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Datennetze – IoT-Gateways Erste Erfolge für Big Data

| Autor / Redakteur: Gerhard Lesch* / Ines Stotz

Der Einsatz von IoT-Technologien verspricht, die Produktion in der Zukunft zu optimieren, indem sie Ausschuss und maschinelle Defekte verhindern. In seinem Fertigungswerk in Malaysia zeigt Intel, wie mit End-to-end-Konnektivität im Produktionsprozess bereits Effizienzgewinne und Kosteneinsparungen erzielt werden.

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In einer Fertigungsanlage in Malaysia hat Intel Big Data und IoT über eine Pilotinstallation in die komplette Wertschöpfungskette integriert.
In einer Fertigungsanlage in Malaysia hat Intel Big Data und IoT über eine Pilotinstallation in die komplette Wertschöpfungskette integriert.
(Bild: Intel)

Millionen miteinander und mit dem Internet verbundene Geräte und Systeme bilden das stetig wachsende Internet der Dinge (Internet of Things – IoT). Mit der steigenden Anzahl dieser vernetzten „Dinge“ und der daraus generierten Datenmengen nimmt auf Unternehmensseite auch das Interesse an einer Nutzung von Big Data zu. Dieses ist bereits bei vielen Firmen vom Modethema zum integralen Bestandteil der Unternehmens-IT avanciert. Dennoch fragen sich viele noch: Wie können diese gewonnen Informationen in der Praxis zum Einsatz kommen?

Die Antwort ist wichtig, denn gerade für die produzierende Industrie steckt in den gesammelten, aufbereiteten und schließlich in den analysierten und interpretierten Datenmengen enormes Potenzial. Aktuell besteht die größte technologische Schwierigkeit darin, alle Informationen in ein einheitliches Format zu fassen, damit die Kompatibilität mit bestehenden Systemen im Produktionsprozess gewährleistet werden kann.

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Wichtig: ein einheitliches Format für Big Data

Dank einer groben Einteilung in drei Gruppen, lässt sich ein erster Überblick über die Daten erlangen. Neben strukturierten und teilstrukturierten, gibt es auch unstrukturierte Daten.

  • Handelt es sich um strukturierte Daten, ist die Verarbeitung am einfachsten. So zum Beispiel bei relationalen Datenbanken und Daten, die von Manufacturing Execution Systems (MES) und Enterprise Ressource Planning (ERP) Software exportiert werden.
  • Daten, die zwar einer Ordnung gehorchen, aber nicht mit Standardformaten kompatibel sind, zählen zu den teilstrukturierten Daten. Mithilfe von Konvertern oder Interpretern sind auch diese Daten nutzbar.
  • Die letzte Gruppe der unstrukturierten Daten können nahezu in jeder Form vorliegen und so zum Beispiel aus handgeschriebenen Notizen zu einem Defekt oder Fotos bestehen.

Das Entscheidende für einen konkreten Business-Mehrwert ist aber in erster Linie nicht die Form der Daten. Viel wichtiger ist es, die Informationen in den Zusammenhang von Business- und Produktionsprozessen zu setzten. Die an der Analyseplattform stehenden Mitarbeiter müssen wissen, was der schwankende Temperaturwert eines Sensors bedeutet. Zum Beispiel, dass der Lack auf der Oberfläche eines produzierten Teils nicht richtig trocknet. Erst dann können die Mitarbeiter eine Verringerung des Ausschusses erzielen. Um also aus Big Data und IoT einen tatsächlichen Vorteil für Unternehmen zu gewinnen, müssen Daten, Prozessverständnis und Analyse-Tools zusammenwirken.

Wie Intel das Internet der Dinge und Big Data nutzt

Wie die Kombination aus den verschiedenen Faktoren in der praktischen Umsetzung aussieht, zeigt Intel in einer Fertigungsanlage in Malaysia. Dort erfolgte die Integration von Big Data und IoT über eine Pilotinstallation in die komplette Wertschöpfungskette. IoT-Gateways bündeln und vereinheitlichen hier die Daten von verschiedenen Produktionssystemen. Die Speicherung dieser sowie bereits vorhandener Informationen geschieht in einer privaten Cloud, wo sie eine entsprechende Software aufbereitet. Die weitere Verarbeitung findet schließlich außerhalb der Produktionsanlage statt, wo die Daten abgefragt und den entsprechenden Geschäftsprozessen zugeordnet werden. Der Zugriff erfolgt dann durch eine über ein VPN gesicherte Verbindung.

