Was ist IIoT/Industrie 4.0 (Business) Integration?

Durch die Digitalisierung halten vernetzte intelligente und autonome Systeme Einzug in die Industrie und verändern diese hin zu einer Industrie 4.0. Die Basis bildet das industrielle Internet der Dinge (engl. Industrial Internet of Things, IIoT). Dies ermöglicht die Vernetzung von realen sowie virtuellen Maschinen und Abläufen in der Industrie innerhalb und zwischen Unternehmen.

Warum ist für IIoT und Industrie 4.0 auch Daten- und Prozessintegration wichtig? Wie kann SEEBURGER bei der Transformation zu Industrie 4.0 unterstützen? Rund um die Thematik Business-Integration für Industrie 4.0 / IIoT zeigen wir hier auf, wie digitale Transformation selbstbestimmt umgesetzt werden kann.

Durch die zunehmende Intelligenz und Autonomie von Geräten und Produkten sowie die über das Internet ortsunabhängige Datenverfügbarkeit, wird die Zusammenarbeit von Geschäftspartnern deutlich verbessert, was für einen enormen Produktivitätsschub sorgt. Die gesamte Wirtschaft verändert sich hierdurch grundlegend. Und zwar rückblickend in etwa so radikal, wie durch die Veränderungen der drei vorangegangenen industriellen Revolutionen.

Was ist IIoT und Industrie 4.0?

Computertechnologie wird schon seit Jahrzehnten in allen Bereichen der Wirtschaft eingesetzt. Sie unterstützt unsere Planungs-, Entscheidungs- und Ausführungsprozesse heutzutage maßgeblich. Gleichzeitig hat sich das Internet zum wichtigsten Kommunikationsmedium sowie Marktplatz für Produkte und Services entwickelt. Doch erst durch die weitere Verbindung dieser Entwicklungen und die Ausbreitung dieser Bereiche bis zu den einzelnen Dingen unserer realen Welt, wird das Potenzial von Industrie 4.0 erkennbar. Ein Schlüsselelement ist der digitale Zwilling, der vor einiger Zeit noch ausschließlich im Bereich der Simulation zur virtuellen Absicherung Verwendung fand, aber zunehmend in weiteren Bereichen der Produktion, Logistik und After-Sales, als Datenknoten für die Bereitstellung von Daten zu seiner realen Instanz zum Einsatz kommt. Zunehmend wird er zu einer wichtigen Business-Entität, die direkt in Wertschöpfungs- wie auch Geschäftsprozesse eingebunden ist. Durch die Vernetzung mit anderen digitalen Zwillingen über Plattformen entstehen neue Austauschprozesse im B2B, mit neuen Formen der Interaktion und Transaktion. Seit kurzem werden neue Geschäftsmodelle auf Basis von digitalen Zwillingen, wie etwa Produkt-as-a-Service, realisiert, die die Fähigkeiten und den Nutzen der Dinge (Anlagen, Maschinen, Geräte) in den Vordergrund stellen und diese leistungs- und gebrauchsbezogen bereitstellen.

Auf diese Weise kann sich die Produktion immer stärker an den Kundenbedürfnissen jedes einzelnen ausrichten und schafft es, individuelle Kundenwünsche, bis hin zu Losgröße 1, in machbaren Zeit- und Kostenrahmen umzusetzen. Die Logistik wandelt sich zu serviceorientierter Logistics-on-Demand, und Services, After-Sales, Marketing und Vertrieb beginnen, eigene datenbasierte wirtschaftliche Ökosysteme zu bilden, aus denen neue Dienstleistungsmodelle hervorgehen. IIoT dient dabei als Netzwerk und Medium, welches in der Industrie 4.0 eine vertiefte Vernetzung und somit neue Möglichkeiten zur Optimierung von Abläufen über Unternehmensgrenzen hinweg schafft. Auch entstehen darin völlig neue Ökosysteme und Geschäftsprozesse, die Aspekte der Monetarisierung, Skalierung, aber auch Dezentralisierung, Partizipation und Souveränität im Umgang mit Daten neu adressieren.

All dies setzt voraus, dass alle technischen Systeme, Anwendungen, Dienste und Dinge eines Unternehmens nahtlos miteinander interagieren können. Den Anfang macht häufig die gezielte Harmonisierung der Daten- und Prozessintegration. Für einige Unternehmen stellt dies nach wie vor eine Herausforderung dar, denn im Bereich Digitalisierung benötigen viele noch eine Fitnesskur in Vorbereitung der Industrie 4.0.

