Ihre Herausforderungen im Bereich Retrofit

Einer der wesentlichen Trends der letzten Jahre – die Digitalisierung – stellt für viele Unternehmen eine große Herausforderung bei der Auswahl der am besten geeigneten Technologie oder Plattform dar. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) spielt eine zentrale Rolle in der digitalen Transformation und ermöglicht die nahtlose Integration der verschiedenen Technologien in Geschäftsprozesse und -abläufe. Aus diesem Grund ist die Nutzung der Möglichkeiten des Internet of Things von wesentlicher Bedeutung, um die Gesamtleistung zu verbessern und um wettbewerbsfähig zu bleiben.

So gelingt Ihnen die digitale Transformation

Zahlreiche IoT-Anwendungsfälle könnten genau zu Ihrem Unternehmen passen und den Zugang zu neuen Geschäftsmodellen ermöglichen, ohne dass dafür unbedingt erhebliche Investitionen erforderlich sind. Zum Beispiel ist die Zustands- oder Fernüberwachung eine der am weitesten verbreiteten IoT-Anwendungen in mittelständischen Unternehmen. Laut einer aktuellen Studie der Deutschen Telekom wird sie bereits von 57% der Unternehmen genutzt und 19% planen ihre Einführung. Ähnlich verhält es sich mit Remote-Control, das von 58% genutzt und von 14% geplant wird. 

Auf dem Weg zum optimalen Einsatz einer IoT-Anwendung stehen jedoch viele Unternehmen der Herausforderung gegenüber, dass ihre alten Fertigungsmaschinen keine ausreichende Konnektivität besitzen. Cybersicherheit ist einer der kritischen Aspekte, wenn es um die Anbindung von Maschinen an das IoT geht.

Ein erheblicher Teil der Altgeräte ist nicht dafür ausgelegt, über das Firmenintranet hinaus zu kommunizieren.

Aufgrund des begrenzten Zeitrahmens für den Support gibt es keine Möglichkeit alte Maschinen entsprechend zu aktualisieren. Aus diesem Grund verfügen solche Geräte möglicherweise nicht über fortschrittliche Sicherheitsfunktionen, die zum effektiven Schutz gegen aktuelle Bedrohungen benötigt werden.

Selbst für den Fall, dass der Maschinenhersteller immer noch Legacy-Software unterstützt, kann diese unüberschaubar komplex sein. Oft ist solche Software monolithisch, schlecht dokumentiert und besitzt eine unüberschaubare Anzahl an Codezeilen. Diese Komplexität macht es für Entwickler schwierig mit modernen Technologien zu experimentieren, da selbst kleine Änderungen zu größeren Problemen führen können. Folglich ist der Zugriff auf Daten von Sensoren, die in alten Anlagen installiert sind, oft nur manuell möglich.

In einem solchen Szenario muss ein Mitarbeiter die Daten von der Maschine herunterladen und sie formatieren, um eine Analyse durchführen zu können. Für die Automatisierung dieses Prozesses muss eine neue, teure Maschine angeschafft werden. Zusätzlich wird der Maschinenhersteller weder die Sensoren im Inneren, noch die Art und Weise, wie die Daten verarbeitet oder geschützt werden, aufrüsten; der Hersteller würde es höchstwahrscheinlich vorziehen, nur neue Geräte zu verkaufen.

Letztlich gibt es zwei Hauptansätze für die Integration von Altgeräten in eine IoT-Lösung

  1. Ersatz der alten Maschinen durch moderne IoT-fähige Varianten. Hauptnachteil dieser Methode ist, dass der Ersatz äußerst kostspielig sein kann. Darüber hinaus kann der Austausch sich zeitlich hinziehen, gerade wenn man Produktionsprozesse oder Teile der existierenden Infrastruktur anpassen muss. Dennoch ist die Investition in moderne Maschinen Teil einer langfristigen Strategie. Abhängig von der bestehenden Infrastruktur können diese eine verbesserte Konnektivität und Integrationsfähigkeit in das bestehende IoT-Ökosystem ermöglichen.
  2. Modernisierung von alten Maschinen. Dieser Ansatz, das sogenannte Retrofitting, erweitert die Fähigkeiten alter Maschinen und erhöht ihre Lebensdauer, indem der Hauptgrund für den Austausch beseitigt wird. Die Modernisierung durch Integration verschiedener Sensoren erfordert meistens geringere Investitionen als ein vollständiger Austausch.

