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CWMC Insights 2020|12 - Einführung IIoT Architekturen

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CWMC Insights 2020|12 - Einführung IIoT Architekturen

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Inhalt:
- Quo vadis Industrial IoT (IIoT)?
- Überblick Industrial IoT (IIoT), Industrie 4.0 und Lean 4.0
- Einführung Industrial IoT (IIoT) Architekturen
- Beispiele: AWS und Azure

Quelle:
https://cwmc.best/einfuehrung-iiot-architekturen
https://cwmc.best

CWMC - Christian Wild Management Consultants 2020 ©

Inhalt:
- Quo vadis Industrial IoT (IIoT)?
- Überblick Industrial IoT (IIoT), Industrie 4.0 und Lean 4.0
- Einführung Industrial IoT (IIoT) Architekturen
- Beispiele: AWS und Azure

Quelle:
https://cwmc.best/einfuehrung-iiot-architekturen
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  1. 1. BERLIN FRANKFURT AM MAIN HAMBURG KÖLN LEIPZIG MÜNCHEN STUTTGART WIEN ZÜRICH PRODUKTIVITÄT INTELLIGENT MAXIMIEREN.© CWMC INSIGHTS 2020|12 EINFÜHRUNG IIOT ARCHITEKTUREN
  2. 2. 28.07.20202CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © EXECUTIVE SUMMARY Sehr geehrte Damen und Herren, der Bereich Industrial Internet of Things („IIoT“) ist ein sehr komplexes Thema aus verschiedenen Blickwinkeln: hohe Anzahl von Anbietern, umfassende und vielfältige Produkte sowie eine große Bandbreite unterschiedlichster Anwendungsfälle. Gemäß unserer Umfrage ausgewählter Unternehmen, nutzen bereits mehr als 50% mindestens erste IIoT Anwendungen. Darüber hinaus ist die Steigerung der Produktivität als kritischer Erfolgsfaktor unangefochten Nummer 1. Des Weiteren wird sich in Zukunft die Anwendung und Projekte mehr und mehr in Richtung einer ganzheitlichen Umsetzung innerhalb der Supply Chain aber auch dem Predictive Maintenance verschieben. Als Grundlage zu einem verbesserten technischen Verständnis und Entscheidungsfindung bekommen Sie in diesem Insight eine erste Übersicht zum allgemeinen Aufbau von IIoT-Architekturen sowie einer Vorstellung der IIoT- Architekturen der beiden führenden Anbieter Amazon Web Services und Microsoft Azure. Für Fragen, Anmerkungen und sonstige Anregungen stehen wir Ihnen herzlich gerne zur Verfügung. Mit den besten Wünschen Christian Wild Executive Senior Managing Partner
  3. 3. 28.07.20203CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © INHALT 1 Quo vadis Industrial IoT (IIoT)? 2 Überblick Industrial IoT (IIoT), Industrie 4.0 und Lean 4.0 3 Einführung Industrial IoT (IIoT) Architekturen 4 Beispiele: AWS und Azure
  4. 4. 28.07.20204CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © INHALT 1 Quo vadis Industrial IoT (IIoT)? 2 Überblick Industrial IoT (IIoT), Industrie 4.0 und Lean 4.0 3 Einführung Industrial IoT (IIoT) Architekturen 4 Beispiele: AWS und Azure
  5. 5. 28.07.20205CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © IOT DSCHUNGEL: DARSTELLUNG IOT ANBIETER Quelle: CWMC Analyse, Matt Turck
  6. 6. 28.07.20206CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © VERÄNDERUNG DER AKTUELLEN UND ZUKÜNFTIGEN IIOT-ANWENDUNGSFÄLLE (TOP 4) Quelle: CWMC Analyse Umfrage vom 01.04.2020 bis 30.06.2020: Anzahl Nennungen (in %) von Unternehmen, die im Bereich IIoT tätig sind oder Anwendungsfälle planen (n=110), Mehrfachnennungen möglich Qualitätskontrolle Vernetzte Produktion (I4.0) Logistik / Smart Supply Chain Predictive Maintenance Heute Zukunft 40 33 37 32 37 41 27 34 Wertschöpfungskette und Vorhersagbarkeit werden immer bedeutsamer
