Drei Viertel der Maschinen- und Anlagenbauer bieten heute bereits Leistungen wie Fernwartung oder Condition Monitoring. Mit Blick auf Industrie 4.0 stellen sich hierfür zusätzliche Anforderungen. Mehr datengetriebene Serviceangebote erfordern eine stärkere Vernetzung, höhere Datenübertragungsraten, standardisierte Schnittstellen und einen höheren Sicherheitsstandard. Dabei wird die Datenkommunikation über Mobilfunknetze zur bestimmenden Infrastruktur.
Laut VDMA werden Geschäftsmodelle, die auf Daten basieren, 2020 mehr als 10 Prozent zum Umsatz beitragen, gegenüber bisher nur 3 Prozent. Der Vorteil: Gegenüber dem reinen Absatz von Maschinen und Anlagen erzielen Dienstleistungen im Anschluss an den Verkauf deutlich größere Gewinnmargen und tragen zur besseren Kundenbindung bei.
Die größte Hürde bei der Ausweitung von Dienstleistungen sind heute Sicherheitsbedenken der Anlagenbetreiber. Absicherungen gegen die unbefugte Manipulation von Anlagen bis hin zum Schutz gegen „Cyber Terrorismus“ werden in einer zunehmend vernetzten Produktion erheblich wichtiger, da die Anzahl der über eine einzige Schnittstelle von Außen erreichbaren Anlagen weiter steigt. Sicherheitstechnisch ist der Zugriff fremder Servicetechniker auf das eigene Produktionsnetzwerk für viele Betreiber damit höchst problematisch. Deshalb ist eine vom lokalen Netzwerk getrennte Fernwartung von Außen per Datenkommunikation über die Mobilfunknetze für viele Unternehmen eine bevorzugte Alternative.
Weitere Herausforderungen bei der stärkeren Vernetzung sind die Nachrüstung alter Anlagen, technisch zu komplexe Lösungen sowie eine fehlende Unterstützung gerade für mittelständische Unternehmen ohne große IT-Abteilungen.
Flexible und kostengünstige Datenanbindung über Mobilfunknetze
Für eine höchstmögliche Anlagenverfügbarkeit und eine schnelle Hilfe bei Störungen werden Anlagen heute generell mit einem Teleservice-Modul ausgestattet. In der Vergangenheit wurden dafür vor allem kabelgebundene Analogmodems genutzt. Mit der großen Verbreitung breitbandiger Mobilfunknetze und drastisch gesunkener Preise ist die Datenkommunikation über Mobilfunknetze inzwischen auch für ortsfest installierte Anlagen zu einer besseren Alternative geworden. Durch die Unabhängigkeit von Kabelnetzen werden jetzt auch solche Standorte erreichbar, die nicht über eine entsprechende Kabelinfrastruktur verfügen. Die Anbindung von Maschinen und Anlagen wird dadurch einfacher umsetzbar, da man unabhängig von – meist fremden – Datennetzen am Aufstellungsort der Anlage agieren kann. Andere Funktechniken vor allem für den Nahbereich sind in Erprobung (LORA, Sigfox) oder bereits etabliert (WiFi, Bluetooth), sollen hier aber nicht näher betrachtet werden.
Die Mobilfunk-Bitrate hat sich mit jeder Entwicklungsstufe des Mobilfunkstandards (gezählt in Generationen G) bei drastisch gesunkenen Kosten nahezu um den Faktor 20.000 erhöht. Während die zweite Mobilfunkgeneration mit GPRS (2G) noch mit 55 kbit/s auskommen musste, sind bei LTE (4G) bis zu 100 Mbit/s und bei LTE Advanced (4,5G) bis zu 1 GBit/s möglich. Das ab 2020 schrittweise kommende 5G-Netz soll noch höhere Raten bis zu 10 GBit/s ermöglichen.
Abb. maximale Bitrate Mobilfunk: Die erreichbaren Bitraten über Mobilfunk haben sich innerhalb weniger Jahre nahezu um den Faktor 20.000 erhöht – bei drastisch sinkenden Kosten je übertragenem Megabyte.
