DIGITALE, DATENGETRIEBENE GESCHÄFTSMODELLE MIT MEHRWERT FÜR ENDKUNDEN

Die herstellende Industrie in Deutschland hat eine lange Tradition. Viele der oft

familiengeführten Unternehmen blicken auf ein stabiles, organisches, gesundes Wachstum zurück. 

Jedoch halten traditionelle IT-Strukturen häufig nicht mit dem Innovationstempo mit. Der Markt verlangt nach Diensten, die skalierbar, sofort verfügbar und „always-on“ sind. Diese stetig steigende Nachfrage fordert IT-Abteilungen heraus, immer wieder neue Wege zu gehen, um sich zu positionieren und einen sinnvollen digitalen Wandel einzuleiten.

HEIDELBERG bietet seinen Kunden – darunter namhafte Verlagshäuser und Druckereien – digitale Subscription-Modelle an, die sowohl Equipment, Verbrauchsgüter, Software, Training und Consulting als auch den Service beinhalten.

Um den Betrieb und Erfolg dieser datengetriebenen Geschäftsmodelle – und damit auch den nachhaltigen Mehrwert für Endkunden – sicherzustellen und ein digitales Ökosystem aufzubauen, benötigte HEIDELBERG eine leistungsfähige IoT-Plattform. 

Auf der Plattform sollten die Daten nicht nur erfasst und visualisiert, sondern auch sinnvoll und nahtlos miteinander verknüpft werden, um beispielsweise Predictive Maintenance und Fernwartung zu ermöglichen. Gleichzeitig sollte die Datenplattform HEIDELBERG hilfreiche Datenanalysen aus dem Arbeitsalltag der zahlreichen Druckmaschinen liefern, um diese weiterhin kontinuierlich zu verbessern.

Da HEIDELBERG seit 2005 Daten basierend auf Maschinen-Logs erfasste, standen dem Unternehmen bereits umfangreiche unstrukturierte Daten zur Verfügung, mithilfe derer Service-Techniker die Endkunden auch remote betreuen konnten. 

Allerdings stellten die bestehenden Lösungen eine Mischung aus eigens entwickelten und zugekauften Produkten dar, sodass sich die Daten in Silos befanden, die Wartung aufwändig, die Datenkonsistenz nicht gewährleistet und die Kosten hoch waren. 

HEIDELBERG wünschte sich vor allem die Möglichkeit zur nahtlosen Integration und Echtzeit-Datenverarbeitung. Die neue IoT-Plattform sollte diese Wünsche erfüllen.

EINE SKALIERBARE IOT-PLATTFORM IN DER AWS CLOUD

Zu Beginn wurden die Druckmaschinen einer Analyse ihrer Datenstrukturen und Kommunikationswege unterzogen, um die Daten zu harmonisieren und die Migration in die Cloud zu erleichtern. Aufgrund der qualitativen und funktionalen Anforderungen verwendete das Team ein leichtgewichtiges Protokoll auf Basis von MQTT, das die bidirektionale Kommunikation mit der Cloud eröffnete und den Maschinen ermöglichte, eine große Anzahl an Nachrichten zu senden und mit geringer Latenz zu verarbeiten.

Die End-to-End-Lösung wurde mit einem Proof of Concept (PoC) validiert. Dies half, die Machbarkeit der Lösung zu prüfen, und zeigte, dass die Datenkonsistenz und -integrität auch bei großen Datenmengen und unterschiedlichen Intervallen erhalten blieben. 

Nachgelagert wurden die Prozesse über eine Provisioning-Funktion ergänzt, sodass Maschinen, die sich bereits im Feld befanden, sicher an die Cloud-basierte IoT-Plattform andockten. Die flüssige Datenverarbeitung bei großen Datenmengen wurde auf Basis von Streaming Services des Cloud-Anbieters AWS umgesetzt. 

