CASE STUDY // AUTOMATIONMITSUBISHI ELECTRIC REALISIERT IOT MIT SAP.
Ein gewaltiges Hindernis auf dem Weg zu Industrie 4.0 und dem Internet derDinge (IoT) ist nach wie vor die historische Trennung zwischen der IT-Welt undder Produktionstechnik beziehungsweise der ‚Operational Technology (OT)‘.
Zusammen mit SAP will Mitsubishi Electric diese Lücke schließen.

OT trifft auf IT
Die Integration von IT und OT gilt als
Schlüssel für eine erfolgreiche
Umsetzung von Industrie 4.0.
Während für die
Informationstechnologie Schutz undVertraulichkeit der Daten an erster
Stelle stehen, ist die Verfügbarkeit das
A und O in der Produktion. Mit der
Anbindung bis dato geschlossener
Fertigungssysteme an das Internet
und der neuen Verantwortung der IT
für die Verwaltung und Absicherung
der Produktionsmittel müssen beide
Seiten zueinanderfinden, um im
Zeitalter des IoT produktiv und effizient
zu arbeiten – eine Herausforderung,
der sich Mitsubishi Electric und SAP
gemeinsam stellen

Wie weit die Abstimmung vonProduktion auf der einen und
MES/ERP-Welt auf der anderen Seite
bereits fortgeschritten ist,veranschaulichte ein gemeinsamer
Showcase auf der zurückliegenden
Hannover Messe: Dabei handelte essich um eine reale Roboterzelle mit
einem digitalen Abbild („Digital Twin“)
des physischen Produkts in der SAP
Cloud Platform. Der digitale Zwilling
ermöglichte dabei die umfängliche
Analyse und Nutzung sämtlicher
Anlagen- und Prozessdaten sowohl
durch den Hersteller als auch den
Betreiber – und zwar mittels
benutzerdefinierter OEE-Dashboards
sowie dem Einsatz von Augmented
Reality für die vorausschauende
Wartung.

Mitsubishi Electric Europe B.V. / Mitsubishi-Electric-Platz 1 / 40882 Ratingen / Germany
T: +49 (0) 21 02 / 4 86 – 0 / solutions@meg.mee.com / www.MitsubishiElectric.de

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Bevor das Projekt letztlich umgesetzt
werden konnte, mussten sich SAP auf
der IT-Seite und Mitsubishi Electric auf
der OT-Seite erst einmal auf
gemeinsame Begriffsdefinitionen
verständigen, um die Anbindung derAutomatisierungswelt mit ihren SPSen,
Robotern, Motion-Controllern und
CNC-Steuerungen an die Cloud von
SAP zu realisieren.

Thomas Lantermann, Senior
Solution Consultant bei
Mitsubishi Electric, nennt
ein Beispiel: „Als die ITAnwender in ‚ihrer‘ Echtzeit- also jede Sekunde - den
Stromverbrauch der Achsen
lesen wollten, mussten die
OT-Leute schmunzeln; fürsie heißt Echtzeit
Millisekunden. Bei einer
Abtastung in Sekunden
könnte die Achse
theoretisch immer im
Stillstand sein. Die Lösung
bestand letztlich darin, dassin der OT-Welt ein Mittelwert
gebildet wurde.“