Fernwartungszugriff für Reparatur, vorbeugende Instandhaltung und digitale Dienste
Schon jetzt erspart Fernwirktechnik den Maschinenbauern während der Gewährleistungsphase umfangreiche Kosten. Bis zu 80 Prozent der Störungen können per Teleservice beseitigt werden. Ist dennoch der Einsatz eines Mitarbeiters vor Ort erforderlich, kann der Fehler per Fernwartung bereits eingegrenzt und beispielsweise das richtige Ersatzteil vorab beschafft werden. Auch Software-Updates erfolgen inzwischen weitgehend online. Dabei erfolgt der Fernzugriff auf die Anlage per Funkanbindung getrennt vom vorhandenen Produktionsnetzwerk. Ein wichtiges Sicherheitsargument für Maschinenbetreiber.
Gemäß der Studie „Industrial Internet of Things: Unleashing the Potential of Connected Products and Services“ des Weltwirtschaftsforums könnten durch vorbeugende Instandhaltung („predictive maintenance“) bei geplanten gegenüber ungeplanten Reparaturen 12 Prozent und bei den Wartungskosten fast 30 Prozent eingespart werden. Darüber hinaus kann demnach der Anteil ungeplanter Stillstände um 70 Prozent zurückgehen. Dafür werden systematisch große Mengen an Betriebsdaten erfasst, übertragen und ausgewertet (Big Data). Diese Daten sind die Basis für neue Dienstleistungen wie Predictive Maintenance, Prozessüberwachungen oder optimierte Produktionssteuerungen.
Sensordaten für das Internet of Things sollen problemlos übertragen werden
Aktuell findet eine Debatte darüber statt, wie mit der ständig steigenden Datenflut aus Sensoren und Feldgeräten umgegangen werden sollte. Dienstleister und Betreiber von Cloud-Rechenzentren plädieren für die ungefilterte Übertragung aller Daten in die Cloud. MC Technologies rät den Anwendern, nur die Daten zu übertragen, die tatsächlich an anderer Stelle zur Entscheidungsfindung gebraucht werden. Das grobe Filtern und Vorverarbeiten der Daten am Entstehungsort erfordert zwar etwas mehr dezentrale Intelligenz, rechnet sich aber innerhalb kürzester Zeit. Statt aller Temperaturwerte können beispielsweise nur die Werte außerhalb vorgegebener Grenzwerte übertragen werden. Je weniger Daten übermittelt werden, umso geringer sind die Kosten und umso kleiner ist die Problematik von Netzunterbrechungen oder störenden Latenzzeiten oder auch das Risiko, dass sensible Daten in falsche Hände gelangen. Was erst gar nicht in der Cloud ist, kann auch nicht dort ausgespäht werden.
Ältere Anlagen für zukunftsfähige IP-Standards nachrüsten
Bis zur vernetzten Smart Factory unter Industrie 4.0 ist es allerdings noch ein weiter Weg. Während neue Maschinen bereits mit einer Ethernet-Schnittstelle ausgerüstet sind, müssen vorhandene Geräte und Anlagenteile nachgerüstet werden. Bei Anlagen mit vielen Untereinheiten besteht zudem die Anforderung, alle Komponenten einzeln adressierbar und erreichbar zu machen.
Hier sind unterschiedliche Teleservice-Komponenten verfügbar. Einfachere Modems (heute zunehmend als Gateways bezeichnet) sorgen für die Verbindung einer einzelnen Maschine zu einem Server, um beispielsweise Daten abzuliefern. Mit zunehmender Vernetzung werden leistungsfähigere, teilweise sogar programmierbare, Router erforderlich. Sie sind in der Lage, auch komplette Netzwerke per Netzwerkkopplung miteinander zu verbinden. Jetzt kann jede Komponente, egal ob Steuerung oder Antrieb, auch aus der Ferne genauso angesprochen werden, als ob sie sich im lokalen Netz befinden würden.