Die digitale Transformation schreitet in allen Industriebereichen rasant voran. Es wird erwartet, dass bis 2025 rund 75 Mrd. internetfähige Geräte in Betrieb sein werden. Schon bis 2023 werden ca. 30 Prozent des IoT-Marktes für intelligente Gebäude mit KI-Techniken ausgestattet sein. Menschen, Maschinen, Komponenten und Produkte werden direkt miteinander vernetzt.
Die Datenverfügbarkeit in Echtzeit, komplexe Datenanalysen oder Analysemöglichkeiten, die Handlungsalternativen oder umfangreiche Informationen bereitstellen (präskriptiv), schaffen eine bessere Entscheidungsgrundlage. Damit ist das Internet der Dinge (IoT), im industriellen Bereich IIoT genannt, keine rein technische Revolution, sondern eine Geschäftsrevolution, die sich durch Techniken und datenbasierte Modelle entwickelt.
Grundlegende Vorteile von IIoT
Vernetzte Systeme ermöglichen es, Informationen und Daten auszutauschen, zu sammeln, auszuwerten und intelligent aufeinander zu reagieren. Bisher wurden kaum Informationen gesammelt oder in unterschiedlichen IT-Systemen verfügbar gemacht. Meist wurden diese Informationen nur manuell ausgewertet. Anschließend wurden Anpassungen vorgenommen um Verbesserungen herbeizuführen. Die Digitalisierung ändert diesen Ablauf nun grundlegend.
Es werden Maschinen, Komponenten und produzierte Güter mit Sensoren und intelligenten Komponenten (Systeme mit Rechenleistung) ausgerüstet und über das Internet miteinander verbunden (IoT). Sie kommunizieren ständig. Nicht nur untereinander, sondern auch mit anderen Systemen in Produktion, Vertrieb, Entwicklung oder bei Kunden und Lieferanten.
Im nächsten Schritt der Automatisierung entstehen autonome Systeme. Maschinen und Komponenten können dann nicht nur mit Hilfe einer Zentralsteuerung Arbeitsschritte wiederholen, sondern sie können durch die Anwendung von KI selbständige Entscheidungen treffen. Aus Zentralsteuerung wird dann dezentrale Selbstoptimierung.
Die digitale Wertschöpfung mit intelligenten (smarten) Geräten und Komponenten beruht dabei auf folgenden Schritten:
Die Datennutzung und der Mehrwert für den Anwender nehmen dabei Schritt für Schritt zu.
Baukasten für digitalen Mehrwert und neue Geschäftsmodelle
Ziehl-Abegg eröffnet mit der Plattform ZAbluegalaxy den Einstieg in diese digitale Transformation. Man erhält eine sofort einsatzbereite Lösung, die speziell für Anwendungen der HVAC / R (Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik) entwickelte wurde. Damit wird ein schneller und wirtschaftlicher Einstieg in die digitale Wertschöpfung und in neue Geschäftsmodelle möglich.
Die Plattform stellt dabei alle erforderlichen Komponenten als externe Dienstleistung zur Verfügung. Die Anwendung basiert auf den Clouddiensten der Microsoft Azure-Plattform. Damit verbunden sind eine hohe Verfügbarkeit und Skalierbarkeit, inklusive proaktivem Konzept für Sicherheit, Compliance und Datenschutz.
Der Zugang erfolgt durch die Benutzeranmeldung über einen Webbrowser oder die ZAset-App. Dabei wird das Single-Sign-On-Prinzip verwendet. Der Anwender erhält Zugriff auf alle Dienste in der Cloud, für die er autorisiert ist. Die Datenkommunikation erfolgt über eine sichere Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Bei Bedarf können andere IIoT-Plattformen über eine REST-API eingebunden werden, was den Datenaustausch zwischen verschiedenen Cloudsystemen oder Building Management Systemen ermöglicht. In Bezug auf die bereits erwähnten fünf Schritte gibt es bei der Plattform die folgenden Merkmale:
Die Plattform bildet die Basis, auf der weitere Funktionalitäten entwickelt und integriert werden können. Zusammen mit Ziehl-Abegg können die Anwendungen auf die Gegebenheiten des Anwenders angepasst werden. Auch die individuelle Gestaltung der Benutzeroberflächen ist möglich.
