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Integrationsplattformen als zentraler Knotenpunkt für Smart Services

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VR HeadsetSmart Services werden im gesamten Produktlebenszyklus des Maschinenbaus immer wichtiger. Als digitale Dienstleistung nutzen und erzeugen sie Informationen und vermarkten über digitale Marktplätze und Schnittstellen dienstleistungsbasierte Angebote.

Smart Services als Teil von Industrie 4.0 / Industrial Internet of Things

Die digitale Transformation verändert die Wertschöpfung von Produkten, Maschinen, Anlagen, in allen Industrien und in einem rasanten Tempo. Dabei werden Daten zum erfolgskritischen Wettbewerbsfaktor und sogenannten IoT-Plattformen Ausgangspunkt für Smart Services.

Maschinen- und Anlagenbauer sichern ihre Wettbewerbsfähigkeit indem sie ihre Produkte smart und service-fähig machen um über Internetverbindungen Smart Services anbieten zu können. Dabei gewinnt die durchgängige Vernetzung von Smart Services durch eine IoT-fähige Integrationsplattform immer mehr an Bedeutung.

Digitale Transformation und die Verschmelzung von Produkten mit Informationstechnologien

Im Zuge der digitalen Transformation in der produzierenden Industrie verschmelzen Produkte, Maschinen und Anlagen immer mehr mit Informationstechnologien. Darauf aufbauend entstehen entlang der Wertschöpfungskette Netzwerke aus digital interagierenden Akteuren wie Herstellern, Lieferanten, Kunden und weiteren Geschäftspartnern aber auch IT-Systemen.

Produktlebenszyklus
Abbildung: Smart Services im gesamten Produktlebenszyklus von der Produktentwicklung bis hin zur Wartung

Der überwiegende Anteil der Wertschöpfung verlagert sich dabei in den Aftersales-Service, d.h. Dienstleistungen nach dem Kauf des Produkts, der Maschine oder Anlage. Hersteller wie auch IT-Systemintegratoren sind daher gezwungen, Services und Lösungen über den gesamten Lebenszyklus der Produkte von der Produktentwicklung über die Produktion bis hin zur Wartung anzubieten.

Wie alle anderen Branchen der produzierenden Industrien stehen Maschinen- und Anlagenbauer auch vor der Herausforderung, die Wertschöpfungskette durchgehend zu digitalisieren, um Prozesse zu optimieren, flexibler agieren und innovative, u.a. servicebasierte Geschäftsmodelle umsetzen zu können.

Smart Products als Grundlage für Smart Services

Smart Products sind Produkte, Maschinen und Anlagen etc., die mit Sensorik ausgestattet sind, durch Software gesteuert werden und mit dem Internet verbunden sind. Dabei sammeln sie Daten aus ihrer Umgebung, werten diese aus und teilen sie mit anderen Geräten und Akteuren. Im Zeitalter von Industrie 4.0 bzw. I(IoT) „Industriellen Internet der Dinge“, werden so Daten, Dienste und Prozesse sowie Infrastruktur miteinander vernetzt und bilden Wertschöpfungsnetzwerke. Die Abbildung dieser Smart Products erfolgt auf sogenannten (I)IoT-Plattformen, welche die Grundlage für Smart Services bilden.

In der frühen Phase des Produktlebenszyklus liefern virtuelle, digitale Modelle realer Produkte wichtige Unterstützung, häufig spricht man vom „digitalen Zwilling“ (engl. Digital Twin). Ein digitaler Zwilling ist dabei eine virtuelle Abbildung eines physischen Produkts und entsteht bei der Entwicklung eines Produkts. So wird das physische Produkt durch datenbasierte Dienste erweitert. Die Endbenutzer erhalten dann nicht nur ein Produkt sondern ein Produkt mit dazugehörigen Services.

Smart Services mittels digitaler Zwillinge

Das mit Sensoren ausgestattete physische smarte Produkt wird während seiner gesamten Nutzungsdauer von seinem digitalen Zwilling begleitet. Eingebaute Sensoren an den realen Produkten und Maschinen geben somit ständig Informationen an den digitalen Zwilling weiter.

Digitaler Zwilling
Abbildung: Digitaler Zwilling ermöglicht Smart Services

So erlauben die digitalen Zwillinge u.a. auf Produktionsdaten aufbauende Simulationen und Analysen. Hierdurch lassen sich ohne Beeinträchtigung des physischen Systems, die Produktionsanlagen und Prozesse verbessern, mögliche Störungen oder Ausfälle analysieren und entsprechende Gegenmaßnahmen entwickeln.

