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Bosch Rexroth CytroPac

Wie vernetzte Produkte von Anfang an entwickelt werden

| Autor/ Redakteur: Stephan Ellenrieder / Redaktion IoT

Wie passt IoT in den Produktlebenszyklus eines realen Produktes? Anhand eines Beispiels wird beschrieben, wie ein vernetztes Produkt dazu beiträgt, neue Marktsegmente zu definieren und auch dank AR-Technologie eine bessere Verbindung zwischen Hersteller und Kunden zu schaffen.

Das Beispiel zeigt, welche Vorteile vernetzte Produkte dank IoT haben.
Das Beispiel zeigt, welche Vorteile vernetzte Produkte dank IoT haben.
( www.pixabay.com )

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist die nächste Generation des Product Lifecycle Management (PLM). Physikalische Daten werden durch IoT in die digitale Welt transportiert. Durch die Wahrnehmung und die darauf basierten Entscheidungen von Menschen bringt die erweiterte Realität (Augmented Reality, AR) im Gegenzug digitale Informationen zurück in die physikalische Welt. CAD und PLM sind die Vermittler, die diese beiden Gebiete zusammenhalten.

Das alles macht aber nur dann Sinn, wenn die Realität in der Werkshalle betrachtet wird. Wie passt IoT in den Produktlebenszyklus eines realen Produktes? Anhand eines Produktbeispiels des PTC Kunden Bosch Rexroth wird beschrieben, wie ein vernetztes Produkt die Grundlage für die eigene Überarbeitung bietet und dazu beiträgt, neue Marktsegmente zu definieren und auch dank AR-Technologie eine bessere Verbindung zwischen Hersteller und Kunden zu schaffen.

Bosch Rexroth und das Hydraulikaggregat CytroPac

Hydraulik wird in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt und meist überall dort, wo viel und schnell verfügbare Leistung auf beschränktem Raum benötigt wird. Dazu gehören Anwendungen wie Werkzeugmaschinen, Mühlen und Baumaschinen. Hydraulischer Druck wird lokal durch Hydraulikeinheiten (HPU) generiert.

Bosch Rexroth hat vor einigen Monaten CytroPac auf den Markt gebracht. Dabei handelt es sich um ein netzwerkgestütztes „Plug & Run“-Hydraulikaggregat, das unter verschiedenen Einsatzbedingungen genutzt werden kann. Mit PTC Creo konnte Bosch Rexroth Motor, Pumpe, Tank, Kühlsystem und Steuerung in einer äußerst kompakten Bauweise verpacken. Des Weiteren wurde der CytroPac von vornherein als intelligentes, vernetztes Produkt entwickelt und mit Sensoren für Druck, Temperatur, Füllstand, Verschmutzungsgrad und Volumenstrom ausgestattet. Die für die Digitalisierung zuständige Abteilung bei Bosch Rexroth hat passend dazu eine App entwickelt, die sich per Plug-in mit ThingWorx Navigate verbindet. Damit konnten die Techniker von Bosch Rexroth fortan nicht nur die Vitaldaten von sich im Kundeneinsatz befindlichen Geräten überwachen, sondern auch Nutzungsmuster und Möglichkeiten zur Optimierung erkennen. Daten und Werte, die vor der IoT-Konnektivität nicht vorlagen und höchstens über Simulationen erahnt werden konnten.

Anhand der nun vorliegenden Felddaten konnte eine bestimmte Gruppe an CytroPacs identifiziert werden, die am Rande der zulässigen Temperaturobergrenze arbeitete. Die Entwickler waren zunächst überrascht, dass solch ein Nutzungsprofil außerhalb des Entwurfsparameterbereichs zu sehen war. Diese Betriebssituation könnte jedoch zu einem Problem für diese besondere Kundengruppe werden. Gleichzeitig bot sie Bosch Rexroth die Chance, den CytroPac zu optimieren, um in diesem potenziell neuen Marktsegment zuverlässig zu funktionieren. Die Frage lautete jedoch, wie die Konstruktion verändert werden muss, um diese neue Anforderung zu erfüllen.

