Wie das Internet der Dinge die Produktion verbessern kann

Beim Maschinenbauer und Automobilzulieferer Felss aus Königsbach-Stein östlich von Karlsruhe kommt es auf Präzision an. Der Mittelständler produziert unter anderem Lenkwellen für die Automobilindustrie. Das Rohmaterial bringen Rundknetmaschinen in die gewünschte Form. Um Ausschuss zu vermeiden, messen Sensoren permanent die Maße der produzierten Fahrzeugteile.Die Daten werden zum Teil in einer firmeneigenen Cloud gespeichert und zum Teil an die Plattform Axoom übermittelt. Axoom gehört zur gleichnamigen Tochter des Maschinenbauers Trumpf. Liegen die übermittelten Daten außerhalb der Toleranz oder verschlechtern sich die Produktionsergebnisse schleichend, schickt Axoom dem Maschinenführer auf dem Bildschirm der Anlage einen Hinweis, wie er die Einstellungen der Maschine verändern soll,damit die Resultate wieder passen. Akzeptiert der Mitarbeiter den Vorschlag, stellt sich die Maschine automatisch auf die gewünschten Einstellungen um.

„Das Potential solcher Anwendungen ist enorm“,sagt Wolfgang Haggenmüller, Gesamtleiter Industrie 4.0 bei Felss. „Wir produzieren effektiver und verbessern dadurch die Qualität unserer Produkte.“Zuvor hatte Felss die Produktionsergebnisse nur stichprobenartig erfasst. Dank Axoom kann Felss die Produktion der Lenkwellen ohne großen Aufwand permanent und in Echtzeit überwachen.

Bereits seit drei Jahren experimentiert Felss mit den verschiedenen Möglichkeiten des Industrial Internet of Things (IIoT), wie die Vernetzung von Produktionsmaschinen und das Sammeln und Auswerten der dadurch entstehenden Daten genannt werden. Plattformen wie Axoom bieten auf Grundlage der Daten verschiedene Applikationen an, mit denen sich Maschinen effektiver steuern lassen sollen. Bei der Entwicklung der Angebote profitiert Axoom von den Erfahrungswerten des Mutterkonzerns Trumpf und der Vielzahl an aggregierten Daten, die durch Künstliche Intelligenz ausgewertet werden können.

Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten

Noch nutzen relativ wenige Mittelständler das IIoT, doch der Markt wächst. Laut einer Studie des Verbands der Internetwirtschaft, Eco, wächst der Umsatz der IIoT-Branche in Deutschland jährlich um etwa 20 Prozent und wird im Jahr 2022 circa 17 Milliarden Euro betragen – doppelt so viel wie aktuell. Die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Deloitte geht von einem noch rasanteren Wachstum aus und rechnet für 2020 bereits mit einem Umsatz von 25 Milliarden Euro. „Die Bedeutung des IIoT für den Mittelstand wird in Zukunft steigen“, sagt Holger Kett, Leiter Digital Business Services beim Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO). „Der Kostendruck in der Industrie ist enorm, und mit einigen IIoT-Ansätzen lassen sich die Produktionskosten deutlich senken.“ Der Interessenverband für die digitale Wirtschaft, Bitkom, beziffert das Einsparpotential bei den Fertigungskosten auf 10 bis 20 Prozent, bei den Bestandskosten, die durch den Transport von Gütern im Lager entstehen, könnten es gar 30 bis 40 Prozent sein.

