Gastbeitrag | Autor: Mathias Kaldenhoff, Partner Sustainability & Innovation | Office of the CTO, SAP Deutschland SE & Co. KG

IoT und miteinander verbundene Assets werden mehr und mehr zu einem wirtschaftlichen Faktor. Gilt das in Zukunft durch schnelle Kommunikation auch für (Fabrik)Roboter?

Im Grund müssen wir keine Science Fiction-Filme, Utopien oder sonstige Visionen bemühen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie Roboter in Zukunft in der Produktion, im medizinischen Bereich, der Vorsorge und in Teilbereichen der Dienstleistungssektoren arbeiten werden. Manches davon können Sie bereits jetzt im IoT-Lab in Verbindung mit dem 5G Campus in den neuen Räumen des Smart Systems Hub sehen.

Nicht erst heute sind IoT und konnektierte Produkte Teil unseres täglichen Lebens: Seit wir das Internet und Smartphones in unseren Alltag integriert haben, ist always-on und ständiges, möglichst schnelles Netz die Norm, mindestens aber Erwartungshaltung. Zwar ist Betrieb ohne „Verbindung“ möglich, beschränkt sich jedoch auf die über das OS (Android/IoS) bereitgestellte Funktionen und darauf installierte offline laufende Programme (Apps).

Selbstversuch: Gehen Sie auf Ihrem Handy in den Flugmodus (kein Mobilnetz, kein WLAN, kein Bluetooth) und probieren einige Apps aus:
Umfeldüberwachung? Home-Automation? „Hey Siri/Hallo Google“? Chat, Mail oder andere Kommunkation? Device Management? Track and Trace? Das Internet selber? Fehlanzeige…

Auf Robotic übertragen bedeutet dies:
Wie Smartphones werden Roboter durch auf der Hardware installierte Betriebssysteme (Bsp. Open Source ROS/Robotic Operating System oder RTOS/Realtime Operating System) funktional gesteuert. Dementsprechend können auch Apps/Skills und Bewegungsmuster installiert oder implementiert und in die Hardware integrierte analytische Fähigkeiten mit äußerst geringer Latenz offline ausgeführt werden.

Offline zu online – Schritte zu Rob-IoTs

Roboter werden, soweit nicht bereits vorhanden, mit integrierten oder externen Feldsensoren versehen – durchaus vergleichbar mit den im Smartphone arbeitenden Beschleunigungssensoren, X-Achsen-Gyrosensoren, Annäherungssensoren, Lichtsensoren, Umgebungssensoren und Positionssensoren – und gleichzeitig in OT (Operations Technology) integriert.

Operational Technology bezeichnet dabei Hardware und Software, die zur Steuerung und Überwachung der Robotic inklusive ihrer Prozesse eingesetzt wird. In der Vergangenheit handelte es sich dabei oft um abgeschottete, proprietäre Systeme. Durch Digitalisierung und IoT kommt es jetzt zu einer Verschmelzung von klassischer Informationstechnologie und OT, die auch als IT/OT-Konvergenz bezeichnet wird.
Durch diese Konvergenz können Effizenz, Effektivität, Suffizienz und Resilienz der robotischen Prozesse überwacht und verbessert werden. Die dazu schon durch Sicherheitsnormen notwendig niedrige Latenz der Roboter in einem Grid wird durch schnelle Kommunikation über 5G, wie es inzwischen auch auf dem Campus des Smart Systems Hub zur Anwendung kommt, ermöglicht.

IT/OT-Integration bedeutet im Falle der Untersuchungen des Smart Systems Hub in Kooperation mit der SAP Deutschland SE & Co. KG, objective partner, Infineon und Wandelbots jedoch mehr als nur die physische Verbindung schneller Netzwerke (5G) zwischen Shopfloor (Produktion/Robotic) und Backoffice (Produktionssteuerung / Resourcenmanagement). Wird in der Interaktion zwischen Shopfloor und Backoffice die sogenannte Cost- und Performance Line des wirtschaftlichen Handelns eines meist geschlossenen Systems (bestimmt z.B. durch die physikalischen Grenzen eines Unternehmens) betrachtet, so lässt sich robotische OT/IT Konvergenz durch die schnelle Kommunikation und hohe Bandbreite mittels der 5G Fähigkeiten in jede public oder private Cloud der Hersteller der Roboter oder Ressource Management in der Cloud einbinden.