Notwendige Änderungen erforderten Umdenken im Konstruktionsprozess

Die Ingenieure fanden im ThingWorx Marketplace die Value Analytics-App von PTC Partner Kalypso. Mithilfe dieser App war das Entwicklungsteam in der Lage, die Funktionalität für maschinenlernende Vorhersagen in ThingWorx zu nutzen. Darüber hinaus setzte man die physikbasierte Simulation Simulink von Mathworks ein. Damit standen zwei verschiedene Techniken zur Verfügung, um festzustellen, welche Verbesserungen am CytroPac notwendig waren, um dem neuen Nutzungsprofil zu entsprechen. Mithilfe des modellbasierten digitalen Zwillings modellierten sie, wie unterschiedliche Grade an Kühlungseffizienz die Leistung unter den jeweiligen Bedingungen beeinflussen. Beide Analysearten führten zu dem Resultat, dass die Effizienzsteigerung mindestens 30 Prozent betragen müsse, um eine adäquate Leistung zu erbringen.

Diese Anforderung war für die Ingenieure eine echte Herausforderung, schließlich musste die Kühlungseffizienz derartig gesteigert und trotzdem die Größengrenzen eingehalten werden. Der CytroPac wird mithilfe einer Blechplatte mit drei gebogenen, wassertransportierenden Stahlrohren gekühlt, die eingegossen sind. Der Grad der Kühlung ist durch den Fertigungsprozess begrenzt. Werden die Rohre zu stark gebogen, brechen sie. Die Ingenieure führten eine thermische Analyse der Kühlplatte mithilfe von Creo Simulate durch und stellten fest, dass sie mit der bestehenden Konstruktion nicht in der Lage waren, mehr Hitze abzuführen. War es notwendig, das gesamte Aggregat zu überarbeiten?

Sie kamen zu dem Schluss, dass additiver 3D-Druck einige der Fertigungsprobleme adressieren könne. In der CytroPac-Einheit gab es drei wesentliche Wärmequellen. Die Ingenieure erstellten den Prototyp eines neuen Kühlungsweges, der alle abdeckte. Dies konnte mit keinem der bisherigen Fertigungsprozesse umgesetzt werden, 3D-Druck bot aber die Möglichkeit dazu. Die additive Fertigung ermöglichte darüber hinaus Gitterstrukturen, die man sonst nicht hätte gießen können. Die aktuelle Creo Version, Creo 4.0, bot eine spezielle Funktion für die Entwicklung derartiger Gitter, die die strukturelle Integrität auch bei einem deutlich niedrigeren Gewicht aufrechterhalten.

Eine vergleichende thermische Analyse zeigte, dass bei der Kühlungseffizienz eine Steigerung um 43 Prozent erreicht wurde, während bei der Kühleinheit gleichzeitig 66 Prozent an Gewicht eingespart wurden. Damit konnte Bosch Rexroth das neue Marktsegment adressieren.

Screenshot des CAD-Modells der Kühlplatte des CytroPacs im alten und neuen Design. (Quelle: PTC)

Wie auch Vertrieb, Support und Service von IoT und AR profitieren

Die Produktentwicklung ist nicht der einzige Bereich, der von der Verschmelzung von physikalischer und digitaler Welt profitiert. Sie spielt ebenfalls eine Rolle für Vertrieb und Kundensupport. Zudem ist es Bestandteil der IoT-Strategie von Bosch Rexroth, die neuen technischen Möglichkeiten und daraus gewonnenen Daten unternehmensweit zur Verfügung zu stellen und nicht „nur“ die Produktentwicklung zu optimieren.

Ein Beispiel ist die „Sales Recommendation Engine“, eine Lösung zur Generierung von Empfehlungen für Kunden. Sie basiert auf den Daten aus dem Einsatz des CytroPacs sowie den Kunden- und Vertriebsdaten aus Salesforce und nutzt darüber hinaus maschinelles Lernen, um für das Vertriebsteam Up- und Cross-Selling-Optionen bereitzustellen. Wird zum Beispiel festgestellt, dass ein Gerät über mehrere Stunden im Einsatz ist und dabei im kritischen Temperaturbereich arbeitet, könnte ein größeres oder leistungsstärkeres Aggregat möglicherweise besser für die Bedürfnisse des Kunden passen. Werden einzelne Hydraulikaggregate beim Kunden ungewöhnlich lange eingesetzt, macht womöglich ein zusätzliches Gerät mehr Sinn für den Kunden. Mit diesem Wissen und proaktiven Angeboten sorgt das Vertriebsteam für einen besseren Kundenservice und mehr Kundenzufriedenheit. Ein weiteres Beispiel der Analyseergebnisse ist die Entscheidung, ob sich für einen Kunden ein Power-as-a-Service-Angebot eher lohnen könnte als der reine Kauf der Aggregate.

AR spielt zentrale Rolle beim Kundenkontakt

Die erweiterte Realität wird für die Anwendungsentwicklung bei Bosch Rexroth bereits fest mitbedacht. Aktuelle Beispiele sind eine virtuelle Kundenbroschüre sowie der Ersatz klassischer Bedienungsanleitungen. Creo Illustrate, die technische 3D-Illustrationssoftware von PTC, unterstützt die Erstellung schrittweiser, visueller Prozessbeschreibungen, die beispielsweise erläutern, wie der CytroPac konfiguriert werden kann oder wie eine CytroPac-Pumpe zu reparieren ist. Das ThingWorx Studio kann diese Information ohne zusätzlichen Programmierbedarf zum Leben erwecken. So kann der Vertriebsmitarbeiter mittels AR-Brille einen potentiellen Kunden über die verschiedenen Modellvarianten und mögliche Einzelkonfigurationen informieren, die dieser Kunde in dem Moment direkt auf dem Tisch vor sich eingeblendet sieht. Ebenfalls kann sich ein Servicetechniker beim Kunden mit dem jeweiligen Gerät vor Ort verbinden und sich alle notwendigen Leistungsdaten oder Schritt-für-Schritt-Anleitungen für Wartung und Reparatur direkt auf das Gerät einblenden lassen.

Die Notwendigkeit, Anzeigen und Bildschirme im Produkt einzubauen, entfällt in immer mehr Fällen. Ein adaptierbares Dashboard auf dem Telefon oder Tablet oder zunehmend auch AR-Brillen können sämtliche notwendige Statusdaten des Gerätes anzeigen. Die Technologie ist mittlerweile soweit fortgeschritten, dass für diese aktuellen Anwendungen keine ThingMark mehr notwendig ist. Mittels „CAD-Tracking“ bekommt der Anwender eine Art Suchanweisung nach einem bestimmten Gerät eingeblendet und sobald er seinen Blick mit der AR-Brille oder Smartphone und Tablet auf das Zielgerät richtet, wird es automatisch erkannt. So ist auch auf den CytroPacs von Bosch Rexroth keine Erkennungsmarke mehr sichtbar.

Intelligent und vernetzt vom Anfang bis zum Ende

Das Beispiel CytroPac von Bosch Rexroth macht den gesamten Produktlebenszyklus eines intelligenten, vernetzten Produkts vollständig sichtbar, vom ersten Design über Produktion, Auslieferung, Nutzung, Wartung, Änderung und Austausch. Der Einsatz dieser Technologie muss aber nicht erst zwangsläufig in ausschließlich neuen Produkten erfolgen. Bereits im Feld aktive Maschinen und Geräte können ebenfalls mit einem Set an Sensoren, etwa für Temperatur oder Vibrationen, ausgestattet werden. Dabei sind wir auf diesem Feld erst am Anfang der Entwicklung. Es ist davon auszugehen, das vor allem IoT-Technologien zahlreiche weitere Anwendungsfälle zu Tage fördern werden, die dann mit den Möglichkeiten der erweiterten Realität verstärkt Einzug in unseren (visuellen) Alltag halten werden, sowohl für den Geschäfts-  als auch den Privatbereich. Bestimmte Nutzungsmuster, wie wir sie heute kennen, wird es in einigen Jahren vielleicht nicht mehr geben, zum Beispiel seitenlange Bedienungsanleitungen, langweilige Produktbroschüren und -präsentationen oder der gewohnte Umgang mit der Haushaltselektronik.

Über den Autor

Stephan Ellenrieder

Stephan Ellenrieder

Senior Vice President Central and Eastern Europe und Geschäftsführer PTC Deutschland, PTC GmbH