Auf dem Weg zu Industrie 4.0 haben Unternehmen bereits ihre Informationssysteme aufgerüstet, oder sind dabei dies zu tun, um für die Veränderungen in den Geschäftsprozessen gewappnet zu sein. Cloudbasierte Systeme, aber auch die zunehmende Verfügbarkeit von SaaS-Systemen, ermöglichen Unternehmen, fehlende Fähigkeiten für die Datensammlung oder Datenverarbeitung ihrer Data-Hub-Umgebungen zügig einbinden zu können. Größte Hürden bei der Umsetzung von IIoT/Industrie 4.0 bleiben allerdings weiterhin Faktoren technischer Art, wie unzureichende Datensicherheit sowie organisatorische Faktoren, wie die zukünftige Rolle der IT, und Unsicherheiten im Aufbau neuer Enterprise-Architekturen. Die digitale Transformation und ihre Auswirkung auf Unternehmen ist somit noch lange nicht abgeschlossen.

Bei der Frage, welche Technologie für die eigene Organisation als sogenannter „Game-Changer“ erachtet werde, rangierte IIoT noch vor wenigen Jahren, nach KI, Data-Analytics und Cloudthemen, auf Platz vier.¹ Das Potenzial und die Einsatzmöglichkeiten wurden zu dieser Zeit erst noch ergründet. Mittlerweile sind alle vier Technologien feste Größen in der Modernisierungsagenda der Unternehmen. Es geht vielmehr um die Frage, wie Unternehmen souverän in digitale Ökosysteme des Internet der Dinge eingebunden und initiativ werden können. Hierbei ist eine zunehmende Dezentralisierung und Demokratisierung in den Organisationen zu verzeichnen. Hierzu zählen auch Cloud bzw. Plattformen, Data-Analytics und KI, aber eben auch die Integration von Dingen in Geschäftsprozesse im Sinne eines IIoT, die einzelne Data-Hub-Umgebungen für die digitale Wertschöpfung bilden.

Analysten beobachten dabei auch eine stärkere Autonomie in den Geschäftsfeldern, die mit der Qualität und Lieferzeit der zentralen IT-Organisationen unzufrieden sind. Auf Basis kostengünstiger Dienste und Lösungen, von As-a-Service-Bereitstellung, bis zu Cloud-Infrastruktur und Low-Code/No-Code-Umgebungen, treiben diese eigene Initiativen voran. Gleichzeitig warnen sie vor den Gefahren dieses an sich positiven Trends, wie der Fragmentierung und steigenden Ineffizienz von Organisationen. Um erfolgreich zu sein, muss eine neue Plattformarchitektur zur Definition der technischen Plattform und der Kerndienste eingerichtet werden, die von den Teams einzelner Geschäftsfelder genutzt werden. Einer dieser Kerndienste ist die Spezialisierung der B2B- und Business-Integration über alle Kommunikationskanäle des Unternehmens hinweg.

Beispiele aus der Praxis für die konkrete Umsetzung von IIoT und Industrie 4.0 gibt es aus allen Bereichen. Wesentlicher Anwendungsbereiche der Industrie 4.0 ist die Automatisierung und Optimierung operativer Prozesse durch autonome, intelligente (technische) Systeme. In der Industrie werden so neue Formen der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine (cyber-physisches System) entwickelt. So können beispielsweise individuelle Kundenanforderungen nach individualisierten Produkten bis zu Losgröße 1 industriell umgesetzt werden.

Eine weitere treibende Kraft für den vermehrten Einsatz von IIoT und Industrie-4.0-Lösungen ist die Bedienung individueller Kundenerwartungen. Kunden möchten nicht mehr lediglich ein qualitativ hochwertiges Produkt erhalten, sondern auch damit verbundene Services und Leistungen in Anspruch nehmen können, die die Effektivität und Effizienz in der Nutzung der Produktfunktionen optimieren. Um dem gerecht zu werden, müssen Unternehmen heutzutage ganze digitale Ökosysteme bereitstellen. Diese beziehen alle Unternehmensbereiche, von Forschung und Entwicklung über die Produktion, Logistik, After Sales-Service bis hin zu Marketing und Vertrieb mit ein und gehen im Alltag noch weit darüber hinaus, wenn man beispielsweise an Smart Cities oder die Auswertung und Nutzung von Wetterdaten denkt.

