Eine Kombination aus Cloud-Computing und Edge Analytics ebnet den Weg für Predictive Maintenance.

Bild: Insys icom

Edge Analytics für Predictive Maintenance Perfect Match: Cloud und Edge

05.09.2018

Den Zustand seiner Maschinen zu kennen, kann Schäden und Stillstände vermeiden. Eine verteilte Zustandsüberwachung spart dabei nicht nur Kosten, sondern läuft auch reibungslos, wenn die Cloud einmal nicht erreichbar ist.

Die Zahl intelligenter Maschinen und Anlagen nimmt stetig zu. Grund dafür sind die hohen Anforderungen wie zum Beispiel die Steigerung der Maschineneffizienz oder die Vermeidung von Stillstandszeiten. Es geht darum, Kosten zu reduzieren und die Verfügbarkeit zu erhöhen. Hierfür werden Informationen über den Zustand der Maschinen benötigt. Doch die dafür notwendige Kommunikationsinfrastruktur und Überwachungsfunktionen sind oftmals noch zu kostenintensiv oder fehlen oft bei älteren Maschinen gänzlich.

Profi-Router für Condition Monitoring

Viele Betreiber haben bisher keine Zustandsüberwachung für ihre Maschinen realisiert und müssten diese erst umrüsten – Stichwort Retrofit. Das sind beispielsweise Maschinen, die aufgrund ihres Alters noch nicht kommunikativ angebunden sind oder die lediglich einen Fernwartungszugang mittels Modem über analoge Netze aufbauen können.

In beiden Fällen schaffen professionelle Router Abhilfe, weil sie heute mehr leisten können als transparente Datenübertragung und Zugriffe zu Fernwartungszwecken. Ihre Rolle hat sich vom reinen Communicator zum Smart Device gewandelt. Eine zuverlässige Zustandsüberwachung kann durchaus bereits mit Profiroutern, integrierter Programmierumgebung und Software realisiert werden.

Über eine vorkonfigurierte App im Router werden vom Kunden definierbare Werte der protokollunabhängig angebundenen Steuerungen, Sensoren und Geräte permanent erfasst und überwacht (Condition Monitoring). Bei Über- beziehungsweise Unterschreiten bestimmter Werte erhalten die zuständigen Personen zudem sofort Alarmmeldungen, beispielsweise per SMS oder E-Mail. Außerdem lassen sich ereignisgesteuerte Aktionen definieren, die automatisiert ausgelöst werden.

Zusammenspiel von Edge und Cloud Computing

Als „kleiner Bruder“ des IPC bietet ein Router eine kostengünstige Alternative, die sichere Kommunikation und Datenverarbeitung auf einem kompakten Gerät vereint. Gleichzeitig ist so ein IIoT-Gateway ein intelligentes Bindeglied zwischen lokaler Anwendung (Edge) und Cloud.

Viele Betreiber, die ihre Maschinen bereits vernetzt haben, schicken bisher alle Maschinendaten zur Verarbeitung ausschließlich in die Cloud. Besonders bei einer Datenübertragung via Mobilfunk fallen dabei hohe Kosten an. Zum Zweck der Datenanalyse (Cloud und Edge Analytics) macht dieses Vorgehen durchaus Sinn; allerdings nur, wenn der Zeitraum dafür begrenzt wird.

Eine intelligentere Lösung ist, die Datenmenge vor dem Übertragen in die Cloud auf relevante Informationen zu verdichten, um wirklich einen Mehrwert für den Anlagenbetreiber zu bieten und Kosten zu sparen. Über seine lokale Intelligenz, zum Beispiel eine integrierte Linux-Umgebung, kann der Router bis zu einem gewissen Grad Funktionen eines Industrie-PCs, Datenloggers oder einer SPS übernehmen. Deren Virtualisierung wird in sogenannten Containern der Linux-Umgebung (LXC) umgesetzt.

Die wichtigsten Daten lassen sich über eine Software (wie Icom Data Suite) im Container bereits vor Ort erfassen, vorverarbeiten (zum Beispiel Mittelwertbildung) und auswerten. Das Edge Computing ermöglicht nicht nur Datensparsamkeit, sondern erleichtert aufgrund der bereits vorverarbeiteten Daten auch die Datenauswertung.

In die Cloud werden nur noch langfristig relevante Daten kumuliert zu definierten Zeitpunkten geschickt, was besonders bei datenintensiven Anwendungen empfehlenswert ist. Die „Intelligenz“ vor Ort ist auch bei prozesstechnisch kurzfristigen Reaktionszeiten sinnvoll, weil der Weg über die Cloud zu lange dauert und ein Sicherheitsrisiko bezüglich der Verbindung birgt, die gegebenenfalls ausfallen könnte.

Router von Insys Icom unterstützen diverse professionelle Cloud-Dienste und übergeben die Daten beispielsweise über das mittlerweile vielfach eingesetzte IoT-Protokoll MQTT. In der Cloud lassen sich die Daten übersichtlich auf einem Dashboard visualisieren und weiter aufbereiten. Damit ist ein Reporting oder der Vergleich mehrerer Anlagen (Benchmarking) möglich, sodass die Performance jeder Anlage ersichtlich wird und in Entscheidungen mit einfließen kann. Vertieft man die Nutzung von Cloud Computing, lassen sich Anwendungen auch direkt aus der Cloud heraus steuern.

Edge Analytics für Predictive Maintenance

Die Kombination aus Edge und Cloud Computing lässt sich mit Big Data Analytics noch weiter treiben: Als Basis für die Datenanalyse werden in einem sinnvoll begrenzten Zeitraum sehr viele Daten in der Cloud gesammelt. Ein Data-Mining-Tool erkennt dort logische Zusammenhänge und speichert sie als Muster ab, die dann auf der integrierten Linux-Umgebung im Router hinterlegt werden. Danach lassen sich die Daten wieder „at the edge“, also am Ort ihrer Entstehung, erfassen, speichern und mit den intelligenten Analyseverfahren im Router auswerten. Bekannte Muster werden so bereits vor Ort berücksichtigt und lösen definierte Aktionen aus.

Dieses Know-how innerhalb der Linux-Umgebung führt bei der lokalen Datengewinnung und -verarbeitung dazu, dass sich anbahnende Störungen und Ausfälle der Maschinen früh erkennen und verhindern lassen. Maschinenbauer können ihren Kunden damit eine vorausschauende Wartung anbieten, ohne ständig Zugriff auf die Anlage haben zu müssen. Da sensible Daten vor Ort bleiben, ist ein Big-Data-Service auch für Firmen möglich, die eine Datenanalyse in der Cloud verbieten. Sie können die bei anderen, gleichartigen Anwendungen erkannten Muster lokal einspielen und damit auch profitieren, ohne die Maschine von außen erreichbar zu machen.

Fazit

Eine Zustandsüberwachung steigert die Qualität der Information, da man genaue Werte erhält und schneller informiert wird. Auch die Reaktionszeit zur Fehlerbehebung wird verkürzt. So kann eine frühzeitige Information Produktionsstillstände oder Schäden verhindern. Ein verteiltes Condition Monitoring bietet Vorteile hinsichtlich Kosten- und Verbindungssicherheit.

Voraussetzung für Edge Computing ist die integrierte Computing Power eines Routers, der dadurch neue Funktionen umsetzen kann. Auch Cloud Computing ist bei diesem kombinierten Ansatz sinnvoll. Generell ist es ratsam, viele Daten bereits „at the edge“ zu verarbeiten und nur die notwendigsten in die Cloud zu schicken.

Die Digitalisierung birgt zwar Gefahren, bietet aber deutlich mehr Chancen, wie eine zukunftssichere Ausrichtung der Produkte, ein innovatives Image oder neue Geschäftsmodelle. Fachleute aus den Bereichen Maschinenbau, Prozess- und Automatisierungstechnik können ihre bestehende Kommunikationsinfrastruktur zur Überwachung und Steuerung von Maschinen mit professionellen Routern und kombiniertem Edge und Cloud Computing effizienter gestalten.

Bildergalerie

  • Der Profi-Router SCR wird dank Linux-Containern zum IoT-Gateway für Edge- und Cloud-Computing.

    Bild: Insys icom

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