs-Dashboards lassen sich zentral aktualisieren und dann automatisch verteilen. Abhängig von der Datenqualität können auf dieser Basis KI-Projekte aufgesetzt werden.

Auch die Installation und Konfiguration der mbNET-Industrierouter ist weitgehend automatisiert. Eine Web-App führt den Anwender durch die Installation, sodass die Inbetriebnahme innerhalb einer Minute abgeschlossen ist. Nach dem Scannen des auf der Begleitkarte aufgedruckten Barcodes per Smartphone oder Tablet – und dem Drücken einer Taste am Router – ist die Inbetriebnahme abgeschlossen.

Industrie-Router gemäß Security by Design entwickelt

Die Industrie-Router ermöglichen einen sicheren Zugriff auf Maschinen und Anlagen über Internet. Dank hardware-basierter Speicherung der Zertifikate und Verschlüsselung sind die Datenkommunikation und der Router selbst viel weniger angreifbar. Ein Security-Chip (Secure Element) dient als sicherer Safe für Passwörter, Zertifikate und Schlüssel. Diese sind weder auslesbar noch manipulierbar – auch nicht durch einen Hardware-Hack.

Die Daten von Prozessen und Anwendungen wie VergeLink sind jeweils in einem verschlüsselten Container abgelegt. Für die Sicherheit des Routers selbst sorgt ein fest programmierter Bootloader (Secure Boot), der nur signierte Firm­ware-Updates akzeptiert, die zu dem hinterlegten Sicherheitszertifikat passen (Secure Firmware). Die Entwicklung der Industrie-Router erfolgt streng nach dem Prinzip „Security by Design“. Basis sind die in der IEC62443 festgelegten Normen.

Industrie-Router bietet Fernwartung

Neben der Anwendung als IIoT-Gateway auf Basis von VergeLink lassen sich die Industrie-Router auch zur sicheren Fernwartung von Maschinen und Anlagen einsetzen. Bei der Variante mbNET.rokey sorgt der integrierte Schlüsselschalter für ein klare Trennung zwischen Datenerfassung mit VergeLink und Fernwartung/Routing. Mit dem Schlüsselschalter entscheidet das Anlagenpersonal direkt an der Maschine, welche Verbindungsart möglich ist:

• Offline: keine Kommunikation möglich
• Online: Datenerfassung aktiv, jedoch keine Fernwartung möglich
• Remote: Datenerfassung aktiv und Fernwartung freigeschaltet

Falls in der VergeLink-Anwendung Abweichungen vom Sollzustand festgestellt werden, lässt sich der Service alarmieren, um die Anlage per Fernwartung zu prüfen und bei Bedarf Korrekturen vorzunehmen.

Mit der Kombination aus dem Industrie-Router mbNET und VergeLink erhalten die Anwender eine sichere und robuste Lösung für die IIoT-Strategie. Sie funktioniert nicht nur im Moment, sondern ist auch darauf vorbereitet, dass sich diese über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage – mit geringem Aufwand – an neue Anforderungen anpassen lässt. Dank Docker-Konzept lassen sich Erweiterungen und Updates der IIoT-Applikation einfach und sicher ausrollen – auch bei einer großen Anzahl von Anlagen, die weltweit verteilt sind.

Der Autor Timo Bednarek ist Business Development Manager bei der MB connect line GmbH.

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