  7. 7. 28.07.20207CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © WO STEHEN UNTERNEHMEN IM BEREICH IIOT? Quelle: CWMC Analyse Umfrage vom 01.04.2020 bis 30.06.2020: Angaben in % von Unternehmen, die im Bereich IIoT tätig sind oder Anwendungsfälle planen (n=95), keine Mehrfachnennungen möglich IIoT-Reife und Erfahrung keine IIoT-Strategie erarbeiten Erste IIoT Use Cases geplant Erste IIoT Use Cases umgesetzt Einige IIoT Use Cases umgesetzt Breiter IIoT Rollout umgesetzt 7 23 18 34 13 5 Bereits 52% haben IIoT Anwendungsfälle im Einsatz
  8. 8. 28.07.20208CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © DIE WICHTIGSTEN ERFOLGSKRITERIEN VON IIOT-PROJEKTEN (TOP 5) Quelle: CWMC Analyse Umfrage vom 01.04.2020 bis 30.06.2020: Anzahl Nennungen (in %) von Unternehmen, die im Bereich IIoT tätig sind oder Anwendungsfälle planen (n= 98), Mehrfachnennungen möglich Innovationsgrad 11 ROI-Betrachtung 22 Verbesserte Auslastung 43 Niedrigere Kosten 50 Gesteigerte Produktivität 62
  9. 9. 28.07.20209CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © INHALT 1 Quo vadis Industrial IoT (IIoT)? 2 Überblick Industrial IoT (IIoT), Industrie 4.0 und Lean 4.0 3 Einführung Industrial IoT (IIoT) Architekturen 4 Beispiele: AWS und Azure
  10. 10. 28.07.202010CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © VERÄNDERUNG DER PRODUKTIONSPARADIGMEN DURCH INDUSTRIE 4.0 „Alt“ „Neu“ Zentrale Planung und Steuerung Dezentrale Selbstorganisation Starre Wertschöpfungskette Ad-hoc Wertschöpfungsnetzwerke Massenproduktion Individualisierung von Produkten Anwesenheitspflicht Flexibilität der Arbeit Proprietäre Systeme Offene Schnittstellen und Protokolle, Standards Automatisierungspyramide Service-orientierte Netzwerke Hierarchische Systematik Flexible und wandelbare Konzepte Starre Systeme mit Customizing Dezentrale modulare Software Datenbank und Software-Suiten Cloud und individuelle Apps
  11. 11. 28.07.202011CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © VORAUSSETZUNGEN FÜR EINE ERFOLGREICHE EINFÜHRUNG VON INDUSTRIE 4.0 1 Fehlerfreie Stammdaten ▪ Master Data Management ▪ Sicherung der Datenqualität ▪ Daten Lifecycle Management 2Gut ausgebildete Mitarbeiter ▪ Zusammenhänge verstehen und vernetzt denken ▪ Neue Technologien und Prozesse effizient und effektiv nutzen ▪ Potenzial ausschöpfen ▪ Mitarbeiter als „Dirigent“ 3 Schlanke und etablierte Prozesse ▪ Einfachere Digitalisierung möglich ▪ Nutzung der Lean Management Werkzeuge ▪ Prozesse vereinfachen und beherrschen 4Standardisierte Schnittstellen ▪ Reduktion der Komplexität ▪ Einfachere Wartung und Ausbau der Systeme in Zukunft ▪ Interoperabilität zwischen den Ebenen Vss. I4.0 Quelle: CWMC Analyse
  12. 12. CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG © 2020 ÜBERBLICK | 10 BAUSTEINE FÜR IHRE INTELLIGENTE PRODUKTION GEMÄß INDUSTRIE 4.0 Intelligente Produktion (Industrie 4.0) Autonome Roboter Big Data & Analytics/Simulation Systemintegration Industrial Internet of Things (IIoT) Cybersecurity Cloud Additive Manufacturing Augmented Reality Digitaler Zwilling & Cyberphysische Äquivalenz KI & Machine Learning Quelle: CWMC Analyse 28.07.202012