Ihre Vorteile durch den Einsatz von Retrofit

Mit am meisten vom Internet-of-Things (IoT) profitiert die Fertigungsindustrie. IoT trägt zur Optimierung der Fertigungseffizienz bei, ermöglicht Industrie 4.0 mit neuen Geschäftsmodellen und vieles mehr. Die grundlegenden Komponenten sind moderne Sensoren und Aktoren, die es ermöglichen, wertvolle Daten zu erfassen und zur Weiterverarbeitung an unterschiedliche Devices zu senden. Die Maschinen, die wir heute noch in der Industrie finden, sind jedoch häufig älter als ein Jahrzehnt und haben nur begrenzte Möglichkeiten überhaupt Daten bereitzustellen oder sich mit dem Internet zu verbinden. Der Kauf völlig neuer, entsprechend ausgerüsteter Maschinen ist nur in einigen Fällen profitabel. Eine interessante Alternative ist das Retrofitting (Nachrüsten) der Maschinen, die nicht auf IoT-Zwecke ausgelegt sind. So können auch ältere Maschinen Daten generieren, austauschen und mit anderen IoT-Geräten interagieren.

Für viele Unternehmen erweist sich Retrofitting als die kostengünstigste Option, alte Maschinen in eine IoT-Lösung zu integrieren. Mit wenig Aufwand werden die alten Anlagen aufgerüstet um Teil der modernen digitalen Architektur zu werden und den Zugriff auf Daten ohne weitere manuelle Eingriffe zu ermöglichen.

Integration von IIoT in Ihre Produktion

Die nachgerüstete Technik hilft dabei wertvolle Informationen wie Energieverbrauch, Produktionsgeschwindigkeit oder Produktionsleistung, sowie Vibrationswerte, Feuchtigkeit und Temperatur zu erheben – wichtige Daten für die Zustandsüberwachung. Die Auswertung der Daten führt zu einer effizienteren Nutzung der Maschinen und einer erhöhten Gesamteffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE). Darüber hinaus können die analysierten Daten helfen, frühe Anzeichen mechanischer Probleme zu erkennen und in Form von vorbeugender Wartung Ausfallzeiten zu vermeiden. Oder sie tragen potenziell dazu bei, neue zusätzliche Einnahmequellen zu entdecken.

Die Funktionsweise von Retrofit

Falls Sie sich für Retrofitting als die geeignete Lösung zur Integration alter Maschinen in Ihr digitales Fertigungssystem entscheiden, gibt es zwei verschiedene Ansätze bzw. Technologien zur Nachrüstung von bestehenden Anlagen und Maschinen:

  1. Intelligente Sensoren
  2. Edge-Gateways

Fehler erkennen mit intelligenten Sensoren

Intelligente Sensoren sind eigenständige Produkte, die entweder an Fertigungsmaschinen angebracht oder entlang einer Produktionslinie platziert werden. Diese Lösung kann z. B. Störungen und Ausfallzeiten durch fehlende Vibrationen des Motors erkennen. Im Allgemeinen sind für den Einsatz einer solchen Lösung nur wenige Anpassungen an den Maschinen erforderlich. Infolgedessen sind die Zeiten für die Implementierung und den Produktionsausfall minimal.

Retrofitting mit intelligenten Sensoren.Quelle: eigene Darstellung

Einige Unternehmen bieten End-to-End-Dienste an, bei denen lediglich die Sensoren aufgebaut und eingerichtet werden müssen, damit der Kunde anschließend Echtzeit-Feedback erhalten kann. Hierfür stehen üblicherweise sowohl Desktop-Anwendungen wie auch mobile Lösungen zur Verfügung. Wenn gemessene Werte einen Schwellenwert überschreiten, können vorkonfigurierte Ereignisse ausgelöst werden, wie z. B. das Senden einer Benachrichtigung. Solche intelligenten Sensorvarianten erlauben eine umfangreiche Konfiguration und Integration mit verschiedenen IoT-Frameworks und -Plattformen, erfordern aber mehr Aufwand für die Einrichtung als die zuvor genannten.

Die Hauptvorteile der intelligenten Sensoren

  • Geringe Produktionsausfallzeit
  • Erstellung von einfachen Berichten oder Benachrichtigungen
  • Einige intelligente Sensoren sind in Bezug auf zusätzliche Funktionalität, längere Batterielebensdauer oder sogar höhere Reichweite erweiterbar
  • Einfacher Einstieg, um Echtzeit-Einblicke in bestimmte Teile des Herstellungsprozesses zu erhalten

Es gibt jedoch auch zwei große Nachteile

  1. Der erste Nachteil ist das Fehlen einer High-Level-Analyse durch die Kombination sensorischer Daten von Punkten entlang eines Fertigungs- oder Geschäftsprozesses.
  2. Der zweite Nachteil sind die Einschränkungen der neu hinzugefügten Sensoren, die nicht auf „interne” Maschinendaten zugreifen können. Informationen über den momentan ausgeführten Arbeitsschritt oder die relative Auslastung der Maschine können in der Regel nicht aus externen Messungen wie Vibrationen, Temperatur oder Druck abgeleitet werden.

