Industrie 4.0: Telematik und Datenströme als Enabler für neue Geschäftsmodelle

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Gertrud Kraus
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1 Industrie 4.0: Telematik und Datenströme als Enabler für neue Geschäftsmodelle Hans-Ulrich Heidbrink InConTec GmbH Hannover Messe

2 Vom Produkt zur Lösung Aus einem Angebot von zu einem Angebot mit Produkten Lösungen Ergebnissen Geschäften Lieferanten Einzelteilen Der Weg zum Lösungsanbieter erfordert eine Änderung und Innovation des Geschäftsmodells Resultate Kundenbindung Netzwerk Partner Öko-Systeme Quelle: Neely, A. (2013): Innovating Your Business Model. QUIS13, Karlstad, Sweden Hannover Messe

3 Preislisten/Serien Produkt Produktauswahl nach Dimensionierungskriterien: Beispiel: Motor für Papierfabrikationswalzenantrieb Energiebedarf Benötigtes Drehmoment Drehzahlspektrum Anlaufverhalten Wellendurchmesser Einbaukriterien,. Motor Technologie (Elektro oder Hydromotor) Sicherheitszuschläge für erwartete Verfügbarkeit Lieferzeit,. Angebot / Listenpreis Hannover Messe

4 Lösung als Service Beispiel: Motor für Walzenantrieb in der Papierfabrikation Garantiertes Drehmoment mit einer Verfügbarkeit von 99,7% im 24/7 Betrieb mit den Parametern: Drehzahlspektrum Wellendurchmesser Bauraum max. Wellenposition Einbaukriterien,. Motor Technologie (Elektro oder Hydromotor) Sicherheitszuschläge für erwartete Verfügbarkeit Lieferzeit,. Betriebspreis /Jahr Hannover Messe

5 Wie kommt man zu den Werten? Verfügbarkeit = Gesamtzeit-Ausfallzeit Gesamtzeit Bei Projektierten Nutzungszeiten: im 24/7 Betrieb 99,7% Verfügbarkeit => 26,28 h max. Ausfallzeit im 12/5 Betrieb 99,7% Verfügbarkeit => 9,36h max. Ausfallzeit Ausfallzeit = > MTTR Mittlere Reparaturzeit Austauschzeiten Reparaturzeiten Reaktionszeit Beschaffungszeiten Wartungszeiten MBTF => Fehlerhäufigkeit => Mittlere Betriebszeit Hannover Messe

6 Big Data zur Risiko Minimierung Datenanalyse aus historischen Aufzeichnungen und Daten Big Data Zwei sogenannte Big Data Technologien bieten sich hierfür an: Erhebung der Verfügbarkeitsdaten aus den gespeicherten historischen Daten über die Ausfallzeiten der verkauften Systeme. (Big Data Sourcing und Analyse) Data Stream Management (DSMS) Analyse von Echtzeit Daten Erhebung der Echtzeitdaten über Sensorsysteme um im Sinne einer stetigen Systemüberwachung mit Trendanalyse automatische Eingriffe in das System zu bewirken und gleichzeitig die notwendigen Wartungsaufwendungen mit notwendigen Reparaturaktivitäten zu harmonisieren im Sinne einer präventiven Wartung und Nutzungsüberwachung des Systems Hannover Messe

7 Die Funktionsweise eines DSMS Neue oder geänderte Abfragen Sensor Daten Streams DSMS Queries Ʃ Archiv Abgeleitete berechnete Streams Alarme / Ereignisse Überwachung Anzeige Kollaboration Buffer Metadaten Regeln Algorithmen Hannover Messe

8 Unterstützung durch Forschung Funded by the 7 th Framework Program of the European Union Scalable Semantic Product Data Stream Management for Collaboration and Decision Making in Engineering Vier Fallstudien aus der Industrie mit unterschiedlicher Aufgabenstellung: Entwicklung, Projektierung, Wartung und Beschleunigung von Software Dienstleistungen Hannover Messe

