Digitalisierung: Engineering digitaler Produkte und Services bei Festo

Software und IT treiben ingenieurtechnische Anforderungen voran: in der Entwicklung, in der Applikation, in der Ausbildung und Qualifikation – bis hin zum Vertrieb. KEM Konstruktion hat mit Festo als Automatisierer und Akteur in der Aus- und Weiterbildung gesprochen, um zu erfahren, welche Digitalisierungsstrategie das Unternehmen verfolgt, wie sich Digitalisierung im Engineering widerspiegelt und was OEMs und Endkunden des Zulieferers aktuell von digitalen Produkten und Services erwarten dürfen.

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Nico Schröder, Korrespondent KEM Konstruktion, Augsburg

Inhaltsverzeichnis

1. Engineering-Fokus auf Software und IT
2. Hardware-Funktionen durch Apps erweiterbar
3. Digitale Daten für die Konstruktion nutzen
4. Festo verfolgt Multi-IoT-Plattformstrategie

Eine interne digitale Transformation ist eng verbunden mit informationstechnologischer Infrastruktur und dem Bereich Personal. Zum anderen geht es für einen Zulieferer wie Festo darum, digitale Produkte und Services zu entwickeln, die sowohl den Endkunden als auch den OEMs Mehrwert bieten. Eng verknüpft damit sind neue Vertriebs- und Kommunikationsstrategien, um Kunden bereits online abzuholen und ihnen den Mehrwert digitaler Funktionen zu vermitteln. Kunden sollen mit den Möglichkeiten digitaler Produkte und Services vertraut gemacht werden. Wiederum profitieren Hersteller beziehungsweise Zulieferer und OEMs von den Erfahrungen ihrer Kunden im Bereich Digitalisierung, wenn die Erfahrungswerte aus dem Feld zurück in die Produktentwicklung fließen können.

Heiko Geng, Head of Product Management Digital Business bei Festo, spricht von einer „Digitalstrategie auf mehreren Säulen“: Das Unternehmen richte sich ganzheitlich digital aus – eng verknüpft mit den Bereichen Sales, IT und Human Resources. „Die Geschäftsbereiche Electric Automation, Process Automation, Pneumatic Automation sowie Life Tech entwickeln smarte Produkte, die es uns ermöglichen, digitale Produkte und Services nachzuschalten“, beschreibt Geng die Strategie innerhalb der Produktentwicklung Digitalisierung. Hierfür seien vor allem die Fähigkeiten der Konnektivität, der Datengewinnung und des Datensammelns maßgeblich. All dies brächten neue Produkte als infrastrukturelle Voraussetzungen mit.

Als „Digital Customer Journey“, als digitale Kunden-Reise, beschreibt Geng die Aufgabe, „Kunden entlang einer Online-Experience zu führen, um ihnen die Auswahl an Produkten intuitiv online zu ermöglichen“. Das Unternehmen habe früh erkannt, neue Kanäle zu nutzen, um digitale Produkte und Services auf den Markt zu bringen, die sich von der bisherigen Vertriebswelt unterscheiden. Für die Mitarbeiter im Vertrieb bedeute dies, über die Antriebslösungen hinaus vor allem Software zu verkaufen. Software-Vertrieb sei allerdings eine deutlich andere Herausforderung, sagt Eberhard Klotz, Head of Industry 4.0 Campaign bei Festo: „Die Kunden denken anders als jene, die bisher rein Pneumatik eingekauft haben.“

Engineering-Fokus auf Software und IT

Auch in der Entwicklung ist Software längst treibend. Der klassische Pneumatiker, der kundenseitig pneumatische Lösungen wie Ventilinseln konzeptionell erstellt und festgelegt hat, ist eher Vergangenheit als Gegenwart. Auch die Integration von Ventilinseln in Elektronik sowie die Feldbusintegration – verbunden mit der wichtigen Rolle der Elektro-Ingenieure – hat sich gewandelt. „Heute sind IT-Ingenieure und Applikationsprogrammierer maßgeblich. Sie treffen die Entscheidung darüber, wie einen Maschinenkonzept aussieht“, sagt Festo-Applikationsingenieur Frank Bayer. Um die IT nun stärker an Fertigungsbelange heranzuführen, wird IT-Personal bereitgestellt, das die Fertigung langfristig betreut, um Lernprozesse auf beiden Seiten zu unterstützen. Durch eine agile Produktentwicklung ist Festo bei digitalen Produkten und Services in der Lage, permanente Updates der Software darzustellen wie sie aus dem Consumer-Bereich bekannt sind. Fehlerbehebungen werden so schnell über App-Stores verfügbar gehalten. Durch die agile Produktentwicklung haben Kunden die Möglichkeit, Einfluss auf die Produktentwicklung im Entwicklungsprozess zu nehmen – das Stichwort ist Co-Creation: Mit Kunden und Partnern wie Lieferanten und Bildungsinstituten werden Dialoge und Innovations-Laboratorien (Inno-Labs) aufgebaut, um die verschiedenen Stakeholder an einer gemeinsamen Idee mitwirken zu lassen.

