LEVEL-UP: WARUM SICH DIE TIEFGREIFENDE DIGITALISIERUNG VON RETAIL-GERÄTEN FÜR KÄRCHER IN VIELERLEI HINSICHT AUSZAHLT

Ein Produkt, das sich bereits millionenfach verkauft hatte, sollte noch weiter verbessert werden. Durch das Sammeln von Daten und die Bereitstellung nützlicher Statistiken für den Benutzer über eine App sollte eine effizientere Nutzung des Geräts ermöglicht werden, um es nachhaltiger zu machen.

Durch den Einsatz von AWS zur Erstellung einer Internet of Things (IoT) Plattform, um Geräte aus dem Retail-Portfolio zu integrieren, wurde der Grundstein für die Anbindung der Kärcher Smart Control Range (SCR) gelegt.

Dabei bestand die Herausforderung darin, ein Produkt kostengünstig herzustellen, das in der Lage ist, eine zuverlässige Anzeige der vom Gerät erfassten Daten in der Kärcher Home & Garden App zu gewährleisten. Darüber hinaus sollte das Gerät die Daten an die IoT-Plattform zur analytischen Verarbeitung weiterleiten. 

Am Ende wurden alle erklärten Ziele erreicht. Wie diese innovativen Schritte zustande kamen, wird in den folgenden Kapiteln dargestellt.

BRING IT HOME: DIE VORTEILE DER VEREINIGUNG ALLER INTELLIGENTEN GERÄTE UNTER EINER IOT-PLATTFORM

Ab April 2020 gelang es Zoi, Smart Control in die bestehende IoT-Infrastruktur zu integrieren, ohne die Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit der Plattform insgesamt zu beeinträchtigen. Durch die Nutzung der flexiblen und skalierbaren Plattform, die Zoi auf AWS erstellt hatte, war das Gerät in weniger als einem halben Jahr bereit, die von Kärcher gesetzten Qualitätsstandards zu erfüllen. Im Hinblick auf die Markteinführung im Jahr 2021 wird sich Zoi um die Wartung und Entwicklung neuer Funktionen kümmern.

Das Hauptziel war es, die Bedürfnisse und Anforderungen des Kunden zu erfüllen, um die Smart Control Range der Hochdruckreiniger in die bestehende IoT-Plattform zu integrieren. Dadurch sollen die Endanwender in die Lage versetzt werden, über Datenanalysen die Qualität sowie die Handhabung des Gerätes zu verbessern. Zudem soll Kärcher die Möglichkeit erhalten, Cross-Selling zu betreiben und Kundinnen und Kunden sinnvolle Erweiterungen der Produkte anzubieten. All diese Neuerungen läuten den Beginn eines enormen Wachstums in Bezug auf die Nutzung und Flexibilität digitaler Produkte ein.

ALLES AUS EINEM GUSS: VEREINHEITLICHUNG ALLER DIGITALEN INFORMATIONEN UND VEREINFACHUNG DES DATENFLUSSES FÜR MAXIMALEN OUTPUT

Basierend auf den Anforderungen entwickelte Zoi eine skalierbare Lösung zur Integration der Geräte in die IoT Cloud Plattform. Darüber hinaus wird die Lösung durch die wichtigsten Elemente der Plattform beschrieben: Konnektivität, Datenverarbeitung und -transformation, Datenspeicherung und Automatisierung.

KONNEKTIVITÄT

Die SCR ist mit einem Bluetooth-Modul ausgestattet. Die Idee dabei ist, das Smartphone als Gateway (genannt »light bridge«) zu verwenden, um die Verbindung zwischen dem Gerät und der IoT Cloud Plattform zu ermöglichen und die Interaktion zu erlauben.

Die wichtigsten Protokolle, die sowohl auf dem Gerät als auch für die Kommunikation zwischen der Plattform verwendet werden, sind Bluetooth (Device <-> APP), MQTT und REST APIs.

Für die MQTT-Verbindung wird der IoT Core Service verwendet. Über diese Verbindung werden Statusdaten, Registrierung und Firmware-Updates gesendet. Der IoT Core Service und seine konfigurierbaren Regeln bieten ein Konzept, das die Integration vieler Geräte in die IoT-Plattform ermöglicht. 

Darüber hinaus gibt es eine Reihe von REST APIs, die die Kommunikation zwischen der App und der IoT Cloud sowie externen Diensten ermöglichen. Diese APIs werden über das API Gateway bereitgestellt.