  13. 13. 28.07.202013CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © IM DETAIL | 10 BAUSTEINE FÜR IHRE INTELLIGENTE PRODUKTION GEMÄß INDUSTRIE 4.0 Autonome Roboter Autonome Roboter erlernen die Fähigkeiten der Produktionsschritte und werden autonom miteinander agieren. Dies senkt die Kosten und erhöht die Produktivität. Die Datenflut und das Teilen von Informationen entlang der Wertschöpfungskette benötigt eine performante Integration von Cloud Technologien. Cloud Big Data & Analytics / Simulation Gesammelte Daten werden ausgewertet, Muster werden erkannt und in verschiedenen Simulationen für Prognosen zur besseren Produktionsplanung und -steuerung genutzt. 3D-Printing wird sich stärker in der Produktion von Protypen- und Individual-Komponenten mit kleinen Losgrößen durchsetzen. Diese Form der Fertigung bietet Vorteile in der Konstruktion und Designentwicklung. Additive Manufacturing Für die Anbindung aller Komponenten benötigt es eine vertikale als auch eine horizontale Systemintegration der IT- Infrastruktur, insbesondere der Produktion-IT. Systemintegration In der Instandhaltung, Produktionssteuerung, Lagerhaltung und Nacharbeit ermöglicht die Anreicherung der Realität mit Informationen und Instruktionen enorme Einsparpotenziale. Augmented Reality Mehr Devices und Sensoren werden im Produktionsumfeld genutzt und angebunden. Diese werden sich untereinander und mit allen anderen Komponenten vernetzen. Industrial Internet of Things (IIoT) Die digitale Repräsentanz eines Objekts oder Prozesses ermöglicht die komplexe Simulation von Prozessketten und einen übergreifenden Datenaustausch. Digitaler Zwilling & Cyberphysische Äquivalenz Notwendig, aufgrund Vernetzung der Systemkomponenten entlang der Produktions- und Wertschöpfungskette und der sensiblen Datenaufkommen. Cybersecurity Die Künstliche Intelligenz und Machine Learning Methoden ermöglichen es Ihrer Produktion aus den gesammelten Daten zu lernen und Prozess- Schritte zu verbessern. KI & Machine Learning Quelle: CWMC Analyse
  14. 14. 28.07.202014CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © DETAILLIERTE ÜBERSICHT RELEVANTER INDUSTRIE 4.0 TECHNOLOGIEN UND KONZEPTE Produktion Arbeitsorganisation Agile Team- und Arbeitsorganisation Arbeitsplatzgestaltung & Arbeitsunterstützung Mensch-Maschine Schnittstelle / Human Machine Interface (HMI), Usability/UX und Ergonomie, Assistenzsysteme, Digitale Arbeitsanweisungen Engineering Smart Engineering, CAD-Integration mit ERP und MES, Varianten- und Konfigurationsmanagement, Anforderungsmanagement, Digital Engineering Fertigungstechnologien Qualitätssicherung, Selbstgesteuerte Fertigungsauftragsabwicklung Logistik Kapazitäts-Sharing von Transport- und Lagerkapazitäten, Track & Trace Konzepte, Fahrerlose Transportsysteme, Selbststeuerungsbasierte Intralogistik Maschinen & Anlagen Condition Monitoring, Virtuelles Gerät, Fernwartung, Virtuelle Inbetriebnahme, Selbstoptimierende Maschinen, Intelligente Sensorik / Aktorik Produktionsplanung und -steuerung Fertigungsauftragsverfolgung, Intelligente Produktions- und Fertigungsplanung und -steuerung (PPS), Manufacturing Execution System (MES) Integration Ressourceneffizienz Urban Manufacturing, Kreislauf/Nachhaltigkeit (Output zu Input) Robotik und Mensch- Maschine-Kollaboration Softrobotik, Force Feedback Smart-Fähigkeit Selbstlokalisierung, Multi-Agenten-Steuerung und agentenbasierte Entscheidungsunterstützung, Sensorik, Aktorik, Produktionsplanung und -steuerung Information und Kommunikation Cybersicherheit Sicherheitsrichtlinie, Bedrohungsanalysen, Penetrationstest, Self-Patching-Network- Verteidigungssysteme, Künstliche Immunsysteme, Kryptographie Datenmanagement XaaS / Cloud Services, Ökonomische Bewertung von Daten, Virtualisierung (Virtualization), Sematische Systeme / Linked Open Data, Big Data Grafische Daten- und Bildverarbeitung Social Augmented Reality (SAR), Cyber- physical Equivalence (CPE), 3D-/4D- Erfassung, Computer Vision Prüfsysteme Kommunikation und Netze Kognitive Funksysteme, Taktiles Internet, OPC-Unified Architecture, 