Eine wesentliche Voraussetzung füreine reibungslose Integration ist
zudem eine zentralisierte
Datenübergabe an die IoT Services
der Cloud Plattform von SAP. Die
Voraussetzung hierfür schafft die
anlagenweite Transparenz, das heißt
von einem Punkt im Netzwerk können
alle Mitsubishi-Geräte, aber auchverschiedene andere
Automatisierungsgeräte, angebunden
werden. Somit kann von einer
zentralen Stelle in der Produktion auf
alle Daten zugegriffen werden undauch der Datenaustausch mit weiteren
Komponenten wie RFID-Lesern,
Sensoren oder anderen Steuerungssystemen ist einfach möglich.
Die Besonderheit und wesentliche
Vereinfachung der gemeinsamen
Lösung von Mitsubishi Electric und
SAP besteht in der direkten Anbindung
der Produktion ohne Nutzung weiterer
Gateways. Das bedeutet: Mitsubishi
Electric verwendet dabei eine
proprietäre Technologie unter
Umgehung Windows-basierter
Systeme, was unter anderem ein
hohes Maß an Sicherheit (Cyber
Security) für die Anlagen gewährleistet.
Alternativ beziehungsweise bei
anderen Herstellern erfolgt die
Anbindung mit einem SoftwareGateway über OPC UA. Lantermannhierzu: „Die OPC-UA-Anbindung
beinhaltet, genau wie die Webservicebasierte Anbindung direkt aus der
Mitsubishi Electric Plattform,
zahlreiche Zertifizier-,
Verschlüsselungs- undAuthentifizierungsmöglichkeiten.
Jedoch sind weitere Gateways aucheine zusätzliche Fehlerquelle,
insbesondere wenn sie Windowsbasiert sind.“

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CASE STUDY // AUTOMATIONDie SAP Cloud Plattform übernimmt
schließlich die effiziente Speicherung
sehr großer Datenmengen in einem‚Big Data Lake‘. Dieser Speicher stellt
die Daten dann allen Applikationen
und Services in der Cloud-Umgebung
zur Verfügung. Kurzfristige Daten,
beispielsweise die Zeitreihen dervergangenen vier Wochen, werden
dabei in einer In-Memory-Datenbank
abgelegt, um einen schnellen Zugriffzu ermöglichen. Die historischen
Daten hingegen werden in
kostengünstigeren klassischen BigData-Speichern verwaltet. Da SAP
dies als Service (PaaS) anbietet, mussder Anwender keine Big-DataArchitektur im eigenen Rechenzentrum
aufbauen und betreiben.

So erfolgt die IT-Anbindung der
Produktion
Für die Anbindung an SAP wird auf
der Programmierplattform iQ Worksvon Mitsubishi Electric eine Struktur für
die Daten (Strukturierter Daten Typ(SDT) nach IEC 61131-3) definiert, diean die SAP Cloud Platform gesendet
werden sollen. Für den Showcase
wurden 1000 Messwerte vorgegeben;
die Größe der Datenstruktur ist jedochfrei wählbar. Anschließend sind nur
noch die IP-Adresse der IoT-Services
und die Login-Daten (Name, Passwort)
an der Kommunikationsschnittstelle ‚C
Application Server‘ zu parametrieren.
Danach werden die Daten
kontinuierlich ausgetauscht,
typischerweise alle 500 ms.
Grundsätzlich sind auch weitere
Datenstrukturen mit unterschiedlichenÜbertragungsinterwallen definierbar,

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wobei die ereignisgesteuerteÜbertragung von einzelnen Daten
parallel möglich ist.
In der Cloud werden diese
Informationen auf die
unterschiedlichen Applikationen verteilt.
Die hier zur Verfügung stehenden
Services umfassen unter anderem
Analysetools zur Auswertung vonFehlercodes, Machine Learning
Services, Entwicklungsservices für die
geräteübergreifende Entwicklung
eigener Anwendungen sowie
Integrationsservices für die lokalen
ERP-Systeme. Im letzten Schritt
werden die ausgewerteten Daten
wieder in einer vordefinierten
Datenstruktur an die
Automatisierungswelt übertragen.
Die Datenstrukturen zum Senden und
Empfangen legten die IT- und OTTeams jeweils gemeinsam fest.
Danach wurden die Datenstrukturen
aus den verschieden Roboterwerten,wie zum Beispiel der Position oderdem Energieverbrauch, aber auch die
SAP-Ticketnummer im OTProgrammiertool editiert. Nun lassensich die Werte direkt mit den
Werkzeugen der IoT-Services prüfen
und visualisieren sowie an die
unmittelbar nutzbaren Anwendungenverteilen.
Der ‚Digital Twin‘ ist schließlich der
Punkt, an dem alle Informationen überein Asset – von den CAD-Daten bis
hin zu den Live-Cycle-Informationen –zusammenlaufen. Hier lassen sichauch Parameter, Programme und
Bibliotheken über die
Automatisierungsgeräte ablegen. Aufdiese Weise ist ein automatisierter
Datenaustausch von der Konstruktion
bis zur Simulation realisierbar.