IIoT kann nicht nur dabei helfen, die Qualität in der Fertigung zu verbessern, sondern wird auch in vielen anderen Gebieten wie etwa bei der Maschinenwartung eingesetzt. Bei der sogenannten Predictive Maintenance messen Sensoren an der Produktionsmaschine Parameter wie die Motorentemperatur, die Drehzahl oder die Abnutzung einzelner Bauteile. Die Daten vergleicht ein Programm mit den historischen Daten der Maschine sowie mit denen von anderen Anlagen der Baureihe und erkennt so, ob demnächst ein technischer Defekt droht. Der Unternehmer erhält bei sich anbahnenden Problemen frühzeitig die Information, dass ein Bauteil der Maschine ausgetauscht werden sollte, und kann sich vorbereiten. „Unsere Kunden interessieren sich stark für Predictive Maintenance“, sagt Mathias Christen, Pressesprecher bei Dürr. Der Maschinenbauer hat zusammen mit anderen Firmen aus der Branche sowie dem IT-Unternehmen Software AG die IIoT-Plattform Adamos ins Leben gerufen, die sich speziell an Maschinenbauer richtet. „Durch das IIoT und darauf basierende Apps, zum Beispiel für Predictive Maintenance, können Mittelständler einen Stillstand ihrer Produktion und die damit verbundenen Kosten vermeiden“, sagt Christen.

Bedenken bei der Sicherheit

Doch trotz der Vorteile, die das IIoT bietet, verzichten viele Mittelständler bisher auf den Einsatz, was gleich mehrere Gründe hat. Bei einer Umfrage von Bitkom gaben 58 Prozent der Nichtnutzer an, dass sie Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit und -integrität hätten. Kein Wunder: Die Maschinendaten geben Aufschluss über die Auslastung der Produktion und erlauben so Rückschlüsse auf die Auftragslage des Unternehmens. Viele Mittelständler möchten diese Informationen nicht mit Dritten teilen. Die Anbieter der IIoT-Plattformen versichern, dass die Daten bei ihnen in guten Händen seien. „Ohne Zustimmung des Kunden haben wir keinen Zugriff auf dessen Daten“, sagt Ralf-Michael Wagner, Leiter des Geschäftsbereichs Plant Data Services bei Siemens. Siemens betreibt mit Mind-sphere eine eigene IIoT-Plattform, die ebenfalls Anwendungen wie Predictive Maintenance anbietet. „Wir nutzen vergleichbare Technologien bei der Datensicherheit, wie sie beim Onlinebanking zum Einsatz kommen.“

Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik war für eine Einschätzung zur Datensicherheit bei IIoT-Plattformen trotz mehrfacher Anfragen von MuM leider nicht zu erreichen. Thomas Brand, Innovationsexperte bei der Beratung PA Consulting, hält die Sicherheitsbedenken der Mittelständler jedoch für unbegründet: „Die Daten sind bei den Plattformbetreibern in der Regel deutlich besser geschützt als bei den Unternehmen selbst.“ Jeder Kunde der Plattformen kann außerdem entscheiden, wie viele und welche Daten der Anbieter einsehen darf. Ohne Zugang zu den Daten können die Plattformbetreiber aber nicht jeden Service anbieten. Axoom beispielsweise unterstützt auf Wunsch die Wartung der Maschinen aus der Ferne. Anhand der Maschinendaten kann Axoom Schlüsse über den Zustand der Anlage ziehen und den Mitarbeitern des Kunden vor Ort Anweisungen geben. „Jedes Unternehmen muss selbst entscheiden, was ihm wichtiger ist: Geschlossenheit oder Offenheit, also die unbedingte Hoheit über seine Daten oder der wirtschaftliche Nutzen durch unsere IIoT-Angebote“, sagt Axoom-Geschäftsführer Tom Tischner.