9 Entwicklung von Fräswerkzeugen Spindelgeschwindigkeit Zerspankraft Eintauchtiefe Roh-Daten Ströme Berechnete DSMS und abgeleitete Datenströme Deflection Opt. Tool Model Tool Parameter Bibliothek Hannover Messe

10 Design Optimierung Prozess: Fräser-Optimierung Verhalten eines Fräserwerkzeugs Trend und Grenzwert Überwachung aus unterschiedlichen Sensoren Verbesserung des bestehenden Simulationsmodelles Optimierung des Fräsers Daten Volumen: Echtzeit Sensor Daten mit hoher Sample Rate von verschiedenen Sensoren Skalierbar für >200 Systeme Ergebnis: Schwachstellenanalyse des Prototyps Hannover Messe

11 Ausweitung des Produktportfolio Erwartete Auswirkungen: Verbesserung des Bearbeitungsprozesses Verbesserung des Entwurfsprozesses durch die Verwendung optimierter Simulations-Modelle Optimierte Bearbeitungsparameter als Dienstleistung und als zusätzliches Produktangebot für die eigenen Kunden Typische Bewertungskriterien: Energie Verbrauchs-Warnungen im Betriebsfall Verkürzung der Bearbeitungszeit Reduzierung der Abnutzung Visuelle Darstellung des Verhalten des Fräser Hannover Messe

12 Verkauf & Service von Hydromotoren Hydraulik Einheit Druck Hydro-Motor Leistung Bewegung DSMS Hydraulik Pumpen Zustand Überwachung Hannover Messe

13 Zuziehung von Experten bei Fehlern I m now showing you live data from the pressure sensor. Any ideas? Expert I think it s a problem with the oil quality. Can you check the oil quality sensor? X Data stream visualization (shared) Collaboration streams I m having problems with my hydraulic drive... Customer DSMS Hannover Messe

14 Hydro-Motor System Überwachung Prozess: Antriebsüberwachung Überwachung von Hydro-Motor Systemen Trend und Grenzwertberechnung in Echtzeit Erkennung von und Eingriff in kritischen Situationen Berechnung von Wartungsintervallen Feedback für die Dimensionierung von neuen Systemen Daten Volumen: Echtzeit Sensor Datenerfassung und Berechnung mit hohen Abtastraten Mehrere Systeme als Quelle der Datenströme Hannover Messe

15 Dimensionierung, Überwachung und Präventive Wartung Hägglunds Drives Kunde Erwartete Auswirkungen: Verbesserte Überwachung kritischer Messwerte ermöglicht bereits entstehende Fehlerquellen zu lokalisieren bzw. Fehler vorherzusagen, zu vermeiden und dadurch Wartungs- oder Reparatureingriffe zu planen um Stillstands Zeiten zu minimieren und Folgeschäden zu verhindern Funktionsorientierte Entwicklungs- und Dimensionierungsmethoden werden unterstützt und sicherer gemacht Automatische Abschaltung vor dem Crash Typische Bewertungskriterien: Erkennung von Schwachstellen im System und exakte Fehlerstatistik Echtzeitzugriff auf den aktuellen Zustand des Systems (auf gemessene und berechnete Messwerte) Hannover Messe

16 Flottenüberwachung von Radladern DSMS DSMS Level 1 als On-Bord Einheit mit Telematik DSMS Viskosität DSMS Drehzahl 2 DSMS Level 2 Projekt / Händler DSMS Druck Drehzahl 1 CAN Bus Monitoring View Europe DSMS Level 3 Überwachungs- Zentrale Hannover Messe

17 Risiko Minimierung Lernmodus Föderierte DSMS CAN-Bus α Aktuelle Daten Referenz Abweichung Föderierte DSMS α CAN-Bus Bit-Muster Glätten Neues Model Kollaborative Entscheidung Hannover Messe