In der Produktentwicklungsphase werden Richtungsänderungen möglich. Agile Produktentwicklungsteams, die nach der Scrum-Methodik vorgehen und sich über Sprints schnell und agil bewegen, treiben eine mechatronische Produkt- und Fertigungswelt mit klarem Software-Schwerpunkt voran. Teil der Teams sind neben Konstrukteuren sowohl Experten mit Software- und KI-Know-how sowie Elekronik-Wissen als auch User-Experience- und User-Interface-Designer. Mechatronik-Entwickler im Produktmanagement für Ventilinseln nutzen und berücksichtigen die digitale Welt – verbunden mit entsprechenden Fragestellungen, um Erfahrungen aus digitaler Sicht zu sammeln: Welche Sensorik und Prozessorleistung braucht eine Geräte-Generation beispielsweise, um entsprechend analysefähige Daten generieren zu können? Oder: In welchen Zyklenzeiten werden Daten für Anwendungen künstlicher Intelligenz (KI) benötigt?

Hardware-Funktionen durch Apps erweiterbar

Das Festo-Motion-Terminal, als programmierbares Ventil mit elektronischer Intelligenz, wird funktional über Apps erweitert. Das System ist mit einer bestimmten Ausstattung gestartet. Bestimmte Funktionen sind per App möglich gewesen. Nun ist es so, dass die Funktionalität erweitert wird, wobei die Hardware gleich bleibt. Die erweiterte Funktionalität kommt per App und aus einer Hand: aus dem Pneumatiksystem plus seinen Applikationsfunktionen.

„Der Weg zur App-Entwicklung ist das Kundenfeedback. Die App entsteht aus der Applikation heraus“, sagt Bayer. Es wäre der falsche Ansatz, aus Hardware-Plattformen und den Steuerungsmöglichkeiten via Software heraus Apps zu entwickeln. Festo habe vielmehr einen Erfahrungsschatz in der Automatisierung, um zu wissen, „wo der Schmerz und Bedarf beim Kunden liegt“, erklärt Bayer. Die Apps würden dort eingesetzt, wo Funktionen in Soft- und Hardware sonst eher aufwendig zu gestalten sind. Es kann sich beispielsweise um Reglerfunktionen handeln, die vom Anwender selbst erstellt oder als Know-how erkauft werden mussten oder mit aufwendigen diskreten Schaltungen gelöst worden sind. Die App-Funktionalität geht soweit, Faktoren an der Anlage zu simulieren, die sonst nicht erzeugbar wären.

Während der Inbetriebnahme können Kunden einen Rechner am Produkt anschließen, um Apps zu laden, zu lizenzieren und auszuprobieren. In der Betriebsphase werden die Apps aus der SPS gestartet. Sie bieten fertige Lösungen für Probleme. Komponenten plus Apps und Auswertungen in der Cloud sind das Gesamtpaket – beispielsweise zum konkreten Problem der Energieoptimierung, um Leckage zu erkennen und zu reduzieren. Oder es wird zum Beispiel eine erhöhte Ausbringung ermöglicht, indem die richtigen Daten ermittelt werden, um Prozesse zu analysieren und zu überwachen.

Digitale Daten für die Konstruktion nutzen

Über die sogenannte Digital Customer Journey ist es Konstrukteuren frühzeitig über intelligente Konfigurationen möglich, gewünschte Produkte in etwa 30.000 Festo-Produkten intuitiv zu finden – von der Auswahl an Zylinderbaureihen bis hin zu 3D-Handlingssystemen. Darüber hinaus steht aktuell ein Data-Backbone bereit, in dem alle Daten sukzessive während der Konstruktion für den digitalen Zwilling gesammelt werden. Das hat in der Konstruktionsphase den Vorteil, die Daten während des kompletten Produktentwicklungsprozesses verfügbar und erweiterbar zu halten – bis hin zum fertigen Ablegen des Programms. Dieses kann dem Kunden wiederum, inklusive Wartungsdokumentation und Datenblättern, übergeben werden. Der Konstrukteur soll zum einen schnell ans Ziel kommen. Zum anderen liegen die Daten an einem zentralen Platz, der kollaborationsfähig ist, sodass ganze Teams auf die Datenbank zugreifen können.