IoT-Gateways bilden die Basis für diesen Prozess, indem sie die Systeme in der Produktion mit der IT-Umgebung verknüpfen. Dafür verwendet Intel bei seinem Pilotprojekt in Malaysia Controller aus der Melsec-Q Serie von Mitsubishi, die auf Intels Atom-Prozessoren basieren.

Für den Einsatz in der Fertigung müssen IoT-Gateways drei Eigenschaften aufweisen. Zum einen benötigen sie ein robustes, staubdichtes Gehäuse. Zum anderen ist es erforderlich, zahlreiche Connectivity-Optionen zu bieten, damit die Kompatibilität mit den unterschiedlichen Systemen garantiert wird. Und schließlich ist eine ausreichende Rechenleistung unerlässlich.

Da die IoT-Gateways über wenig Pufferspeicher verfügen, müssen eingehende Datenströme in Echtzeit angenommen und verarbeitet werden. Hierbei hat sich die Kombination von Intel-Atomprozessoren und dem Echtzeit-Betriebssystem VxWorks bewährt. Indem die Melsec-Q-Gateways die Daten mit der Programmiersprache C konfigurieren, sind flexiblere und mächtigere Regeln für die Verarbeitung möglich. Und je flexibler die IoT-Gateways agieren können, desto besser lassen sich eingehende Datenströme aufbereiten und nachfolgende Produktionsbereiche entlasten.

Greifbare Erfolge in drei Bereichen

Intel konnte aus dem Pilotprojekt bereits aufschlussreiche Erkenntnisse gewinnen und eine direkte Kosteneinsparung von rund drei Millionen US-Dollar erzielen. Laut Expertenmeinungen, ist das erst der Anfang, denn bei voller Implementierung rechnen diese mit einem zehn Mal so großen Einsparungspotenzial.

Die Vorteile und Nutzen des Einsatzes von Big Data und IoT-Technologien in der Fertigungstechnik ließen sich vor allem in drei Bereichen erkennen:

  • Durch Datenanalyse ist es Intel im Bereich der automatisierten Testsysteme gelungen, 90 Prozent aller drohenden Defekte bei diesen Systemen im Vorfeld zu erkennen und zu beheben, bevor Produkte falsch klassifiziert wurden.
  • Im Bereich der Lötpunktaufbringung konnten anhand der gewonnenen IoT-Daten Probleme bei der Freigabe der Lötzinnkügelchen um bis zu 90 Prozent verhindert werden. Zwei positive Effekte daraus waren die um 25 Prozent gesunkenen Ausschussraten und die um 20 Prozent niedrigeren Reparaturkosten.
  • Dank angewandter Datenvisualisierung und bildverarbeitender Algorithmen konnte Intel die Zeitspanne beim Ausmustern fehlerhafter Produktionschargen von bis zu acht Stunden auf ein Zehntel dieser Zeit reduzieren.

Die Smart Factory der Zukunft

Die Liste der Einsatzfelder des Internets der Dinge wächst stetig. Von den klassischen Anwendungsbereichen im Smart Home, über ausgefallenere Beispiele wie dem vernetzten Weinberg in der Landwirtschaft, bis hin zum hier vorgestellten Einsatz in der Fertigungsindustrie. Das Potenzial, das in der Vernetzung von Geräten innerhalb eines Produktionsprozesses steckt, ist groß. IoT und Big Data ermöglichen es, sich genau dieses Potenzial zunutze zu machen. Dank der End-to-End-Konnektivität von Systemen und Elementen können dann Prozessoptimierungen und Kosteneinsparungen realisiert werden. Der Smart Factory der Zukunft mit einer intelligenten, Ressourcen-schonenden Produktion steht also nichts mehr im Weg.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Elektrotechnik. Verantwortliche Redakteurin: Ines Stotz

* Gerhard Lesch ist IoT Business Development Manager bei Intel Deutschland

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