leogistics d.s.c. | 03. 09. 2020
by Steven Klein
Vom Shop Floor zum Top Floor: IoT-Szenarien in der Logistik


Das Internet der Dinge (IoT, Internet of Things): Ein Sammelbegriff für Technologien einer globalen Infrastruktur, die es ermöglicht, physische und virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen. Bei Industrial IoT geht es speziell um das Bedürfnis von Unternehmen, den Grad der Automatisierung durch den Einsatz smarter Geräte zu erhöhen. 

Das Thema IoT bekommt zurzeit sehr viel Rückendwind. Sensoren und Devices werden kleiner, sind weniger Energie-hungrig und in vielen Fällen sinken die Preise. Viele Geräte sind bereits von Haus aus smart, verfügen also über Netzwerkzugänge und sind mobil einsetzbar. Auch der 5G-Standard wird mit Narrowband IoT immer mehr ausgeweitet und somit können Informationen ressourcensparend über große Entfernungen hinweg ausgetauscht werden. 

Im Folgenden werfen wir einen Blick auf die Architektur und Anwendungsszenarien für das Einsatzfeld Logistik.



EINSATZFELDER FÜR SENSOREN

Es gibt viele Stellen beim Betrieb eines Hofes oder eines Lagers, an denen Umgebungsvariablen durch Sensoren aufgenommen, verarbeitet und bereitgestellt werden können, um Prozesse zu digitalisieren und zu automatisieren:
Temperatursensoren lassen sich zum Beispiel sich sehr gut mittels IoT in die IT-Landschaft einbinden. Messdaten können für Qualitäts-Checks herangezogen werden und Warnungen generieren.

Häufig können dieselben smarten Sensoren auch Luftdruck und Feuchtigkeit messen, was insbesondere im produzierenden Gewerbe oder bei Schüttgut zur Anwendung kommt. Bewegungs- oder Neigungssensoren im Maschinen- und Anlagenbau sind in der Lage, Unfälle zu identifizieren. Wurde zum Beispiel ein kritisches Ereignis gemeldet, kann auf einen notwendigen Check der Anlage hingewiesen werden, um bei der Einhaltung der Qualitätsstandards zu unterstützen.

Zur Visualisierung von IoT-Szenarien arbeiten wir häufig mit einem Hardware-Brett



WER TREIBT DEN EINSATZ VON IOT IN UNTERNEHMEN?

Wir haben die Erfahrung gemacht, dass häufig die interne IT ein offenes Ohr für IoT-Szenarien hat. Sie erhalten Anfragen aus sehr unterschiedlichen Abteilungen. Die Nachfrage nach aktuellen Informationen aus der Produktion, dem Prozessfortschritt in der logistischen Abwicklung und geplanten Ausfallzeiten für Maintenance des Equipments sind komplex und würden durch die Umsetzung eines smart factory Ansatzes durch den Einsatz von IoT enorm erleichtert.

Auch die Mitarbeiter der Fachbereiche sind aus dem privaten Umfeld an smarte Devices und (teil-)automatisierte Abläufe gewöhnt. Zunehmend suchen die Kollegen auch in ihrem beruflichen Umfeld nach neuen Möglichkeiten, wie beispielsweise dem Einsatz von Sensoren zur Erhöhung von Prozesssicherheit und zur Digitalisierung von Daten. 



WIE SIEHT EINE MÖGLICHE ARCHITEKTUR AUS?

In IoT-Szenarien geht es in erster Linie darum, Informationen zu erfassen, zu verarbeiten, bereitzustellen, zu analysieren und gegebenenfalls als Trigger für eine Folgeaktion einzusetzen. Je nach Einsatzgebiet kann es interessant sein, bereits eine Vorverarbeitung der Daten durchzuführen (Edge IoT), sofern die Geräte hierfür über die notwendige Rechenkapazität verfügen.

Bei der vierten Stufe der Transformation im Sinne der Industrie 4.0 liegt der Fokus unter anderem auf Automatisierung durch IoT. Wie in der folgenden Grafik zu sehen, bildet der Factory Floor (auch Shop Floor genannt) die Grundlage für die Automatisierung. 