Informationen zum Produkt enthält auch der bereits vorhandene Produktschlüssel. Er dient im Nachgang dazu, Produkte auf IoT-Plattformen online zu schalten oder das richtige Produkt wiederzufinden. Es besteht auch die Möglichkeit, mit den CAD-Daten virtuell Pick-and-Place-Aufgaben oder Bahnfahrten zu teachen und sie dann in die Steuerung zu portieren. Die Diskussion der Schnittstellengestaltung schließt sich aktuell für übergeordnete Systeme wie kinematische Simulation oder ums Thema Bahnoptimierung an.

Bei der Inbetriebnahme kommt der sogenannte Schatten, also die Daten aus der Maschine und dem Prozess, zurück. An der Stelle ist ein Dashboard zur Visualisierung der Daten nutzbar, um Condition Monitoring zu betreiben. Die nächsten Schritte in der Industrie, die bereits in Richtung Machine Learning, Deep Learning und KI gehen, sollen demnächst hierauf aufgesetzt werden. „Wir werden etwa Anfang kommenden Jahres vorkonfigurierte Dashboards zu unseren Komponenten anbieten, bei denen der Kunde über den Produktschlüssel das passende Dashboard automatisch geliefert bekommt“, sagt Klotz.

Festo verfolgt Multi-IoT-Plattformstrategie

Tiefergehende Programmierkenntnisse seien bei den Dashboards aufgrund der intuitiven Benutzeroberfläche nicht notwendig. Mit wenigen Schritten sollen Kunden in der Cloud arbeiten – verbunden mit zentraler Datenhaltung, weltweit verfügbarer Daten und im nächsten Schritt auch Data Analytics. Die Daten sollen gegeneinander vergleichbar und optimiert sein. Schwächen in den Prozessen sollen identifiziert und aufgelöst werden. Festo unterstützt mit diesem Mechanismus die eigene Cloud, die auf Microsoft Azure aufsetzt und deren Services nutzt. Andere Plattformen wie Siemens Mindsphere oder Plattformen, die im asiatischen Raum gängig sind, sollen ebenfalls unterstützt werden. Mit Rockwell ist eine On-Premises-Lösung vorbereitet. Weitere On-Premises-Lösungen mit einer individuell konfigurierbaren IoT-Gateway sind ebenfalls geplant.

Die IT-Infrastruktur, aber auch die Akzeptanz und das Wissen um Daten sind heute derart ausgeprägt, um bloße Datenmengen in intelligente Dateninformationen zu überführen. Früher wurden zum Beispiel Datenlogger aufwändig durch Spezialisten ausgewertet, die für jede Anlage Algorithmen entwickeln mussten, um Wartungsintervalle setzen zu können. Über das Dashboard und die Kanalisierung der Daten wird die Hemmschwelle zur Datenauswertung für Kunden niedriger. „Der Endkunde – und das ist für den Vertrieb wichtig – ist auch bereit, Geld dafür auszugeben, weil er den Nutzen erkennt“, sagt
Bayer. Kunden bekämen ein intelligentes System, das präventives Eingreifen und eine optimierte Produktion ermögliche. Klotz erklärt: „Hier hilft die neue Technologie. Wenn die Standardisierung der IT-Infrastruktur vorangetrieben ist, wird die Datenanalyse einfacher, weil die Daten bezahlbar zu speichern, zu analysieren und zu visualisieren sind. Systemintegratoren werden an der Stelle verzichtbar.“

Im Moment agiert Festo cloudbasiert. Der Trend gehe aber in die Richtung, die gesamte Rechenleistung on edge laufen zu lassen, da die Datenkommunikation in die Cloud teuer ist. Möglichst viel Rechenleistung soll daher komponentenseitig stattfinden. Dann würden nur noch Signale zu Anomalien in die Cloud weitergegeben. Damit würde die Datenmenge reduziert, die in die Cloud geht. Der Kunde könnte vom einfachen Teaching bei der Inbetriebnahme profitieren.

www.festo.com

Details zur App World von Festo

hier.pro/jrYHS

Messe SPS IPC Drives 2018: Halle 9, Stand 161/361

Apps wie der digitale Wartungsmanager erweitern die Hardware um neue Funktionen.
Bild: Festo

App World

Die App World ist ein Festo-Portal für Apps, Cloud-Produkte und Software-Bibliotheken. Kunden haben die Möglichkeit, direkt online zu kaufen und über Ihren Produktschlüssel (Product Key) die relevanten Apps für Ihre Hardware einzusehen. Folgende Apps werden aktuell nach Funktionen angeboten: