Smarte Produkte auf Basis intelligenter Datennutzung

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Use Case

So wird die IoT-Technologie in der Praxis unserer Community angewendet

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Smarte Produkte auf Basis intelligenter Datennutzung

Die CDE Engineering, Tochter des Digitalisierungspartners All for One, ist ein One Stop Shop für individuelle Software und IoT-Lösungen. Sie vernetzt Edge-Komponenten über die Cloud mit Bestandssystemen. Am Beispiel des RMD-Projektes (Remote Maintenance Display) der Frauscher Sensortechnik GmbH zeigen wir im Folgenden, wie ein solches Projekt in der Praxis aussehen kann und welche Mehrwerte daraus entstehen. 

Die Frauscher Sensortechnik GmbH ist Sensorhersteller und Spezialist für den sicheren Bahnbetrieb, hier insbesondere für Achszähler. Die Endkunden von Frauscher sind Bahnbetreiber wie die DB oder ÖBB aber auch Betreiber von U-Bahnen oder S-Bahnen. Allerdings werden die Produkte von Frauscher über Integratoren vertrieben, welche den Bahnbetreibern Gesamtlösungen für die Bahnstrecken anbieten – also komplette Systeme für den Bahnbetrieb inkl. Signaltechnik etc. Aufgrund der hohen Sicherheitsrelevanz gelten dafür komplexe gesetzliche Vorgaben, die sich aber wiederum auf nationaler oder regionaler Ebene unterscheiden. 

 

Ein Achszähler ist ein auf den Gleisen montierter Sensor, der die Überfahrt eines Rads erkennt. Lokführer fahren nicht auf Sicht, sondern richten sich auf Streckensignale, die anzeigen, ob er in den nächsten Streckenabschnitt einfahren darf. Die Grenzen dieser Abschnitte werden durch Achszähler überwacht. Hat ein Zug einen Sensor passiert, gibt es eine sogenannte Freimeldung, so dass der Betreiber weiß, dass sich in diesem Abschnitt kein Zug (mehr) befindet und der nächste Zug in diesen Abschnitt einfahren darf.  

Die Herausforderung: Fehlerhafte Werte identifizieren, um Streckensperrungen zu vermeiden

Die Achszähler tragen maßgeblich dazu bei, Gleisabschnitte maximal verfügbar und doch sicher zu halten. Allerdings ist das sehr aufwendig. Neben dem unvermeidbaren, sicherheitsbedingten Wartungs- und Inspektionsaufwand können extreme Temperaturen, Witterungseinflüsse, Feuchtigkeit oder Vibrationen punktuell fehlerhafte Daten hervorbringen.  

 

Zwar gibt es auch Mechanismen, fehlerhafte Werte zu identifizieren und unnötige Streckensperrungen zu vermeiden. Wenn bspw. der Eingangszähler eines Streckenabschnittes 30 Achsen zählt, der Ausgangszähler aber nur 29, kann durch logische Prüfungen im Achszähler z.B. durch sogenannte Supervisor Abschnitte ein automatischer Reset durchgeführt werden. Aus Sicherheitsgründen können diese Resets nicht beliebig oft wiederholt werden, speziell wenn es sich um einen systematischen Fehler handelt. Ab einem gewissen Limit an Resets erfolgt dann trotzdem eine Streckensperrung, welche nur durch einen manuellen Reset vom Bahnbetreiber wieder aufgehoben werden kann. Bis dahin bleibt der Streckenabschnitt aber gesperrt und für den Bahnbetrieb nicht verfügbar. 

 

In der Ausgangsituation wurden die Daten über den „Gesundheitszustand“ der Achszähler ausschließlich in unvernetzten IPCs, welche in regelmäßigen Abständen an den Gleisstrecken installiert sind, gesammelt. Von dort mussten die Daten durch die Bahnbetreiber händisch, über einen USB-Abgriff oder Remote, eingesammelt werden, bevor diese wiederum aufwendig und händisch analysiert bzw. verarbeitet werden konnten. Damit war es aber oftmals zu spät Gleissperrungen durch systematische Fehler zu verhindern. 

Die Lösung: Achszählerdaten analysieren für proaktive Serviceeinsätze

Um die Verfügbarkeit der Gleisstrecken zu erhöhen, hat Frauscher das RMD-Projekt initiiert. Das Ziel im ersten Schritt war über ein Condition Monitoring System, die bessere Planbarkeit von Serviceeinsätzen zu ermöglichen, um fehlerhafte Sensoren proaktiv resetten zu können, bevor ein Streckenabschnitt gesperrt werden muss. Damit bietet Frauscher seinen Endkunden aber auch den abnehmenden Integratoren einen großen zusätzlichen Mehrwert im Sinne eines smarten Produktes. Darüber hinaus sollte durch einen besseren und schnelleren Zugang zu den über die Achszähler gesammelten Daten bzw. deren zentrale Ablage, Möglichkeiten zur Mustererkennung und zur automatischen Datenanalyse etc. geschaffen werden, auf deren Grundlage weitere Produktverbesserungen möglich werden können. Dazu wurde im ersten Schritt ein verkabeltes, lokales Netzwerk eingerichtet, über welches die Diagnosedaten der Achszähler von den an den Gleisen installierten IPCs in Echtzeit an ein zentrales System übertragen werden. Zwar wurde schon bei Projektbeginn über eine Cloudlösung nachgedacht, die hohe Sicherheitsrelevanz sprach allerdings dafür, die ersten Schritte mit einem lokalen Netzwerk zu gehen. Von Anfang an spielen aber auch Überlegungen in Richtung Predictive Maintenance eine Rolle. 