„Eigentlich ist der digitale Zwilling ein
alter Hut“, so Adrian Langlouis,
Solution Architect, Discrete Industries
bei SAP: „Hersteller von intelligenten
Geräten verwalten für den Service
zum Teil schon längst das digitale
Abbild in ihrem Servicemodul, undAnlagenbetreiber nutzen ihr
Instandhaltungsmodul zur Definition
der Wartungsintervalle. Bislang hatten
Hersteller und Betreiber allerdings eine
jeweils einseitige Sicht auf die
Vorgänge in den eigenen
Modulen.“ Ein moderner ‚digitaler
Zwilling‘ hingegen entsteht Adrian
Langlouis zufolge dann, wenn
Informationen zum physischen Produkt
auf einer Cloud-Plattform, wie zum
Beispiel dem SAP Asset Intelligence
Network, zwischen allen Beteiligten
austauschbar sind. Hersteller,
Servicepartner und Betreiber vonAnlagen erhalten auf diese Weise
jeweils eine individualisierte Sicht auf
die Anlage.
Für den Hersteller bietet sich die
Nutzung des digitalen Zwillings im
Asset-Netzwerk als Serviceportal an,
wo er unter anderem
Dokumentationen, 3D-Modelle oder
Wartungsanweisungen der Anlage
bereitstellen und Self-ServiceFunktionen für den Kunden einrichten
kann, beispielsweise die direkte
Bestellung von Ersatzteilen durch
Auswahl am 3D-Modell. Die
Anlagenbetreiber wiederum erhalteneine einheitliche Sicht auf die digitale
Maschinenakte und können bei Bedarf
direkt im Kundenportal ein
Serviceticket anlegen und Ersatzteile
beim Originalhersteller oderbeispielsweise über einenangebundenen 3D-Druck-Marktplatz
von SAP bestellen.

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Durch letzteres erschließt auchherstellerseitig Optimierungspotenzial– etwa durch Verzicht auf die
Bevorratung und das Management
druckfähiger Ersatzteile, die nur selten
bestellt werden.
Optimierung der Wartung mit
Predictive Maintenance

Hersteller mit einer Vielzahl
baugleicher Maschinen im Einsatz bei
Kunden können durch eine statistischrelevante Anzahl von ähnlichen
Geräten eine besonders solide
Datenbasis für die Health Scores
liefern und entweder selber Monitoringund Predictive Maintenance alsService anbieten, oder aber dem
Betreiber selbst die Instandhaltung
erleichtern, indem ihm diese
Informationen über das Serviceportal
extern zur Verfügung gestellt werden.
In jedem Fall lassen sich auf diese
Weise Wartungszyklen optimieren undzum Teil erhebliche Kosten einsparen.
Was die Datenbasis angeht, sind derWartungsfall auf Betreiberseite undder Servicefall auf der Herstellerseite
nichts weiter als zwei Seiten derselben
Medaille.
Augmented Reality in der Wartung

Eine im Kontext von Industrie 4.0
zentrale Aufgabenstellung ist die
Analyse historischer Maschinendaten
aus der Steuerung und Sensorik, um
daraus Abweichungen undFehlermuster zu identifizieren und die
dabei gewonnenen Erkenntnisse
letztlich zur Überwachung von Anlagenbeziehungsweise zur Optimierung vonWartungszyklen zu nutzen. Die
Lösung ‚SAP Predictive Maintenanceand Service‘ liefert hierfür zum einen
die notwendigen Datenmodelle undAlgorithmen für das Trainieren derModelle, zum anderen schafft sie die
Grundlage für die Überwachung derAnlagen durch regelmäßig berechnete
und visualisierte ‚Health Scores‘, ausdenen sich der‚Gesundheitszustand‘ einer Anlage
ableiten lässt. Darüber hinaus wird die
Integration in die Instandhaltungs- undService-Lösungen von SAP
sichergestellt.

