IoT-Plattform verbindet intelligente KI-Lösung und Datensicherheit

Entwickelnde Unternehmen stehen derzeit vor der Herausforderung, die heutzutage notwendige Digitalisierung „minimal-invasiv“ in ihre laufenden Geschäftsprozesse zu integrieren. Worauf kommt es dabei an?

Cognitive Computing: Das Ziel einer solchen kooperativen Softwareentwicklung ist es immer, dem Kunden einen noch größeren Nutzen zu bieten und zusätzliche Mehrwerte zu schaffen.

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In den meisten mittelständischen Betrieben wird es als besonders wichtig angesehen, die eigenen Daten im Rahmen der Digitalisierungsstrategie zum einen nicht an internationale Anbieter herausgeben zu müssen. Zum anderen wollen die Unternehmen einen Mehrwert sowie Wettbewerbsvorteil aus den Prozessdaten gewinnen, die mittels „Cognitive Computing“-Techniken aussagefähig bearbeitetet worden sind.

Kooperation im Softwarebereich zum Nutzen des Anwenders

Die Kooperation des Software-Unternehmens invenio Cognitive Technologies – als Solution Provider – mit „Rock5“ als Platform Provider macht es nun möglich, Kunden ganzheitlich auf dem Weg der Entwicklung neuer digitaler Services zu begleiten. Dank einer Internet-of-Things (IoT)-Plattform in Verbindung mit Künstlicher Intelligenz (KI) können einzelne Bauteile prozessual und funktional angesteuert werden. Währenddessen lassen sich mit invenio die vernetzten Elemente mittels KI intelligent gestalten, damit diese autonom in den Netzen agieren können.

Die Integration der KI in die Plattform von Rock5 ermöglicht somit eine reibungslose Kommunikation zwischen Mensch und Maschine, die im Zeitalter der Industrie 4.0 unerlässlich ist. Die maßgeschneiderte Komplettlösung der beiden Unternehmen bietet dem Kunden genau das, was er – ganz individuell – für seine Unternehmensprozesse benötigt. Zudem bleibt er zu jeder Zeit der „Herr seiner Daten“, da diese ausschließlich in Deutschland beziehungsweise auf seinem eigenen Server liegen.

Die erfassten Maschinendaten lassen sich einfach im Dashboard darstellen und sorgen stets für Transparenz im Produktionsbetrieb. Grafik: invenio

Agiler Ansatz für digitale Services

Beide an der Lösung beteiligten Unternehmen sind Dienstleister. Das Trägermedium der Cognitive Computing Lösung ist die IoT-Plattform von Rock5. Dies ist eine junge Firma, die 2013 in Karlsruhe entstanden ist. Die Gründer Eduard Marsal und Hans Kiefer teilen sich mehr als 30 Jahre Erfahrung im IT-Umfeld. Schon vor dem Start der Plattform haben sie in zahlreichen erfolgreichen Projekten zusammen gearbeitet und ihre Leistungen und Qualitätsansprüche immer weiter ausgebaut. Das Unternehmen ist darüber hinaus als Software-Entwickler im IoT-Bereich tätig und unterstützt Maschinenbauunternehmen und Fertigungsunternehmen bei der Realisierung von Industrie-4.0-Lösungen.

Die Grundidee ist aus vielen Gesprächen mit Kunden aus der Industrie entstanden. Da Rock5 sich nicht nur als ein technischer Realisierungspartner von IoT-Lösungen und Apps sieht, sondern seine Kunden auch beratend in der Produktentwicklung begleitet, haben die Verantwortlichen rasch erkannt, was bedeutsam ist: dass es eine Lösung geben muss, industrielle IoT-Projekte umzusetzen, bei denen der Kunde jederzeit die Hoheit über seine eigenen Daten behält. Durch eine iterative Vorgehensweise ist immer wieder Feedback von der Zielgruppe eingeholt worden, sodass effizient das passende Produkt entwickelt werden konnte.

Sichere Infrastruktur als Voraussetzung

Die IoT-Plattform bietet alle notwendigen Funktionen für den sicheren Betrieb einer IoT-Infrastruktur: Von der Connectivity der batteriebetriebenen Sensoren, die einfach über Funkstandards wie „LoRaWAN“ oder „Narrowband-IoT“ angebunden sind, bis hin zu IoT-Gateways, die über unterschiedliche Schnittstellen zum Anschluss von Temperatur-, Vibration- oder Drucksensoren verfügen. Mit dem Device-Management können tausende Sensoren oder IoT-Gateways organisiert und überwacht werden, wodurch der Kunde eine Inventarisierung sowie eine genaue Standort-Übersicht erhält.