Edge-Gateways einsetzen und flexibler werden

Die Alternative sind spezialisierte Edge-Gateways, die Daten von verschiedenen Sensortypen kombinieren, um mit hoher Flexibilität mehr Einblicke in die Geschäftsprozesse zu gewinnen.

Edge-Gateway als zentrales Element eines Retrofits.Quelle: eigene Darstellung

Edge-Gateways verbinden industrielle Sensoren mit dem Internet und senden/empfangen Daten zu/von lokalen Servern (On-Premises) oder Cloud-Service-Providern. Eine mögliche Cloud-Einbindung ist üblicherweise im Gateway integriert und erleichtert dessen Einrichtung und Konfiguration, insbesondere die Protokollübersetzung und die Geräteregistrierung der angeschlossenen Geräte in der Cloud. Eine On-Premises-Lösung schützt den Benutzer dagegen vor der Abhängigkeit an einen möglichen Cloud-Anbieter.

Doch Gateways sind nicht nur passive Verbindungen zwischen Sensoren und Servern. Sie können Berechnungen direkt auf dem Gerät durchführen um Bandbreite und Latenz zu reduzieren und sensible sowie private Daten lokal zu halten.

Die wichtigsten Vorteile von Gateways

  • Feingranulare Überwachung und Steuerung von Prozessen und Maschinen
  • Erweiterbar und konfigurierbar
  • Einfache Kommunikation mit lokalen Servern oder Cloud-Diensten
  • Geringere Latenzen
  • Funktionsfähig auch bei geringer Bandbreite
  • Einhaltung des Datenschutzes

Die Integration von Gateways ist jedoch mit Kosten verbunden. Um mit dem Edge-Gerät kommunizieren zu können, müssen die Sensoren oder die speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) von Produktionsmaschinen bestimmte Protokolle unterstützen. Die gebräuchlichsten sind OPC-UA für die Kommunikation mit SPS und IO-Link für Sensoren. Ein hybrider Ansatz besteht darin, einige alte Sensoren durch neuere, die das erforderliche Kommunikationsprotokoll unterstützen, zu ersetzen. Dies ist aber nur bedingt möglich und erfordert eine Prüfung im Einzelfall.

Im Vergleich zum Retrofitting mit intelligenten Sensoren ist daher die Aufrüstung von Maschinen mit neuen Sensoren für Edge-Gateways mit Ausfallzeiten und höherem Arbeitsaufwand verbunden. Zudem erfordert die Integration dieser Edge-Computing-Geräte in bestehende IoT-Lösungen und IoT-Plattformen möglicherweise eine Neugestaltung der Infrastruktur. Bei „Green-Field” Projekten, bei denen Edge-Geräte als Einstiegspunkt für IoT-Lösungen genutzt werden, sollte der Arbeitsaufwand für die anfängliche Einrichtung und Integration nicht unterschätzt werden. Um die Komplexität und den potenziellen Nutzen richtig zu prüfen, kann ein erfahrenes externes Unternehmen wertvolle Hilfestellung bieten.

Unsere Dienstleistung im Bereich Retrofit

Die Integration des IoT hat das Potenzial Ihr Unternehmen grundlegend zu verändern. Jedoch wurden insbesondere ältere Fertigungsmaschinen nicht dafür konzipiert, Informationen digital auszutauschen. Einige dieser Maschinen sind für einen jahrzehntelangen Betrieb ausgelegt und zu teuer, um sie durch modernere Varianten zu ersetzen. Retrofitting kann eine sinnvolle Lösung für dieses Problem sein.

Machen Sie Ihre Maschinen bereit für die Industrie 4.0

Wir möchten mit Ihnen zusammenarbeiten, um eine Retrofit-Lösung schnell und problemlos in Ihr Unternehmen zu integrieren. Retrofitting ist der erste große Schritt zur digitalen Transformation. Die Integration in eine bestehende Infrastruktur ist jedoch mit Einschränkungen verbunden und sollte eingehend geprüft werden. Aus diesem Grund bieten wir unser Fachwissen an und helfen Ihnen, eine fundierte Entscheidung zu treffen und eine zukunftsorientierte Lösung aufzubauen.

Wir bieten Ihnen u. a. an:

  • Entwurf der geeignetsten Retrofit-Lösung
  • Evaluierung Ihrer Anforderungen im Kontext der vorhandenen Maschinen und Infrastruktur
  • Entwurf einer zukunftssicheren Architektur
  • Unterstützung während des Übergangsprozesses
  • Demonstration der Zustands- oder Fernüberwachung, z. B. mit unserem Partner CloudRail
  • Umsetzung der Lösung

Mit uns gelingt Ihnen die digitale Transformation Ihrer Produktion – Sprechen Sie uns doch gleich an!

Ihr Ansprechpartner

Novatec_Jonas-Grundler

Jonas Grundler

Head of IoT & Digital Innovation
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Ihr Ansprechpartner Jonas Grundler Head of IoT & Digital Innovation
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