Unübersichtlicher Markt

Eine weitere Hürde beim Einstieg in das IIoT ist, bei der Masse an Anbietern den richtigen zu finden. Rund 450 Plattformen gibt es auf dem Markt – Tendenz steigend. „Derzeit schießen die Plattformen wie Pilze aus dem Boden“, sagt Tischner. Unter den Anbietern sind große deutsche Mittelständler wie Trumpf mit Axoom genauso vertreten wie die amerikanischen Internetgiganten IBM oder Google. Den Überblick über die Details in den Angeboten zu behalten fällt schwer – dabei ist die Wahl der richtigen Plattform von entscheidender Bedeutung. Denn fällt einem Unternehmen auf, dass es sich für den falschen Partner entschieden hat, und möchte es dann gern den Anbieter wechseln, kann es mitunter zu Problemen kommen. Nicht immer passen die für die eine Plattform verwendeten internetbasierten Kommunikationsprotokolle zur Lösung des neuen Anbieters. Mittelständler sollten sich daher vor der Wahl der IIoT-Plattform umfassend informieren. „Eine Möglichkeit dafür bietet die Hannover Messe“, sagt Innovationsberater Brand. „Dort waren in diesem Jahr die wichtigsten Anbieter vertreten, und das wird im kommenden Jahr wohl genauso sein.“

Felss hat sich 2017 entschieden, den Anbieter zu wechseln. „Derzeit evaluieren wir, welche IIoT-Plattform das optimale Konzept für unsere spezifischen Anforderungen bietet und ob wir eine eigene IIoT-Plattform entwickeln“, sagt Haggenmüller, der bei Felss für das Thema Industrie 4.0 verantwortlich ist. Um einen reibungslosen Wechsel zu garantieren, analysiert die Entwicklungsabteilung des Mittelständlers umfassend den Markt und telefoniert mit allen möglichen Partnern. „Uns ist unter anderem wichtig, dass es ein umfassendes Datensicherheitskonzept gibt und die Daten in einem deutschen Rechenzentrum gespeichert werden“, sagt Haggenmüller. „Viele Mittelständler bevorzugen deutsche Anbieter, da sie auf die Sicherheit ihrer Firmendaten Wert legen und diese auf Servern in Deutschland deutlich besser gewährleistet sehen“, beobachtet Steven Heckler, Referent Digitalisierung und Innovation beim Bundesverband der Deutschen Industrie (BDI). Um die Angebote einschätzen zu können, hilft Felss die IT-Kompetenz mancher seiner Mitarbeiter. „Mittelständler, gerade im Maschinenbau, sollten sich eine eigene IT-Kompetenz aufbauen oder besorgen. Das wird in Zukunft immer wichtiger“, empfiehlt Haggenmüller.

Deutsche Anbieter von IIoT-Plattformen

Axoom: Die Plattform wird seit 2015 vom gleichnamigen Tochterunternehmen des Maschinenbauers Trumpf betrieben. In die Angebote sollen Trumpfs Erfahrungen beim Maschinenbau miteinfließen.

Bosch IoT-Suite: Auf der Plattform des Industriekonzerns Bosch soll das branchenspezifische Wissen aus verschiedenen Bereichen wie Mobilität, Energie oder Gebäudetechnologie gebündelt werden.

Adamos: Die Plattform ist ein Gemeinschaftsprojekt der Unternehmen Dürr, DMG Mori, Zeiss, Software AG, ASM, Engel und Karl Mayer. Adamos richtet sich speziell an Maschinenbauer und deren Kunden.

SAP Leonardo: Europas größter Softwarehersteller SAP hat seit 2017 eine IIoT-Plattform im Angebot. Um die Einführung von Industrie 4.0 in Unternehmen zu beschleunigen, bietet Leonardo sogenannte Accelerator-Pakete an. Innerhalb von sechs Wochen erarbeitet SAP gemeinsam mit den Kunden ein individuelles Konzept.

Mindsphere: Der Technologiekonzern Siemens betont bei seiner Plattform die Offenheit gegenüber verschiedenen IT-Systemen und Datenquellen wie ERP-Systemen.