So spielen bereits in der kollaborativen Produktentwicklung und im Einkauf für die Industrie 4.0 Daten über Nutzerverhalten und Produktzustand eine wichtige Rolle beim Entwickeln neuer oder verbesserter Produkte. Damit in der Produktion die Prozesse reibungslos und ohne Ausfälle laufen, sorgen Daten, die von Wartungsunternehmen direkt von den Maschinen über deren Laufzeit und Zustand bezogen werden, dafür, dass durch regelmäßigen Service Maschinenausfälle und Produktionsstillstände vermieden und die Laufzeit der Maschinen durch rechtzeitige Erkennung von drohenden Störungen deutlich verlängert werden kann (Predictive Maintenance). Moderne Tracking-und-Tracing-Verfahren liefern im Bereich Logistik hervorragende Möglichkeiten, über Sensortechnologie den Verbleib von Ware in Echtzeit zu bestimmen und somit Lieferzeiten sowohl bei der Produktionsplanung als auch im Verkauf präzise zu planen. Smart Products bieten im After Sales ganz neue Möglichkeiten. So können beispielsweise Waschmaschinen die Anzahl der Waschgänge und weitere Nutzungsdaten direkt an die Hersteller übertragen und so die Grundlage für Pay-by-Use-Modelle einerseits und für Wartungs- und Serviceleistungen andererseits liefern. Marketing und Vertrieb haben über die Ermittlung von Verkaufszahlen in Echtzeit, direkt vom Point-of-Sales (POS), eine stets aktuelle Basis für die Planung von Kampagnen und Sonderaktionen oder auch die Messung der Kundenzufriedenheit.

Die Möglichkeiten von IIoT und Industrie 4.0 sind mannigfaltig. Eine der wesentlichen Herausforderungen von IIoT und Industrie 4.0 für Unternehmen ist dabei, ihre IT-Landschaft dafür fit zu machen.

In der Industrie 4.0 führen Produkte und Ressourcen ein digitales Abbild ihrer selbst (digitale Zwillinge). Die reale und die digitale Welt der Dinge müssen zusammengebracht – integriert – werden. Dazu gehört die Integration der Datenflüsse über standardisierte Schnittstellen sowie eine Verwaltungsschicht, in der nicht nur die realen „Dinge“, sondern eben auch deren digitale Zwillinge mit ihren Merkmalen und Schnittstellen eindeutig identifizierbar und kommunikationsfähig sind.

IT-Architekturen sind im Wandel. Damit Unternehmen in einem vernetzen digitalen Ökosystem teilnehmen und dieses gestalten können, ist es erforderlich, dass sie ihre Integrationsfähigkeit auf allen Ebenen aufrüsten, um neue, datengetriebene Leistungen anbieten zu können. Diese sind zum einen die einzelnen realen „Dinge“, Assets und deren Peripherie (Edge-Layer), die entsprechenden unternehmenseigenen und externen Plattformen (Plattform-Layer), die den Zugang in die digitalen Ökosysteme gewähren sowie in die eigene IT-Landschaft mit ihren notwendigen Backend-/Managementsystemen und Applikationen (EAI-Layer). Alle drei Ebenen werden zunehmend von cloudbasierten Technologien dominiert und bilden eigene spezifische Data-Hub-Umgebungen aus, die es Fachbereichen ermöglichen, über eigene Datenverarbeitung (z. B. mittels KI, RPA) die Produktivität ihrer Prozesse und Ressourcen zu erhöhen.

Im Sinne der IIoT-Integration müssen entsprechende Fähigkeiten zur Beschreibung und Verarbeitung der Daten(ströme) für eine abgestimmte Daten- und Prozessintegration unternehmensweit vorgehalten werden, die eine Kopplung zwischen den Dingen selbst, Business- und Engineering-Backend-Systemen sowie operativer Prozesssteuerung erlaubt. Hierbei sind folgende Anforderungen zu berücksichtigen:

Die SEEBURGER BIS IIoT-Funktion unterstützt Unternehmen dabei, die mit Industrie-4.0-Vorhaben verbundenen Integrationsaufgaben zu lösen. Integrations- und Analysefähigkeiten werden um die Ebene der vernetzen Produkte und Maschinen der realen Welt erweitert und überführen alte proprietäre Schnittstellen in Standardformate, um eine nachhaltige Basis für unterschiedlichste Integrationsvorhaben zu legen.

Mit dem BIS IIoT-Gateway werden Daten von IIoT-Edge-Devices, Steuerungssystemen oder IIoT-Plattformen gesammelt und gespeichert. Über API-Profile werden sie (technischen) Anwendungen und Back-End-Systemen auf der Planungs- und Verwaltungsebene zur Verfügung gestellt und mit Data-Analytics-Umgebungen verknüpft.

Das BIS IIoT-Management bündelt eine Vielzahl an webbasierten Anwendungen für die Verwaltung der APIs und Services zu den IIoT-Geräten in der Fertigung oder im Feld. Es bietet maßgeschneiderte rollenbasierte Funktionen für Asset- und Prozessdatenverwaltung, Konfiguration, Überwachung und Analyse.