Der lokale „Data Storage“ ermöglicht es, die gewonnenen Nutzdaten direkt in der mitgelieferten Time-Series-Database oder in einer relationalen Datenbank zu speichern und zu verarbeiten, ohne die Daten außer Haus zu geben. Ein weiterer Vorteil: Die IoT-Plattform kann nicht nur als Cloud-Variante genutzt werden, sondern ist ebenfalls lokal in den Unternehmensräumen ohne jegliche Internetverbindung (Inselnetz) funktional. Eine verschlüsselte Kommunikation zwischen IoT-Plattform und IoT-Gateways sorgt außerdem für ein höchstes Maß an Sicherheit vor Cyberattacken und Datenabgriff.

Die einfache, visuelle Darstellung der erfassten Maschinendaten im Dashboard sowie die intuitive Bedienung des Systems garantieren zudem stets die Transparenz im Produktionsbetrieb und während des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses.

Noch mehr Wertschöpfung dank Künstlicher Intelligenz

Besonders in modernen Produktionsanlagen, denen meist komplexe Systeme zugrunde liegen und zahlreiche Maschinen bei der Fertigung eines einzelnen Produktes zusammenwirken, ist nicht nur eine kontinuierliche Überwachung des Produktionsprozesses wichtig, sondern auch eine durch den Einsatz prädiktiver Systeme mögliche und verlässliche Vorausschau auf die Zukunft. Nur so können eine reibungslose Fertigung und eine hohe Qualität der Produkte gewährleistet werden.

Zustandsüberwachung: Dank der Vorhersage über den Verschleiß von Teilen lassen sich beispielsweise Kosten bei der Instandhaltung einsparen. Grafik: invenio

Eine zentrale Rolle kommt dabei der Erfassung der vielfältigen Maschinen- und Prozessdaten zu, die Auskunft über den Produktionsprozess geben können. Durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz und dort von Cognitive Computing Techniken – verbaut in sogenannten „kognitiven Agenten“ als intelligente Erweiterung der ehemaligen Digitalen Zwillinge – lassen sich Produktionsprozesse im Allgemeinen und das Verhalten der daran beteiligten Assets im Speziellen in Echtzeit simulieren. Eine simulationsvalidierte Antizipation der Produktionsprozesse ist damit möglich und eine optimierte Ausrichtung der Prozesse wird gewährleistet. Bereits dadurch ergeben sich mehrwertige Nutzenpotenziale und Optimierungsansätze.

Sobald Unternehmen die Plattform sowie die nötigen Sensoren für den Maschinenbau von Rock5 erwerben, wird die Plattform um kognitive Lösungen von invenio Cognitive Technologies, ebenfalls in Karlsruhe ansässig, erweitert. Diese GmbH ist Teil der invenio AG mit rund 1.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an 22 weltweiten Standorten. Die in der Software integrierte KI bietet über die reine Zustandsüberwachung hinaus die Möglichkeit, beispielsweise Vorhersagen über den vorzeitigen Verschleiß von Teilen zu machen, was wiederum Kosten bei der Instandhaltung einspart – denn ein unvorhergesehener Maschinenstillstand kann oftmals zu einer Unterbrechung der gesamten Produktion führen. Die lern- und adaptionsfähigen KI-Lösungen bieten dabei eine benutzerfreundliche Möglichkeit, diese Informationen direkt auf das Mobilgerät zu übermitteln, um zeitnah auf die Maschinenaktivität von überall einwirken zu können.

Die Anomalie-Erkennung erlaubt eine vorausschauende Wartung und bietet automatische Handlungsempfehlungen für einzelne Anlagen. Grafik: invenio

Das Expertenteam der Cognitive Technologies von invenio profitiert bei der Entwicklung der KI von seiner langjährigen Erfahrung der über 35-jährigen Firmengeschichte. So können die vom Partner entwickelten Apps zur Erweiterung der Plattform mit KI angereichert werden. Im Rahmen eines speziellen Vorgehensmodells „Cognitive Driven Development“ werden die Lösungen von invenio individuell für den Kunden entwickelt und dann in die Plattform eingebunden. In der Regel und je nach Branche wird dabei mit einem hybriden Vorgehensmodell gearbeitet: So werden zu Beginn eines Projektes in innovativen Workshops mit dem Kunden gemeinsam das Ziel und die Anforderungen definiert. In der Implementierungsphase wird auf agile Rahmenwerke wie „Scrum“ gesetzt. So können früh Mehrwerte geschaffen und die Lösung minimal-invasiv in bestehende Produktionsprozesse integriert werden.