Frauscher Sensor auf Bahngleis
Quelle: Frauscher.com

Frauscher hatte also eine konkrete Idee für ein Projekt bzw. eine IoT-Strategie, aber nicht ausreichend technologisches Fachwissen, um dieses Projekt allein anzugehen. Deshalb war der richtige Partner entscheidend, der technologisches Wissen zu Vernetzung, Visualisierung und Analytics mitbringt, im Projekt proaktiv mitdenkt und die Software entwickelt. Idealerweise sollte er auch Know-how-Transfer leisten und beim Auftraggeber Expertise aufbauen können. Dieser Partner wurde mit der All for One Tochter CDE Engineering gefunden, einem Spezialisten für smarte Produkte, individuelle Softwareentwicklung und IoT Lösungen. Das Projekt startete mit einem drei-tägigen Workshop, bei dem CDE die Technik der Achszählsensoren erlernt hat, um den Hintergrund zu verstehen. Umgekehrt konnte die CDE in diesem Workshop Perspektiven aufzeigen, welche Lösungen denkbar sind. In einem SCRUM-basierten Arbeitsansatz wurden dann gemeinsam Ziele und User-Szenarien definiert. Frauscher hatte zwar die Kompetenzen, projektbezogene Lösungs- und Technologieansätze hinsichtlich der Sinnhaftigkeit für das eigene Kerngeschäft zu bewerten. Aber die Expertise, diese Ansätze zum Aufbau einer komplett neuen Lösungsplattform weiterzuentwickeln und entsprechend umzusetzen war in der Ausgangssituation nicht vorhanden. So hatte Frauscher bspw. keine Webentwickler – weder in Richtung Frontend hinsichtlich der Datenvisualisierung noch in Richtung Backend, etwa mit Blick auf REST-APIs, Business Logic und Datenanalyse. Auch gab es kein eigenes Knowhow im Bereich Microservice-Architektur. Gerade dies war aber schon in der Anfangsphase essenziell, da – um eine möglichst reibungslose spätere Cloud-Migration zu ermöglichen – auch die initiale lokale Lösung schon auf einer Microservice-Architektur basierte. Diese Kompetenzen brachte die CDE in das Projekt ein.  

Das Ergebnis: Partnerschaftliche Zusammenarbeit und smarte Produktentwicklung

Über das Projekt wurde eine flexible Lösungsplattform aufgebaut, auf der jetzt ein Echtzeitmonitoring System zur Überwachung der Achszähler läuft. Dadurch werden die Endkunden von Frauscher, die Streckenbetreiber, frühzeitig über mögliche Sensorstörungen informiert und können durch rechtzeitige Gegenmaßnahmen unnötige Streckensperrungen vermeiden. Die über das lokale Netzwerk erfassten Diagnosedaten werden zentral zusammengeführt und stehen für Data Analytics zur Verfügung. Dadurch eröffnen sich Frauscher weitere Möglichkeiten, datengetriebene Optimierungen und Services rund um seine Produkte umzusetzen. Auf diese Weise können sich auch neue Kundengruppen adressieren lassen bzw. sich neue Geschäftsfelder auftun. 

 

Im nächsten Schritt soll das System in die Cloud migriert werden – ein Schritt, den Frauscher in Eigenregie unternehmen möchte, nachdem es im bisherigen Projekt durch Unterstützung der CDE die dazu nötige Expertise inhouse aufbauen konnte. Über das RMD-Projekt hat Frauscher eine flexibel erweiterbare Lösungsplattform geschaffen, die als Grundlage für seine ambitionierte IoT Strategie dient. 

Smarte Produkte mit der CDE Engineering

Das RMD Projekt von Frauscher ist eines von vielen erfolgreichen IoT Projekten, welche von der CDE Engineering realisiert wurden. Die CDE hat sich darauf spezialisiert, Daten von Edge-Devices in Cloudumgebungen zu übertragen und sie dort der Analyse und Weiterverarbeitung zugänglich zu machen, diese zu visualisieren und Bestandsystemen zugänglich zu machen. Kunden wird es dadurch ermöglicht, ihr Produkte durch neue, datengetriebene Services smart(er) und besser zu machen – um so die eigene Wettbewerbsposition zu verbessern und/oder komplett neue Geschäftsmodelle wie Pay-per-Use zu realisieren. Durch die Integration in die All for One Group wurde die Expertise der CDE im Bereich IoT um umfassendes Knowhow und Erfahrung im SAP-Kontext erweitert. Aus dem Hause All for One kommen beispielsweise weitere IIoT Use Cases wie die All for One Smart Factory oder Predictive Maintenance. 

PODCAST

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IoT Use Case Podcast mit Madeleine Mickeleit

Anwender

Dieser Use Case wird aktuell realisiert von:

Die Frauscher Sensortechnik GmbH ist Sensorhersteller und Spezialist für den sicheren Bahnbetrieb, hier insbesondere für Achszähler. Die Endkunden von Frauscher sind Bahnbetreiber wie die DB oder ÖBB aber auch Betreiber von U-Bahnen oder S-Bahnen.

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IIoT-Partner

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