6LoWPAN, MTConnect, Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), IPv6 Schutz & Sicherheit für Daten & Informationen Industrial Data Space (IDS), Authentification / Identity Management, ID-basierte Verschlüsselung, Aktivitätsbasierte Betrugserkennung, Enterprise Digital Right Management (EDRM), High Assurance Plattformen, Sichere mobile Datenspeicher, Standards & Zertifizierung, Modulare Sicherheitsnachweise und Laufzeitzertifikate Unternehmenstransformation Change Management Einführungsszenarien und Migrationspfade Industrie 4.0, Strategie und Roadmap-Entwicklung, Reifegradmessung Geschäfts- modelle & Unternehmens- planung Ermittlung ROI und Total Cost of Ownership (TCO), Everything as a Service (XaaS), Kosten- Nutzenrechnung digitaler und vernetzter Lösungen, Einkauf und Industrie 4.0 (inkl. Entwicklung von Ausschreibungskriterien) Human Resource Management Arbeitsplatznahe Lernformen und Lernsysteme / lernförderliche Arbeit, Tutorensysteme und der Wandel der beruflichen Aus- und Weiterbildung, 4.0 orientierte Personalentwicklung/Aus- und Weiterbildung Quelle: CWMC Analyse
  15. 15. 28.07.202015CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © BEISPIELHAFTE EINSATZMÖGLICHKEITEN VON LEAN 4.0: FUSION VON LEAN MANAGEMENT UND INDUSTRIE 4.0 Stabilisieren und Standardisieren Visualisieren Nivellieren und Glätten Takt, Fluss, Pull Kontinuierliche Verbesserung Autonomation / Jidoka Vernetzung in der Cloud / Nutzung von Schnittstellen und Plattformen wie UMATI/OPC UA Konnektivität im gesamten Werk Digitaler Zwilling Big Data Analysen und Simulationen Sicherheit an allen IT-Punkten Augmented Reality bspw. in der Nacharbeit Nutzung mobiler Endgeräte Autonome Roboter kommunizieren im Werksumfeld mit eigener Prozesskette, sowie Kunden und Lieferanten KI für ein selbstoptimierende Produktion Lean Management Industrie 4.0 Quelle: CWMC Analyse
  16. 16. 28.07.202016CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © INHALT 1 Quo vadis Industrial IoT (IIoT)? 2 Überblick Industrial IoT (IIoT), Industrie 4.0 und Lean 4.0 3 Einführung Industrial IoT (IIoT) Architekturen 4 Beispiele: AWS und Azure
  17. 17. 28.07.202017CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © ÜBERSICHT REFERENZARCHITEKTURMODELL INDUSTRIE 4.0 (RAMI 4.0) Quelle: CWMC Analyse, ZVEI Business Functional Information Communication Integration Asset Development Maintenance Usage Type Production Maintenance Usage Instance Connected World Enterprise Work Centers Station Control Device Field Device Product Life Cycle & Value Stream IEC 62890 Hierarchy Levels IEC 62264 / IEC 61512 Layers
  18. 18. 28.07.202018CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © ÜBERSICHT REFERENZARCHITEKTURMODELL INDUSTRIE 4.0 (RAMI 4.0): ANWENDUNGSBEREICH IIOT Quelle: CWMC Analyse, ZVEI Business Functional Information Communication Integration Asset Development Maintenance Usage Type Production Maintenance Usage Instance Connected World Enterprise Work Centers Station Control Device Field Device Product Life Cycle & Value Stream IEC 62890 Hierarchy Levels IEC 62264 / IEC 61512 Layers
  19. 19. 28.07.202019CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © DAS IIOT-KONZEPT IIoT Services IIoT Infrastructure Platform Intelligent Gateway IIoT Service Provider Communication Network IIoT Devices Security (Complex) Event Processing Interface HMI Big Data & Analytics Quelle: CWMC Analyse