Den „Proof of Value“ im Lösungsdemonstrator eruieren

Sowohl „Predictive Analytics“ für eine zeit- und kosteneffiziente Nutzung der Maschinen als auch eine Anomalie-Erkennung mit dem Ziel der vorausschauenden Wartung und automatischen Handlungsempfehlung für einzelne Anlagen können dem Nutzer im Dashboard dank der invenio-KI-Lösungen angezeigt werden. Beispielsweise kann eine akustische Schwingungserkennung das Geräuschniveau von Maschinen nicht nur überwachen, sondern auch Defekte frühzeitig erkennen und vor Verletzungen der Grenzwerte warnen. In Echtzeit werden die Maschinendaten von der lernfähigen KI erfasst und verarbeitet – auch ein lernfähiger Shop für das einfache und schnelle Nachbestellen von passenden Ersatzteilen kann angebunden werden.

Dank des Trainings werden je nach Technikverwendung u. a. neuronale Netze oder „Cognitive Fuzzy Maps“ zunehmend genauer in ihren Funktionen, sodass es auch wiederkehrende Vorfälle und bisher unbekannte Anomalien erkennen kann. Generell setzt die invenio Cognitive Technologies bei der Entwicklung solcher Lösungen auf die kombinatorische Verwendung unterschiedlicher KI-Techniken. So werden beispielsweise Produktionsregeln mit neuronalen Netzen und maschinellen Lernverfahren zur lern- und adaptionsfähigen Muster- bzw. Anomalie-Erkennung orchestriert.

Bei allen Schritten der Entwicklung wird der Kunde als Stakeholder aktiv eingebunden – aus technologischer Sicht liegt die Projektführung allerdings bei den Experten. So kann der Kunde seine Organisation technologisch und aus einer Hand ausbauen, ohne selbst in die Tiefen der Technik eintauchen zu müssen und profitiert von einer skalierfähigen, mit dem Unternehmen und seinen dynamischen Anforderungen wachsenden Lösung.

Lösungsdemonstrator zeigt frühzeitig den Nutzen

Die Synergieeffekte in der Verbindung zwischen Plattform und der KI sind groß: Durch die Entwicklung einer Lösung, die das Digitalisierungspotenzial beim Kunden ermittelt, kann anschließend ein konkret messbarer betriebswirtschaftlicher Erfolg erzielt werden. Beispielsweise können dank prädiktiver Instandhaltung Ausfallzeiten reduziert oder gar komplett verhindert werden, was hohe Kosten und Ausfallsituationen überhaupt nicht erst entstehen lässt.

Um den Proof of Value für das eigene Unternehmen zu zeigen, werden im Rahmen eines MVP (Minimum Viable Product)-Ansatzes – dem Lösungsdemonstrator – recht früh die Machbarkeit als auch die messbaren Mehrwerte sichtbar gemacht. Hierzu setzen Rock5 und invenio Cognitive Technologies auf Best Practices und vorkonfigurierte Musterlösungen, um das „Rad nicht immer neu erfinden zu müssen“.

Hilfreicher „Blick über den Tellerrand“

Industrie 4.0-Lösungen erstrecken sich üblicherweise über mehrere Gewerke hinweg und erfordern ein breites Spektrum an Kompetenzen. Auf der Suche nach fachlich versierten Partnern sind die beiden Unternehmen auf sich aufmerksam geworden. Insgesamt ist eine starke Kooperation entstanden, die es nun möglich macht, die Industrie 4.0 für alle Branchen gut zugänglich, sicher und wertschöpfend zu realisieren. Zugleich lässt sie sich technologisch, funktional und prozessual weiter ausgestalten. Vom Start-up in diversen Technologiebereichen bis zur funkbasierten Zählerstanderfassung für Nebenkostenabrechnungen und dem „Energy-Monitoring“, lässt sich die IoT-Plattform von Rock5 mit den kognitiven Lösungen von invenio auf alle Unternehmen anwenden. Dieser „Blick über den Tellerrand“ und der vielfältige und branchenübergreifende Einsatz der Lösung ist das erklärte Ziel. In diesem Sinne profitieren auch heute schon wesensfremde Bereiche, beispielsweise der Gesundheits- und Wohlfahrtssektor, mit den „Lesson Learned“ der Industrie und umgekehrt.