Angesichts des Fachkräftemangels in
der Industrie trifft es
Serviceorganisationen oderInstandhaltungsabteilungen schwer,
wenn Mitarbeiter mit Erfahrung in
Rente gehen oder das Unternehmenverlassen. Einen Ausweg aus diesem
Dilemma bietet die Nutzung vonAugmented Reality (AR) für den
Wartungseinsatz.
Wartungsanweisungen Schritt für
Schritt über ein 3D-Modell mit einer
Datenbrille zu visualisieren, macht esmöglich, komplexere
Wartungsaufgaben auch unerfahrenen
Mitarbeitern zu übertragen. Wird
dennoch Unterstützung benötigt, kannein erfahrener Techniker per Videozugeschaltet werden und den Kollegenvor Ort bei der Arbeit unterstützen.

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Während Fertigungsunternehmen auf
diese Weise unproduktive Tätigkeiten
auslagern und sich so auf Aktivitäten
zur Wertschöpfung konzentrieren
können, profitiert der Hersteller durch
Kundenbindung sowie bessere
Kontinuität und Nachhaltigkeit seiner
Umsatzströme.

Auch SAP und Mitsubishi Electrichaben sich in ihrem gemeinsamen
Showcase mit dem Thema befasst
beziehungsweise eine entsprechende
Lösung umgesetzt: Der Techniker
kann dabei ein mobiles Gerät - etwa
ein Industrie-Tablet - direkt auf den
Roboter richten und bekommt das 3DModell vor dem physischen Produkt
eingeblendet. Im 3D-Modell wird ihm
angezeigt, welches Teilauszutauschen ist und wie er dabei
vorgehen muss. Ein denkbares
Szenario in diesem Kontext wäre, dass
der Roboter sich selbständig meldet,
wenn er eine Wartung benötigt. In SAP
werden daraufhin Maßnahmen
eingeleitet, um den Service mit einem
Einsatz eines Technikers möglichst
effizient durchzuführen.
Equipment as a Service (EaaS)
Durch die vollständige Anbindung an
die Gerätedaten über die Cloud unddie Nutzung der sich neue ergebenden
Möglichkeiten in puncto
Fernüberwachung können sichAnlagenbauer künftig als Full-ServiceAnbieter positionieren und letztlich die
komplette Verantwortung für die
Instandhaltung und Verfügbarkeit derAnlagen übernehmen.

Konsequent weitergedacht, lassensich auf der Grundlage deruniversellen Datentransparenz neueGeschäftsmodelle – sprich weg vombisher üblichen Gerätevertrieb entwickeln. „Ein ganz klares
Geschäftsmodell sehe ich darin, dassdie Betreiber die Anlage vielleicht gar
nicht mehr kaufen, weil ihnen die
Investition zu hoch ist. Stattdessen
nutzen sie die Dienstleistung, die nacheinem Pay-per-Use-Modell
abgerechnet wird“, beschreibt Thomas
Lantermann, Senior Solution
Consultant bei Mitsubishi Electric,
seine Vision. Mit anderen Worten: Der
Kunde erhält ein Rundum-sorglosPaket mit einer im Rahmen vonService Level Agreements (SLAs)
zugesicherten Verfügbarkeit. Die
Maschine oder Anlage bleibt dabei im
Besitz und der Verantwortung desHerstellers, der seinem Kunden die
Performance respektive den Output
auf Basis einer Metrik berechnet.
Bereits existierende Beispiele aus derIndustrie sind die Anzahl bedruckter
Seiten bei Druckmaschinen,
Betriebsstunden bei Baugeräten und
die Menge an komprimierter Luft bei
Kompressoren.

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