Der Aufbau eines Data Lakes half, die Telemetriedaten strukturiert abzulegen, sodass HEIDELBERG komplexe Analysen – wie sie beispielsweise für die vorausschauende Wartung benötigt werden – entwickeln kann. Dies diente der Transparenz und Kontrolle, ortsunabhängig und in Echtzeit.

EVENT SOURCING ALS BASIS FÜR DIE FEHLER- UND DATENANALYSE

Zoi begann die technische Umsetzung der IoT-Plattform mit der Entwicklung einer ereignisgesteuerten Architektur. Das Event Sourcing erfolgt durch orchestrierte Zustandsänderungen in Events als Sequenz (Stream). Dies ermöglicht den Einsatz von Serverless-Diensten und garantiert eine hohe Skalierbarkeit. Die Architektur wurde flexibel gestaltet, um zukünftige Anpassungen problemlos vorzunehmen. Da alle Ereignisse in den Ereignisspeichern aufgezeichnet werden, ermöglicht das eine zuverlässige Nachvollziehbarkeit sowie eine deterministische Fehler- und Datenanalyse. 

Im Zentrum der Plattform stand ein Event-Bus, der den Kommunikationsweg zwischen den einzelnen Diensten sowie die Integration von Verbrauchersystemen darstellt. Für die IoT-Plattform entwickelten wir die folgenden Dienste auf Basis von AWS: 

• Provisioning Service: Provisioning (Autorisierung und Authentifizierung) der Maschinen über API Gateway und X.509-Zertifikate, damit die Maschinen sicher mit der Plattform kommunizieren können. 
  
• Telemetrie-Service: Empfangen, Validieren und Verarbeiten von Telemetriedaten in Echtzeit mit IoT Core, Kinesis Data Stream und Lambda. 
  
• Analyse-Service: Übertragung von Telemetriedaten, Ereignissen und Dateien wie Logs, Konfigurationsdateien und Updates an einen S3 Data Lake zur Datenanalyse mit Integration von S3, Lambda, Athena und Glue. 
  
• Remote-Service: Möglichkeit der Fernwartung der Maschinen durch die Nutzung von AWS IoT Secure Tunneling.

ÜBER HEIDELBERG

Die Heidelberger Druckmaschinen AG (HEIDELBERG) ist ein globaler Technologiekonzern und führend in der Druckindustrie. Mit einem starken Fokus auf Digitalisierung bietet HEIDELBERG integrierte und automatisierte Systemlösungen für Maschinen, Software, Verbrauchsgüter und Services. Im Geschäftsjahr 2021/2022 betrug der Umsatz rund 2,2 Mrd. €. Das Unternehmen beschäftigt weltweit etwa 9.800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an 250 Standorten in 170 Ländern.

Jeden Tag zeichnet die Plattform Millionen von Ereignissen auf, die unter anderem Informationen über den Status der Maschine, den Druckfortschritt und die Anzahl der korrekten bzw. fehlerhaften Drucke liefern und so als Grundlage für die Erstellung weiterer datengetriebener Anwendungen dienen.

Tausende Maschinen speisen ihre Daten bereits ein – und weitere Endkunden werden kontinuierlich an die Plattform angebunden. 

Die IoT-Plattform hat das Potenzial, der globale Hotspot für die Fernwartung und -auswertung von Druckmaschinen zu werden. Sie bildet zudem die Basis für weitere, digitale Geschäftsmodelle in einem cloud-basierten Ökosystem, das mit geplanten ML- und KI-Anwendungsfällen sowie bestehenden HEIDELBERG Services, die noch on-premise laufen, weiter wachsen wird.

Indem HEIDELBERG die Plattform eigenständig mit Zoi entwickelt hat, behält das Unternehmen die Hoheit über seine Daten, ist jederzeit handlungsfähig und kann auch zukünftige Services flexibel integrieren. Mit einem höheren Maß an Transparenz für Betriebsabläufe ist HEIDELBERG nun in der Lage, Endkunden ein noch höheres Serviceniveau zu bieten.

Die der IoT-Plattform zugrunde liegende Architektur greift auf AWS Managed Services zurück.