Bei der Umfrage von Bitkom sorgten sich 39 Prozent der Nichtnutzer von IIoT-Plattformen auch um anfallende Kosten. Was die Dienste der IIoT-Plattform kosten, dazu halten sich die Anbieter bedeckt. Dies könne man nicht seriös beziffern, da dies von Einzelfall zu Einzelfall sehr unterschiedlich sei. „Wir sind bemüht, für jeden Kunden ein passendes Kostenmodell zu finden“, sagt Axoom-Geschäftsführer Tischner. Bei aktuell nicht liquiden Unternehmen sei man beispielsweise dazu bereit, in Vorleistung zu gehen. Die Dienste werden dann mit dem durch die IIoT-Anwendungen eingesparten Geld bezahlt. Insgesamt gibt es bei den Anbietern viele verschiedene Preismodelle: je nach Anwendung, pro angeschlossener Maschine, pauschal oder abhängig von der übermittelten Datenmenge.

Neben den Kosten für die Nutzung der Plattformen selbst kommen noch weitere Ausgaben für die Umrüstung älterer Maschinen sowie indirekte Kosten durch das Umstellen von internen Prozessen hinzu. Nach Informationen des Fraunhofer IAO ist ein Großteil der Maschinen in deutschen Unternehmen noch nicht IIoT-fähig, da ihnen die entsprechenden Sensoren und die Schnittstelle für die Übertragung der Daten fehlen. Tröstlich: Die Umrüstung ist laut den Anbietern unkompliziert und nicht teuer. „Wir können Maschinen innerhalb von wenigen Minuten an die Cloud anschließen und auswerten, wenn es um einfache Anwendungen wie An- und Auszeiten oder das Messen des Energieverbrauchs geht“, sagt Tischner.

Neue Angebote

Das IIoT kann nicht nur Kosten in der Produktion einsparen, sondern hilft auch bei der Finanzierung von Maschinen mit Fremdkapital. Die Commerzbank bietet seit September Investitionskredite an, deren Tilgungsrate von der Auslastung der gekauften Maschine abhängt. Dazu erhält die Bank laufend vom Kunden Maschinendaten, anhand derer sie die Tilgungsrate festlegt. Je nach Auslastung muss der Unternehmer in der vereinbarten Laufzeit zwischen 50 und 100 Prozent des Kredits abbezahlen oder hat die Verbindlichkeiten bereits vor dem Laufzeitende abbezahlt, falls die Auftragslage besonders hoch ist. Bleibt am Ende noch eine Summe offen, wird eine Anschlussfinanzierung vereinbart. „Das Angebot ist attraktiv, weil wir so bei einem temporären Auftragseinbruch liquider sind“, sagt Sven Hartwich, kaufmännischer Leiter beim Automobilzulieferer KMB-Technologie. Für das Angebot muss der Mittelständler insgesamt einen etwas höheren Zinssatz bezahlen; der Aufschlag beträgt circa einen halben Prozentpunkt.

Nicht nur die Commerzbank tüftelt an neuen Geschäftsmodellen mit dem IIoT. Sämtliche Plattformbetreiber suchen nach neuen Anwendungsmöglichkeiten. Der BDI sieht noch viel Entwicklungspotential. „Derzeit gibt es noch kaum IIoT-Plattform-Angebote mit Blockchain“, sagt Heckler. „Das könnte sich in Zukunft ändern.“ Die dezentrale Datenbankstruktur kann die Sicherheit von IIoT-Plattformen weiter erhöhen. Zudem rechnet Heckler mit einem technologischen Fortschritt bei der Künstlichen Intelligenz. Je mehr Daten zur Verfügung stehen, desto präziser könnten beispielsweise Vorhersagen zu kommenden Verschleiß-erscheinungen bei den Maschinen werden.

Brand rät Unternehmen, nicht auf kommende Entwicklungen zu warten, sondern sofort auf IIoT zu setzen. „Wer bereits jetzt einsteigt, wird vielleicht an der einen oder anderen Stelle nachbessern müssen, weil wegen der Kinderkrankheiten nicht alles sofort läuft. Langfristig aber sichern sich Unternehmen, die im IIoT als Early Adopter agieren, einen deutlichen Wettbewerbsvorteil.“