Auf dem Factory Floor findet die Produktion statt. Hier laufen Fließbänder, und Gabelstapler lagern ein und aus. Alle diese Vorgänge lassen Prozesse voranschreiten.

Vom Bestellungseingang, über Fertigung, bis hin zur Lieferung an die Haustür können Statusinformation basierend auf einem Kundenauftrag verfolgt und z. B. in einer App dargestellt werden. Für die Produktion können Daten über die Maschinen sowie Lagerbestände (z. B. über optische Sensoren oder Füllstandsensoren) überwacht werden.

Industrial IoT 4.0 Landschaft als Pyramiden-Darstellung

  • In der PLC-Schicht (Programmable Logical Controller), auch SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) genannt, laufen die Daten zusammen. Hier sind die Logiken und Auswertungen für den Factory Floor angesiedelt. Die Daten werden in klassischen Szenarien ausschließlich für die Überwachung der Maschinen und deren Steuerung verwendet. Eng daran gekoppelt sind die Human Machine Interfaces (HMI) zur Steuerung der Anlagen. 
  • Mit SCADA (Supervisory Control and Data) werden Statistiken erstellt und die Überwachung der Anlagen ermöglicht. 
  • Alles wird letztendlich im prozessnah operierenden, mehrschichtigen Fertigungsmanagementsystem, dem MES (Manufacturing Execution System), zusammengefasst.
  • Neu in der vierten Stufe ist die Integration mit dem ERP (Enterprise Resource Planning). Über IoT-Gateways und spezielle IoT-Protokolle wie MQTT oder OPC-UA werden die Daten aufbereitet und an die ERP-Schicht übergeben. Hier unterstützen die mittels IoT gewonnenen Daten bei der Automatisierung der Ressourcenplanung, der automatischen Aktualisierung von Belegen, Standorten, Lokationen und Lagerbeständen sowie beim automatischen Auslösen von Bestellungen und die daran geknüpften Schritte der Workflows.


ANWENDUNGSBEISPIEL LKW-ABFERTIGUNG

In der Logistik bietet der LKW-Prozess auf dem Werksgelände eine große Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten für IoT, von der Automatisierung der LKW-Abfertigung bis hin zur Darstellung aller LKW-bezogenen Informationen als Digital Twin. 

Diese Information wird wiederum dem parkenden LKW über die Großanzeige zur Verfügung gestellt und so der Abruf der LKWs für die Abfertigung automatisiert.

  • Alle Informationen, die auf diese Weise gewonnen werden, können in aufbereiteter Form im top floor für Statistiken für weitere Planungen und Auslastungsübersichten herangezogen werden.
  • Gesammelte Informationen ermöglichen Rückschlüsse auf den derzeitigen Zustand und stellen eine wichtige Grundlage für präventive Wartung dar. Zudem können die Daten für Statistiken und Maschine Learning verwenden werden.


WARUM WIRD UNS DAS THEMA IOT NOCH LÄNGER BEGLEITEN?

Wer Daten sammelt und analysiert, möchte daraus auch weitere Informationen ableiten und Schlüsse ziehen. Dabei werden Unternehmen zunehmend durch künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen unterstützt. Der allgemeine Trend zur Automatisierung und Digitalisierung fördert den Einsatz von IoT- Devices. Auch die smarte Wartung (bis hin zu Predictive Maintenance) und Fernwartung spielen bei der Automatisierung von Prozessen eine immer wichtigere Rolle.

Um wettbewerbsfähig zu bleiben und den Anschluss nicht zu verpassen gilt es nun, Einsatzfelder für IoT zu identifizieren und die bestehende IT-Architektur auf Zukunftssicherheit zu überprüfen. In unserem Webinar rund um Einsatzmöglichkeiten von IoT in der Logistik zeigen wir Ihnen auf, welche Erfahrungen wir gemacht haben und wo wir Sie unterstützen können.

Bei Fragen zu diesem oder anderen Themen im Blog wenden Sie sich gerne an blog@leogistics.com.

Steven Klein
Jan-Philipp Horstmann
leogistics GmbH