Heute verhindern sowohl die fehlende Verfügbarkeit von Daten als auch die Heterogenität der eingesetzten IT-Systeme eine kontinuierliche Nutzung von digitalen Services. Für komplexe Dienstleistungen sind neben einer wachsenden Datenbasis noch geeignete Prozess- und Systemintegrationen mit bestehenden Serviceprozessen notwendig.

Sowohl für den Austausch zwischen dem digitalen Zwilling eines Produkts beim Hersteller, Betreiber, Anwender oder Dienstleister als auch für den Austausch zwischen verschiedenen weiterverarbeitenden Systemen bedarf es einer geeigneten Integrationslösung.

Integrationsplattform als zentraler Knotenpunkt für integrierte Smart Services

Die Integrationsplattformen bilden die Grundlage dafür, Smart Products in heterogenen IT-Landschaften mit den Bestandssystemen zu vernetzen.

Die Wertschöpfung wird von einem exponentiellen Wachstum an datenerzeugenden und datenverarbeitenden Systemen getrieben. Dabei werden die Geschäftsprozesse im gesamten Produktlebenszyklus entlang der Wertschöpfungskette eines Unternehmens durch die zahlreiche, unterschiedliche IT-Systeme unterstützt. Meist sind an einem Prozess mehrere Systeme beteiligt, die über APIs (Application Programming Interfaces, dt.: Schnittstellen für die Anwendungsprogrammierung) miteinander interagieren. Diese stellen ausgewählte Systemfunktionen in Echtzeit für die Nutzung durch andere Anwendungen bereit. Bisher wurden Schnittstellen meist nach Bedarf geschaffen, häufig auf Zuruf, von unterschiedlichen Teams oder mit Hilfe externer Dienstleister und auf Basis verschiedenster Technologien. Die Folge: Hohe Komplexität, unflexible Systeme und Wildwuchs – d.h. keine einheitlichen Sicherheitsstandards und keine zentrale Kontrolle, wer Zugriff auf welche Systeme erhalten hat. Ferner leidet die Qualität, da keine zentral verwaltete Ebene die API-Profile für die unterschiedlichen Systeme überwacht.

API Management als Grundlagen der effizienten Integration von Echtzeit Smart Services

Der steigende Bedarf nach APIs stellt die IT-Abteilung vor große Herausforderungen. Sie muss Schnittstellen entwickeln, bereitstellen und dokumentieren, eigene und fremde APIs verwalten, die Sicherheit beim Datenzugriff gewährleisten und den Überblick über erteilte Berechtigungen behalten. Interne Systeme – gerade solche mit geschäftskritischer Funktion – sind meist Teil einer gewachsenen IT-Landschaft. Sie sind an die Anforderungen des Unternehmens angepasst, bewährt und stabil. Andererseits nutzen sie häufig ältere Technologien und laufen oft längere Zeit unverändert. Zwar existieren oft generische Schnittstellen, um z.B. Datenbankinhalte auszulesen. Diese erfüllen jedoch nicht die Forderung nach genau auf die Nutzergruppe zugeschnittenen, internet-tauglichen APIs, wie sie im Umfeld der Digitalisierung etwa für Smart Services erforderlich sind.

Echtzeit Smart Services
Abbildung: API Management für integrierte »Echtzeit Smart Services«

Ein Lösungskonzept ist die Bildung einer API-Fassade. Nur diese Fassade ist nach außen sichtbar; die Daten haltenden Anwendungen und die Business-Logik sind hinter der API-Fassade verborgen und durch diese geschützt. Indem API-Fassaden die tatsächliche Komplexität der internen Systeme verbergen, sorgen sie dafür, dass unterschiedliche Systeme einfach und sicher mit den internen Anwendungen kommunizieren können. Die Fassaden sind gezielt für die Anforderungen und vorgesehenen Möglichkeiten der API-Nutzer gestaltet. Bereitgestellt werden sie von einem API Gateway, das gleichzeitig die Kontrolle und Absicherung der Zugriffe übernimmt (siehe Abbildung). Weil moderne Apps und Anwendungen ausschließlich mit der API-Fassade kommunizieren, können die dahinterliegenden internen Systeme auch jederzeit ersetzt oder verändert werden.

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Über den Autor:

Seref Erkayhan
Dr.-Ing. Seref Erkayhan ist als Produktmanager für Engineering (CAD/CAx)- und Produktdatenaustausch bei der SEEBURGER AG tätig und leitet den Geschäftsbereich für Maschinen- und Anlagenbau.

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