thyssenkrupp: Eine End-to-End-IIoT-Plattform

thyssenkrupp Materials IoT GmbH (tkMIoT) ist eine Tochtergesellschaft der thyssenkrupp AG, dem größten Materialhändler der westlichen Welt. Das Unternehmen setzt auf Industrie 4.0 und das industrielle Internet der Dinge (IIoT), um die Produktivität und Effizienz der Fertigung zu verbessern. tkMIoT erkennt das Wachstumspotenzial für IIoT-Lösungen und vermarktet nun seine intern entwickelte IIoT-Plattform – toii –, um anderen Herstellern bei der Erzielung der Effizienzgewinne zu helfen, die tkMIoT bereits erzielt hat.

Herausforderung

Mit mehr als 4.500 Fertigungsmaschinen in den Werken von thyssenkrupp Material Services hatte tkMIoT Schwierigkeiten, eine im Handel erhältliche und flexible Lösung zu finden, um die Anlagenproduktivität zu verbessern und gleichzeitig bewährte, aber häufig individuelle Produktionsumgebungen beizubehalten. Die Angebote der großen Plattformanbieter waren komplex und unflexibel und unterstützten nicht die Art der verbundenen Datenerfassung, die tkMIoT benötigte.

Lösung

tkMIoT entwickelte eine eigene IIoT-Plattform, die die digitalen Anforderungen des Unternehmens an Systemintegration und Fertigungsdienste erfüllt und gleichzeitig mit der vorhandenen Infrastruktur arbeitet. toii ermöglicht die Kommunikation zwischen vielen verschiedenen Maschinen und Produktionsanlagen verschiedener Hersteller. Die Lösung, die durch von tkMIoT entwickelte Software und Hardware von Intel ermöglicht wird, ist jetzt eine marktreife Intel® IoT-Lösung und steht anderen Herstellern zur Verfügung, die ihre Fabriken digitalisieren möchten.

Ergebnis

Das komplette Maschinensortiment bei tkMIoT kann jetzt mit der durchgängigen digitalen IIoT-Plattform des Unternehmens, toii, verbunden werden. Laut tkMIoT hat die Prozessautomatisierung mit der toii-Plattform die Ausfallzeiten um bis zu 50 Prozent reduziert und die Produktion im Vergleich zum Vorjahr um 20 Prozent gesteigert.¹ Mit der Benutzeroberfläche von toii können tkMIoT-Mitarbeiter die Plattform effizient und ergonomisch betreiben. Verschiedene fehleranfällige handschriftliche Verfahren wurden ebenfalls eliminiert.

Die Suche nach einer skalierbaren, umfassenden und flexiblen Plattform

Der Geschäfts­verkehr zwischen Unternehmen (Business to Business ­[B2B]) im Industriesektor ist eine Herausforderung. Lieferungen an die Lieferkette werden normalerweise „just in time“ oder „just in sequence“ erwartet. Darüber hinaus ist der Markt einem hohen Preisdruck ausgesetzt, weshalb die Hersteller ihre Prozesse so weit wie möglich rationalisieren müssen. tkMIoT erkannte das Potenzial intelligenter Fabriken und des IIoT – Experten bewerteten den IIoT-Markt 2019 mit 71,7 Mrd. USD und erwarten, dass er bis 2024 156,6 Mrd. USD erreichen wird – und beschloss, bestehende Betriebsabläufe durch Hinzufügen der neuesten digitalen Technologien effizienter und leistungsfähiger zu gestalten. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf den Werkstätten von tkMIoT. tkMIoT versuchte, sein Geschäft durch die Implementierung einer vollständig digitalisierten Produktionskette zu stärken, die alle Fertigungsanlagen, sowohl moderne Geräte als auch zuverlässige Maschinen aus einer vordigitalen Zeit, miteinander verbinden konnte.

Als tkMIoT jedoch kommerziell verfügbare Optionen für eine IIoT-Plattform untersuchte, stellte das Unternehmen fest, dass keine geeignete Architektur verfügbar war. Die verfügbaren Lösungen waren nicht flexibel genug, um die Anlagenproduktivität zu verbessern und gleichzeitig die bewährten, aber häufig individuellen Produktionskonfigurationen von tkMIoT beizubehalten. Darüber hinaus waren diese Lösungen sehr komplex, ohne dass die Datenerfassungsanforderungen von tkMIoT erfüllt werden konnten.

Abbildung 1: Der Markt für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) wird voraussichtlich bis 2024 auf 156,6 Mrd. USD steigen.²

End-to-End-Plattform für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) mit Intel® Technik

In der Welt der digitalisierten Produktion definiert der Kunde einen Auftrag, die nachfolgenden Produktionsprozesse laufen unabhängig und automatisch ab, während das System Schutz vor ungeplanten Ausfallzeiten und versorgungsbedingten Störungen bietet. Dadurch können die Produktionskosten gesenkt werden. Um all dies zu ermöglichen, nutzt toii viele verschiedene Hardware- und Softwareoptionen von Intel. Von der Gateway-Technologie über Konnektivität und künstliche Intelligenz am Netzwerkrand bis hin zu fortschrittlichen Analysen vor Ort oder in der Cloud ebnet toii den Weg für eine intelligente und datenbasierte Zukunft für alle Unternehmen, unabhängig von ihrer Größe.