18 Risiko Minimierung Betriebsmodus Föderierte DSMS CAN-Bus Kollaborative Entscheidung Aktuelle Daten Referenz Abweichung Semantic search Föderierte DSMS Video, Kupplung X Semantische Suche CAN-Bus Alarm Aktion Anzeige Kollaborative Entscheidung Hannover Messe

19 Überwachung der Nutzung Prozess: Baumaschinen Flottenüberwachung Analyse des Verhaltens von Baumaschinen um Abweichungen vom Standard Prozess zu erkennen Vertragliche Nutzungsüberwachung Verhaltenslernphase im Erstbetrieb Interaktion zwischen zentralem Überwachungszentrum, Händlern und Service Organisation vor Ort Daten Volumen: Echtzeit Sensor Datenabgriff von den CAN Bus Signalen mit Vorverarbeitung mehrstufiger Verdichtung zur Übertragung wesentlicher Daten an die Zentralwarte Skalierbarkeit der Lösung für bis zu Geräte Hannover Messe

20 Vertrags Überwachung Vertrag über Nutzungsbedingungen: Einsatzort:... Max. Load:.. Gelände: Verfügbarkeit: Erwartete Auswirkungen: Vertragliche Zusicherung erhöhter Verfügbarkeit (>xx,x %) Grundlage für Geschäftsmodelle, die auf immateriellen Begriffen und Werten und/oder physikalischen Parametern beruhen (z.b. Transport Volumen pro Zeiteinheit, mit Verfügbarkeit xx.x in einer definierten Umgebung, ) Typische Bewertungskriterien: Verbesserung der Verfügbarkeit um 10% Identifizierung von Radladern mit der höchsten Abweichung gegenüber dem Rest der Maschinenflotte Identifizierung von Vertragsverstößen Hannover Messe

21 Zeitreduzierung bei Optimierung Prozess: Struktur und Fluid Optimierung Simulations-Datenstrom erzeugt von FEM Simulations-Software Überwachung der Simulationsergebnisse auf Anwendbarkeit Übertragen der Zwischenstände der Simulation Trend Berechnung der Ergebnisse Iterative Änderung der Simulations- Modellparameter in Absprache zwischen Simulations- und Konstruktionsabteilung Daten Volumen: >100GB für jede Iteration; Typische Iterationen >40 Simulationszeit je Iteration 2h 20+h Hannover Messe

22 Strukturelle Optimierung Erwartete Auswirkungen: Reduzierung der Entwicklungszeit für die Endkunden Erhöhung der Akzeptanz für die Anwendung dieser Optimierungsmethode für komplexere Bauteile Unterstützung von Firmenübergreifender Zusammenarbeit unter IPR Schutzkriterien Typische Bewertungskriterien: Zeitreduzierung um mehr als 30% Hannover Messe

23 Experten Suche und IPR Schutz Simulations Daten FEM Modell Fortschritt Alarme Job Status DSMS PLM CRM IPR Job Daten Schutz Experten Profile Simulations Parameter Hannover Messe

24 Nutzen von DSMS bei Einführung Serviceorientierter Geschäftsmodelle Data Stream Management Systeme (DSMS) unterstützen und ermöglichen die Einführung Serviceorientierter Geschäftsmodelle durch: Überwachung des Verhaltens technischer System in Echtzeit Mathematische Vereinigung verschiedener Sensorströme (Sensor-Fusion) Jederzeit aktuelle Trend-Analysen Alarmgenerierung zum Interaktiven Eingriff durch den Bediener Automatischen Eingriff zum Start einer Notfallaktion (Abschaltung, Reduzierung eines Wertes, Sollwertänderung, ) Start einer geführten Kollaborationssitzung mit Experten mit Dokumentation der Entscheidung Einbindung in vorgegebene Workflow Prozesse Auslösung von präventiven und Ad-hoc Wartungsaktivitäten Erstellung und Verbesserung der Simulationsmodelle für die Entwicklung neuer Systeme Überwachung vertraglich festgelegter Bedingungen und Voraussetzungen Hannover Messe

25 Danke für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit Hannover Messe

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