Vernetzung der Geräte und Maschinen
Die IoT-fähigen Geräte und Maschinen sind standardmäßig über Modbus, einem Standard-Bus-Protokoll, mit einem ZA Cloud-Gateway verbunden. Dieses wiederum bildet die Schnittstelle zu ZAbluegalaxy. Hier ermöglicht ein IoT-Hub die sichere und zuverlässige Kommunikation zwischen der IoT-Anwendung (ZAbluegalaxy-Software) und den von ihr verwalteten IoT-Geräten. Verwendet wird dazu das offene Nachrichtenprotokoll MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Es ermöglicht die Übertragung von Telemetriedaten zwischen den Geräten auch bei hoher Verzögerung oder beschränkten Netzwerken.
Im Prinzip können alle IoT-fähigen Geräte mit Bus-Kommunikation mit dem ZA Cloud-Gateway verbunden werden. Auch individuelle Gateways sind durch Softwareanpassung oder durch eine Rest API-Schnittstelle verwendbar.
Vorteile bei der Verwendung eines ZA Cloud-Gateways mit ECblue-Geräten
Das ZA Cloud-Gateway ist bereits vorkonfiguriert für die Verbindung mit der Motorentechnik ECblue von Ziehl-Abegg. Über den Modbus werden dabei alle relevanten Sensorwerte übermittelt wie Temperatur, Drehzahl, Eingangsspannung, Motortemperatur und Leistungsaufnahme.
Die ECblue-Motoren sind mit einem Dreiachsen-MEMS-Beschleunigungssensor ausgerüstet. Mit den Sensordaten lassen sich auch Schwingungen erfassen und Vibrations- und Unwuchtzustände erkennen, die z. B. auf Verschmutzungen oder Defekte hinweisen können. ECblue-Geräte sind auch mit Rechenleistung ausgerüstet, um Daten dezentral zu verarbeiten (Edge Computing). Über integrierte Algorithmen, z. B. für vorausschauende Wartung, lassen sich bereits dezentral Vorhersagen zu fälligen Wartungsarbeiten oder der Lebenserwartung berechnen (Edge Analytics). Ein ZA Cloud- Gateway kann über LAN, W-Lan oder USB LTEStick verbunden werden.
Zusätzlich erhält man mit ZAset Mobile und ZAset Desktop einen einfachen und schnellen Zugriff auf alle Parameter und Funktionen der ECblue-Geräte (EC-Motoren, Frequenzumrichter und Regelgeräte). ZAset ermöglicht eine schnellere Inbetriebnahme und Programmierung sowie Software-Updates der ECblue-Geräte. Die ZAset App liegt für Android und IOS vor.
Steigerung des Mehrwerts für Hersteller, Installateure und Betreiber
Durch IIoT verändern sich Geschäftsprozesse und verändert sich die Art der Kommunikation von Unternehmen grundlegend. Die sensorgestützten Daten werden nicht nur zur Optimierung bestehender Funktionen und Abläufe genutzt (z. B. Änderung von Wartungsintervallen durch vorausschauende Wartung), sondern es können auch neue Geschäftsmodelle entwickelt und neue Wertschöpfungsmöglichkeiten eröffnet werden. Eine durchgängige digitale Wertschöpfungskette schafft klare Vorteile.
So kann ein Hersteller durch die Nutzung der sensorgestützten Daten in Forschung und Entwicklung eine kontinuierliche Verbesserung seiner Produkte erreichen und Entwicklungszeiten verkürzen z. B. durch die Realisierung eines digitalen Zwillings und Rückkopplungsschleifen. Mit den zur Verfügung stehenden Daten und der flexiblen Anpassung der erforderlichen Maßnahmen wird eine höhere Serviceeffizienz erreicht. Dadurch lassen sich die Kosten für Reklamationen senken und lässt sich die Anzahl an Garantiefällen reduzieren.
Vom produkt- zum benutzerorientierten Denken
Auch Installateure, OEMs und Betreiber profitieren durch eine standortübergreifende Vernetzung und die zur Verfügung stehenden Daten und Analysemöglichkeiten. Sie können ihre Anlagen besser verwalten und effizienter betreiben, indem sie die Betriebsdaten in Echtzeit visualisieren und auswerten können. Dadurch werden Optimierungspotenziale erkennbar, die zu einer höheren Verfügbarkeit, einer verbesserten Nutzung der Geräte, Maschinen und Anlagen sowie zu einer effizienteren Instandhaltung führen.