  20. 20. 28.07.202020CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © FUNKTIONALE DOMÄNEN IM BEREICH IIOT UND DEM FOKUS AUF DIE BEZIEHUNG ZWISCHEN OPERATIONS UND CONTROL DOMÄNE Functional Domains Business Operations Information Application Control Sense Actuation Physical Systems Operations Prognostics Optimization Monitoring & Diagnostics Provisioning Deployment Management Control Domain A B C Customers Quelle: CWMC Analyse
  21. 21. 28.07.202021CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © DIE 3-TIER IIOT SYSTEM ARCHITEKTUR Domain ApplicationsService Platform Edge Tier Platform Tier Enterprise Tier Proximity Network Edge Gateway Device Management Data Aggregration …. Access Network Edge Gateway Data Flow Control Flow Data Transform Analytics Operations Rules & Controls Data Flow Control Flow Service Network Quelle: CWMC Analyse
  22. 22. 28.07.202022CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © MAPPING DER FUNKTIONALEN DOMÄNEN AUF DIE 3-TIER ARCHITEKTUR Edge Tier Platform Tier Enterprise Tier Control Domain Controller Actuators Sensors Application & Gateway Information Domains Data Services & Platforms Analytic Services & Platforms Ingestion & Transformation Persistance & Distribution Streaming & Batch Persistance & Distribution Operations Domains Provisioning & Deployment Asset & Meta Data Management Prognostics & Optimization API & Portal Monitor & Diagnostics Business Domains Analytics OSS CRM BSS EMR … Application Domains Logic & Rules API & Portal Proximity Network Access Network Service Network Daten Orchestrierung Asset Mgmt Daten Informationen Daten Quelle: CWMC Analyse
  23. 23. 28.07.202023CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © INHALT 1 Quo vadis Industrial IoT (IIoT)? 2 Überblick Industrial IoT (IIoT), Industrie 4.0 und Lean 4.0 3 Einführung Industrial IoT (IIoT) Architekturen 4 Beispiele: AWS und Azure
  24. 24. 28.07.202024CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © IOT SERVICES VON AWS Industrial Equipment OPC UA data server Quelle: CWMC Analyse, Amazon Web Services FreeRTOS program, deploy, secure, connect & manage small low-power devices AWS IoT SiteWise Gateway Collect data from on-premises equipment and historian databases AWS IoT Greengrass Run application code at the edge AWS IoT SiteWise Collect, organize and analyze industrial data at scale AWS IoT Core Secure device connectivity and messaging AWS IoT Device Management Fleet onboarding, management and SW updates AWS IoT Device Defender Fleet audit and protection AWS IoT Things Graph Connect devices and web services Analytics & Event Detection AWS IoT Device Analytics Process and prepare data for analytics & machine learning AWS IoT Events Detect and respond to events from IoT sensors & applicationsDevice Connectivity and Control Data Management IIoT Services von AWS
  25. 25. 28.07.202025CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © IOT SYSTEMARCHITEKTUR VON MICROSOFT AZURE Quelle: CWMC Analyse, Microsoft Security Deployment High Availability and Disaster Recovery Things Insights Action IoT Edge Devices IoT Devices Bulk Device Provisioning Cloud Gateway (IoT Hub) Warm Path Store Cold Path Store Stream Processing UI & Reporting Tools User Management Machine Learning Business Integration Device Management Data Transformation Store Data Stream processing & rules evaluation over data Integrate with Business Processes Visualize data & learnings
  26. 26. CWMC – CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG RHEINSTRAßE 44 76467 BIETIGHEIM WWW.CWMC.BEST KONTAKT@CWMC.BEST +49 7245 9473443 PRODUKTIVITÄT INTELLIGENT MAXIMIEREN.© BERLIN FRANKFURT AM MAIN HAMBURG KÖLN LEIPZIG MÜNCHEN STUTTGART WIEN ZÜRICH

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