Um den Nutzerinnen und Nutzern die Verbindung zu den Geräten zu ermöglichen, haben wir den Kärcher Single Sign On (SSO) Login Service integriert. Dabei handelt es sich um einen Identitätsdienst auf der Basis von Amazon Cognito, der es den Benutzern ermöglicht, sich auch bei verschiedenen anderen Kärcher Systemen anzumelden. Der Prozess der Benutzerauthentifizierung nutzt den OpenID Connect Standard, Json Web Tokens (JWT) und Amazon Cognito.

DATENVERARBEITUNG & -TRANSFORMATION

Die Architektur ist in Microservices gegliedert, von denen jeder eine Teilmenge der Geschäftsprozesse repräsentiert. Die Geschäftsprozesse werden in entsprechende Komponenten geclustert, um die Datenverarbeitungs- und -umwandlungspipelines zu erstellen.

Jede Komponente ist ereignisgesteuert (API-Gateway, IoT-Regel, CloudWatch, usw.) und nutzt Serverless Computing Dienste. Da keine permanenten Server erforderlich sind, sondern nur auf Ereignisse reagiert wird, wird eine Kette von Lambda Funktionen, Step Funktionen und Kinesis Data Streams verwendet, um die ein- und ausgehenden Daten zu transformieren und zu verarbeiten. Dies ermöglicht eine nahezu Echtzeit-Verarbeitung der Daten.

DATENSPEICHERUNG

Für die Datenspeicherung wird ein Service Mix aus DynamoDB, Aurora und S3 verwendet. Insbesondere DynamoDB wird als Hauptdatenbank auf der Plattform verwendet, um den serverlosen Ansatz zu verfolgen und eine schnelle Leistung und Skalierbarkeit zu erreichen. Es wird eine große Anzahl von Geräten erwartet. Daher wird es eine hohe Anzahl von Lese- und Schreibzugriffen geben. Dies garantiert nicht nur eine schnelle Speicherung und Abfrage, sondern auch die Auswertung und Analyse von Datensätzen.

AUTOMATISIERUNG

Alle Dienste werden mit IaC erstellt und verwaltet. Hierfür wird eine automatisierte CI/CD Pipeline in Kombination mit Terraform und dem Serverless Framework für AWS eingesetzt.

Dies erhöht die Qualität und Geschwindigkeit der Bereitstellung von Updates, Erweiterungen oder Neuentwicklungen in Produktions- und Entwicklungsumgebungen. Darüber hinaus kann die gesamte Plattform mit geringem Aufwand in anderen Regionen verfügbar gemacht werden. Die Architektur in der folgenden Abbildung zeigt einen vereinfachten Überblick über die Module und Services der Cloud-Plattform.

Aufgrund des modularen Aufbaus der Architektur ist es sogar möglich, zusätzliche Dienste innerhalb des ereignisbasierten Ablaufs zu nutzen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, die Kernfunktionen der Plattform durch externe Anwendungen oder bestehende Dienste zu erweitern. Dies bietet die Vielseitigkeit, die notwendig ist, um die Anforderungen der Anwendungsfälle vollständig zu erfüllen.

VORTEILE & ERGEBNISSE

Die Anbindung der SCR an die Kärcher IoT Plattform und App bietet Kundinnen und Kunden weitreichende Vorteile bei der Nutzung des Geräts. Es werden hilfreiche Tipps zur Nutzung und Reinigung verschiedener Objekte sowie zusätzliche Informationen und Produkte auf Basis der Nutzung angeboten. Die Anbindung an die Plattform ist ein einheitlicher Prozess, der eine einfache Integration ermöglicht und für eine skalierbare Anzahl von Nutzern und Geräten verfügbar ist.

Durch die konsequente Anwendung von Microservice Patterns sowie einer serverlosen Architektur in Kombination mit skalierbaren AWS Services ist die Plattform wie geschaffen für weitere Produkte, die perspektivisch integriert werden können.

ÜBER KÄRCHER

Die Alfred Kärcher SE & Co. KG mit Sitz in Winnenden und 130 Tochtergesellschaften in 73 Ländern ist der weltweit führende Anbieter von Reinigungstechnik. Für seine innovative Service- und Produktpalette, insbesondere die Kärcher Hochdruckreiniger, erlangte der Konzern internationale Bekanntheit in sämtlichen Bereichen der professionellen Reinigung. Das Familienunternehmen beschäftigt mehr als 13.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und kann auf eine über 85-jährige Firmengeschichte zurückblicken.

Das Hauptziel war es, die Smart Control Range der Hochdruckreiniger in die bestehende IoT-Plattform zu integrieren.

Ein vereinfachter Überblick über die Module und Services der IoT-Plattform.