Die Plattform ZAbluegalaxy ermöglicht und unterstützt proaktive Dienstleistungen. Auf Basis der Erfassung und Auswertung der Sensordaten können neue Geschäftsmodelle entwickelt werden. So könnten beispielsweise Servicedienste mit nutzungsabhängigen Bezahlmodellen angeboten werden. Dies ermöglicht den Wandel von produktorientierten zu nutzerorientierten Geschäftsmodellen.
Anwendernutzen und gewinnbringender Service
Intelligente Geräte, wie z. B. die ECblue-Motoren, interagieren mit der Plattform ZAbluegalaxy. Durch die Abfrage der Sensorwerte kann eine Fernüberwachung erfolgen, die automatisch Warnungen und Aktionen auslöst. Dabei kann es sich um Ferndiagnosen bis hin zu Wartungsanforderungen und der Benachrichtigung des Servicepersonals via E-Mail, SMS oder Push Notification handeln.
Durch die automatisierte Echtzeitüberwachung des Betriebsverhaltens der Geräte, Maschinen und Prozesse und kontextbezogene Informationen ist eine vorausschauende und optimierte Wartung möglich. Ebenso können Störungen und Anomalien früher erkannt und beseitigt werden. Mit solchen Frühwarnsystemen lassen sich Stillstandszeiten verkürzen. Wartungs- und Servicepersonal kann effektiver eingeplant werden, wodurch geringere Betriebs- und Reparaturkosten entstehen und das Risiko von unvorhergesehenen Schäden vermindert wird. Das Wissen über kritische Daten führt so zu einer erhöhten Anlageneffizienz und einer Verbesserung der Produktionsergebnisse.
Durch die Konzentration der Plattform ZAbluegalaxy auf den Bereich der Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik (HVAC / R) sind deutlich präzisere Vorhersagen und Analysen möglich als durch „allgemeine“ Cloudlösungen. Es kann auf den übergreifenden und ständig wachsenden Datenbestand der Plattform zugegriffen werden.
Mit Azure Time Insights gibt es einen vollständig verwalteten Analyse-, Speicher- und Visualisierungsdienst, mit dem alle Ereignisse gleichzeitig untersucht und analysiert werden können. Mit IoT-Echtzeitdaten und historischen IoT-Daten können so interaktive Analysen durchgeführt werden, um bessere (intelligente) Entscheidungen treffen zu können.
Datenschutz und Datenhoheit
Ziehl-Abegg verwendet die gewonnenen Geräte- und Maschinendaten, um die Softwareanwendungen und die Produkte zu analysieren und zu optimieren. Die Daten bleiben dabei stets im Besitz des jeweiligen Geräte- und Maschinenbesitzers.
Die Plattform ZAbluegalaxy basiert auf Microsoft Azure, implementiert in der europäischen Public Cloud. Damit sind umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen und -maßnahmen verbunden. So erfolgt die Datenübertragung zwischen der Cloud und den Gateways verschlüsselt. Der Mindeststandard ist eine TLS-Verschlüsselung (https und SSL-Verschlüsselung). Dabei haben ausschließlich am IoT-Hub registrierte Gateways Zugang und können Daten senden und empfangen. Die Speicherung der Daten erfolgt auf verschlüsselten Medien.
Ziehl-Abegg verwendet eine eigene sichere Hardware- und Gateway-Architektur und zieht bei Bedarf zusätzliche Security Experten für Embedded-Software-Systeme hinzu. Zudem erfolgt eine sichere Verschlüsselung für die Bluetooth-Kommunikation. Die Verbindung zwischen ZAset mobile und den EC-Motoren und Frequenzumrichtern ist zusätzlich durch Abfrage der Seriennummer und einer PIN geschützt.
Fazit
Durch die speziell für Anwendungen in der Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik (HVAC / R) entwickelte IIoT-Cloud-Lösung von Ziehl-Abegg besteht eine maßgeschneiderte Portallösung mit individuellem Funktionsumfang und viel Entwicklungspotential. Der Hersteller agiert dabei als Partner und schafft eine wirtschaftlich interessante Möglichkeit, den Geschäftswert für Hersteller, Lieferanten und Betreiber von Anlagen zu erhöhen. Die Plattform ZAbluegalaxy ermöglicht es Unternehmen, neue datengestützte Dienstleistungen und Geschäftsmodelle zu entwickeln und so die digitale Transformation aktiv mitzugestalten.