© SAP

Dadurch werden vielfältige neue Möglichkeiten für Geschäftsmodelle im Industrie 4.0 Kontext real.

• • Application- und Skill-Management erlauben nach dem develop-once:deploy-many Prinzip die zentrierte Verteilung neuer oder spezifischer Fähigkeiten durch den Lieferanten der Robotik.

• • Das Qualitätsmanagement bestehender robotischer Services in der Interaktion zwischen Nutzer und Hersteller erlaubt Verbesserungen im Betrieb und deren standortübergreifende Verteilung.

• • Zur Verfügung gestelltes (anonymisiertes) Datastreaming der Leistungsdaten ermöglicht transaktions-/serviceorientiertes Abrechnen.

• • Transaktions-/serviceorientiertes Abrechnen ermöglicht dem Hersteller OEM-Angebote und die transparente, nutzungsgerechte Kostenermittlung und somit ein pay-per-use Modell.

• • Predictive Maintenance in Verbindung mit KI oder ML senkt die Lager- und Rüstkosten (Ersatzteile, Wartungszeiten) beim Hersteller und erhöht die Verfügbarkeit als auch die absoluten Betriebskosten zum Vorteil des Nutzers.

• • Cloud-gestütztes Configuration/Device Management schafft überregionale Distributionsmöglichkeiten robotischer Systeme bzw. derer Services.

• • Roboterspezifische Digital Twins (Verwaltungsschalen) in Verbindung mit KI erlauben Simulationsmodelle bzw. IFTT Modelle oder Rules-Engine Integration in der Cloud für präzises Forecastmanagement. Nicht nur des zu fertigenden, sortierenden oder zu verpackenden Systems, sondern auch der dafür benötigten Ressourcen. Das beinhaltet auch benötigte Energie (ein wichtiger Faktor in der Schweißrobotik) und kann als Grundlage für eine verbesserte Nachhaltigkeitsbilanz und die Integration in ISO 50001 herangezogen werden.

• • Die Verbindung der Roboter zu einem SAP System in der Cloud erlaubt das standortübergreifende Ordermanagement bis hin zu Segment-of-one Produktionen durch Integration des robotischen Skills in die Order (Rezept/Skill, gebunden an das zu fertigende Produkt).

• • Marktplätze für robotische Skills oder Apps entstehen, Fähigkeiten der robotischen Dienstleistung definieren sich über Hardware, Software und höheren Grad der Virtualisierung.

• • Durch die Trennung von OS und/oder Skill/App von der Hardware wird der Kopierschutz des Systems erhöht.

um nur einige exemplarisch aufzugreifen.

© SAP

In Summe – schnelle Kommunikation mit 5G und Cloud sind in der Robotik Treiber der erweiterten OT/IT Konvergenz zu neuen Geschäftsmodellen und wirtschaftlicherem Arbeiten bei gleichzeitig nahtloser Einbettung in das Konzept der Digital Factory.
Für zahlreiche der o.a. Möglichkeiten haben der Smart Systems Hub, SAP, objective partner, Infineon und Wandelbots über einen gemeinsamen Durchstich innerhalb der sogenannten Digital Product Factories bereits Konzepte, Lösungsansätze und Proofpoints geschaffen.

Der Weg zum Smart Rob-IoT und die damit verbundene Senkung der Eintrittsbarriere für kleinere und mittlere Unternehmen ist mehr als nur eingeschlagen. Auf dem dabei entstehenden Testbed innerhalb des Smart Systems Hub können wir rob-IoT-en bereits deutlich sehen.