Die Lösung besteht aus vorgefertigten Servern und Industrie-PCs (IPCs) mit den erforderlichen Speicher- und Netzwerkressourcen. Die Server basieren auf skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren und SATA- und NVMe-basierten Intel® SSDs mit großer Kapazität und einer 10GbE Intel® Ethernet-Netzwerkschnittstellenkarte (NIC). IPCs sind mit Intel® Core™ i3 und i5 Prozessoren und leistungsstarken NVMe-basierten SSDs mit einem Intel® Ethernet-Controller ausgestattet.

Neben der Kernanwendung enthält toii sieben zusätzliche Module, die u. a. Datenerfassung, Maschinensteuerung, drahtlose Konnektivitätsfunktionen, Maschinenstatusüberwachung und Datenvisualisierung ausführen. Durch die einzelnen Module von toii kann die Plattform an zahlreiche und vielseitige Anwendungsmöglichkeiten angepasst werden. Mit seinem modularen Aufbau ist toii hochgradig skalierbar. Unabhängig davon, ob sich ein Hersteller auf gutem Weg zur vollständigen Einführung von Industrie 4.0 befindet oder gerade erst damit begonnen hat, kann toii für eine Vielzahl von Anwendungsfällen implementiert werden.

Einige Anwendungsfälle für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) für toii

• Maschinendatenerfassung (Verbindung, Übertragung, Speicherung)
• Produktionsdatenerfassung von Benutzern und Geräten
• Maschinenautomatisierung mit bidirektionaler Kommunikation
• Visualisierung von Produktionsdaten, z. B. zum Benchmarking
• Datenintegration aus Datenquellen von Drittanbietern, z. B. einer ERP-Anwendung (Enterprise Resource Planning)
• Edge-Analyse zur Produktionsoptimierung
• Workload-Konsolidierung für Produktionsprozesse und Daten
• Integration des Manufacturing Execution System (MES)
• Qualitätssicherung mit Echtzeit-Produktions-Screening

Zusammenarbeit vereint IT- und Fertigungskompetenz

Eine IIoT-Plattform ist eine Kombination aus Hardware und Software. tkMIoT verfügte über fundierte Kenntnisse seiner Produktionsanlagen und der Art der Verbindungen, die zur Automatisierung und Optimierung der Fertigungsdienste erforderlich waren. Das Unternehmen verfügte jedoch nicht über umfassende Erfahrung in der Softwareentwicklung. Intel hingegen ist führend im Bereich Industrie 4.0 und verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung von IIoT-Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungsfällen. Durch die Zusammenarbeit konnte tkMIoT eine End-to-End-Lösung erstellen, eine eigene Software entwickeln und die richtige Kombination der aktivierenden Hardwaretechnologien auswählen. Technische Experten und Ingenieure von Intel unterstützten die Entwicklung von toii durch tkMIoT und halfen dem Unternehmen, neue Produktionsstandards zu erreichen und sein Geschäft zu beschleunigen.

Während toii die digitale Transformation der Fabriken von tkMIoT unterstützte, hatte das Unternehmen eine größere Vision. Ziel war es, die Plattform für andere Hersteller auf der ganzen Welt freizugeben und die weltweite Akzeptanz von Industrie 4.0 voranzutreiben. Angezogen von der umfassenden Architektur von Intel, der erstklassigen Edge-to-Cloud-Technologie und dem starken Partner-Ökosystem beschloss tkMIoT, toii als Intel IoT Market Ready Solutions-Programm zu vermarkten. Dieses Programm hilft bei der Erschließung neuer Kanäle, mit denen Unternehmen leichter Partner auswählen können, die wirklich funktionierende Lösungen anbieten. Durch die Sensibilisierung für die toii-Lösung kann Intel helfen, Industrie 4.0 für eine wachsende Anzahl von Herstellern zur Realität werden zu lassen.

Konnektivität im gesamten Produktbereich

Die gesamte Palette an Maschinen wie Bremssättel, manuelle Bandsägen und mehrstufige Produktionssysteme sowie IT-Systeme bei tkMIoT können jetzt mit toii verbunden werden. tkMIoT hat seit 2017 toii an mehr als 30 Standorten erfolgreich implementiert. Die Prozessautomatisierung mit der toii-Plattform hat die Ausfallzeiten um bis zu 50 Prozent reduziert und die Produktion im Vergleich zum Vorjahr um 20 Prozent gesteigert.¹

Die Benutzeroberfläche von toii ermöglicht tkMIoT-Mitarbeitern ein effizientes und ergonomisches Betreiben der Plattform. Verschiedene fehleranfällige handschriftliche Verfahren wurden ebenfalls aus dem Prozess entfernt und durch digitale Daten ersetzt. Dies hat dazu beigetragen, menschliches Versagen zu reduzieren, beispielsweise Fehler, die bei der Übertragung handschriftlicher Notizen in digitale Dokumente auftreten können.

Mit seinem modularen Aufbau ist toii hochgradig skalierbar, da Maschinen verschiedener Marken und Generationen miteinander kommunizieren können. toii kann auch dann implementiert werden, wenn Unternehmen gerade erst anfangen, die Vorteile von Industrie 4.0 zu entdecken. Oft ist es bei anderen Lösungen erforderlich, dass Maschinen Daten direkt in eine Cloud übertragen können; toii unterstützt jedoch auch die lokale Aufbewahrung von Daten, was die Implementierung in eine vorhandene Fertigungsumgebung erleichtert. Zu den besonderen Vorteilen, die tkMIoT durch die Bereitstellung von toii in seinen Fabriken erfahren hat, gehören:

• Optimierte Maschinenauslastung
• Automatisierung ganzer Produktionsprozesse
• Möglichkeit zur Bündelung von Ressourcen und Optimierung ihrer Nutzung in der gesamten Wertschöpfungskette
• Jederzeit Einblick in Status, Fortschritt und Leistung der Produktion sowie die Möglichkeit, die Produktionsplanung mit den tatsächlichen Produktionsdaten zu verknüpfen
• Vermeidung drohender Maschinenausfälle bei vorausschauender Instandhaltung
• Bereitstellung zeitnaher Informationen für das Fertigungsmanagement, die in die kontinuierliche Verbesserung von Technologie und Prozessen einfließen

Nachdem es tkMIoT gelungen ist, die digitale Transformation in den Kernbereich seines Geschäfts zu bringen, möchte das Unternehmen auch anderen Unternehmen dabei helfen, diesen Schritt zu wagen. Erfahrene tkMIoT-Berater können anderen Herstellern helfen, toii als marktreife Lösung einzuführen. Ein Team von DevOps-Softwareentwicklern kann maßgeschneiderte Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungsfällen erstellen.

Kundenerfolgsgeschichte: thyssenkrupp Materials Schweiz AG

Die thyssenkrupp Materials Schweiz AG produziert metallenes Halbzeug, das nach genau abgestimmten Spezifikationen bearbeitet werden muss. Diese Produkte werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter in der additiven Fertigung, in der Luft- und Raumfahrt, in Kunststoffspritzgussanwendungen, in der Uhrenproduktion und in der Medizintechnik.

Um die höchste Qualität zu gewährleisten, müssen die Maschinen, die die Metalle sägen, fräsen, schleifen und auf andere Weise bearbeiten, ständig überwacht werden. Wenn sich der Status einer Maschine ändert, ist eine schnelle Reaktion erforderlich, um Arbeiten von geringerer Qualität oder Produktschäden zu vermeiden. Bei mehr als 40 zu wartenden Maschinen war die manuelle Analyse der Produktivität einer Maschine äußerst zeitaufwändig.

In Zusammenarbeit mit thyssenkrupp Materials IoT hat die thyssenkrupp Materials Schweiz AG toii – die von thyssenkrupp Materials IoT entwickelte Plattform für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) – bereitgestellt. Die toii-Plattform kann Daten aller Fertigungskomponenten der thyssenkrupp Materials Schweiz AG sammeln und analysieren und dient damit als Grundlage für die Optimierung der Produktion und die Umstellung auf Industrie 4.0.

Die Ergebnisse:

• Die automatisierten Prozesse von toii reduzierten die Ausfallzeiten der Maschine um über 10 Prozent.³
• Mitarbeiter können bei Ausfällen oder Störungen schnell reagieren, um die Produktivität wiederherzustellen.
• Die Akkumulation von Maschinendaten ermöglicht eine intelligente Analyse wiederkehrender Maschinenausfälle und die Entwicklung von Schadensbegrenzungen.
• Daten zur Maschinenauslastung können zu Effizienzverbesserungen führen.
• Durch die verstärkte Automatisierung und Optimierung wird die Arbeitsbelastung der Mitarbeiter reduziert, sodass sie an zusätzlichen produktiven Services arbeiten können.

Im Blickpunkt: thyssenkrupp und thyssenkrupp Materials IoT GmbH

Das Leistungsportfolio von thyssenkrupp reicht von der Bereitstellung hochwertiger Roh- und Grundstoffe über technische Dienstleistungen bis hin zur Entwicklung intelligenter Prozesse in den Bereichen Automatisierung, verzweigte Versorgungskanäle sowie Lager- und Bestandsmanagement. Das Unternehmen bedient weltweit 250.000 Kunden. Im Jahr 2019 gründete thyssenkrupp eine Tochtergesellschaft, die thyssenkrupp Materials IoT GmbH (tkMIoT), die sich auf die Bereitstellung integrierter Lösungen für die Verbindung der Produktion und die Digitalisierung der Wertschöpfungsketten der Kunden konzentriert, um andere Unternehmen beim Übergang zur digitalisierten Produktion zu unterstützen. tkMIoT verfügt über ein erfahrenes Team mit umfassender Erfahrung in Industrieprojekten und kombiniert eine Startup-Kultur mit den Traditionen einer globalen Gruppe mit mehr als 200 Jahren Industrieerfahrung.

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