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EMS-Dienstleister: Auf dem Weg zur Smart Factory

Alles ist vernetzt von der Waschmaschine, über Ampelanlage und Self-Service-Kassen im Supermarkt bis zur Industrieanlage und der Boeing 747. Um ihre Hardware IoT-fähig zu machen sind Hersteller auf einen Digitalisierungs-Partner angewiesen,  an dessen Know-how sie partizipieren können. Dabei geht es nicht nur um die Fertigung allein, sondern um den kompletten Value Stream – vom Design und Entwicklung über die ersten Prototypen und der Überführung in die Volumenfertigung bis zur Markteinführung und den Aftermarket Services.

Schnittstelle im IoT

Je mehr die Fertigung von Low-Volume-High-Mix und die Komplexität von Maschinen und Anlagen zunimmt, desto wichtiger wird ein branchenübergreifende Know-how. Hier lohnt sich die Zusammenarbeit mit einem EMS-Dienstleister: Sie unterstützten in der Regel Kunden aus unterschiedlichen Branchen bei der kundenspezifischen Realisierung von Produkten und sind daher mit der Entwicklung und Fertigung verschiedener Lösungen und Ansätze vertraut – bei der Hardware, bei der Software und bei ihrer Vernetzung. Damit sind sie oft die Schnittstelle zwischen Hersteller und Bauteilezulieferer, können weltweite Supply Chain-Expertise einbringen, bei der Auswahl der Technologien beraten und Produktions- und Qualitätskosten besser steuern.

So gesehen verwundert es nicht, dass heute Kunden in Sachen IoT auf EMS-Dienstleister setzen, die vor fünf oder zehn Jahren an eine solche Zusammenarbeit nicht einmal gedacht hätten. Dazu gehören der Bereich Automotive genauso wie die Medizintechnik. Hier setzen Hersteller und ihre Tier-1-Lieferanten vermehrt auf einen IoT-Entwicklungspartner, um Elektronik und Software in ihre Fahrzeuge und Geräte zu integrieren. Für multimediale In-Dash-Infotainment-Systeme beispielsweise sind zunächst dieselben Technologien gefragt wie in der Computerindustrie. Das gilt auch für Kameramodule und Sensoren, die ursprünglich für andere Branchen entwickelt und gefertigt, nun für Einparkassistenten oder autonome Fahrzeuge benötigt werden.

In der Medizintechnik war Konnektivität lange Zeit ein Tabuthema, vor allem was Fragen zur Sicherheit und Datenschutz anbelangt. Heute ist das IoT einer der Megatrends bei medizinischen Geräten. Computer, Tablets und Smartphones sind fester Teil unseres Alltags und haben die Erwartungen an bequeme, mobile und intuitiv bedienbare Geräte im Gesundheitsbereich in die Höhe geschraubt. Mobile Health, also medizinischen Verfahren und Anwendungen, die auf drahtlose Gerätefunktionen zurückgreifen, versprechen Kosteneinsparungen für das überstrapazierte Gesundheitswesen, aber auch mehr Patientenkomfort und bessere Behandlungsmöglichkeiten. Für Gerätehersteller eröffnet das neue Kundenkreise und Geschäftsmodelle, legt aber auch die Messlatte für das Design höher. EMS-Dienstleister können hier ihre Erfahrungswerte in Sachen Wi-Fi-Technologien einbringen und wichtige Aufgaben hinsichtlich Datenschutz und Datensicherheit übernehmen, um die strengen regulatorischen Hürden zu meistern.  

Smart Factory – Doppelt interessant

Das IIoT (Industrial Internet of Things) ist für EMS-Dienstleister in zweifacher Hinsicht spannend. Zum einen stellt die Smart Factory mit Maschinenbauern und Herstellern ein profitables Kundensegment dar. IoT-fähige Sensoren, Equipment, Geräte und industrielle Steuerungen sowie Cloud-Gateway, Datenverarbeitung und -management sind zentral, damit Maschinen und Anlagen standortübergreifend miteinander kommunizieren können. Hier können EMS-Dienstleiser ihr langjähriges Wissen, beispielsweise im Bereich Kommunikationstechnologie, gewinnbringend einsetzen.

Zum anderen ist die Smart Factory eine Möglichkeit für EMS-Dienstleister, ihre eigene Fertigung und Wertschöpfungskette effizienter zu gestalten. Sind Prozesse, Lieferanten und Kunden miteinander vernetzt, lässt sich zum Beispiel eine durchgehende Rückverfolgbarkeit gewährleisten. Je stärker diese Vernetzung, desto höher die Transparenz und desto besser die Planbarkeit und Steuerung von Prozessen. Das bringt Vorteile auf ganzer Linie, so etwa bei der Materialwirtschaft, Lageroptimierung, Logistik und Risikominimierung. Kommt es beispielsweise zur Reklamation eines Produkts von Seiten des Endanwenders, sind EMS-Dienstleister häufig in der Beweispflicht und müssen genau angeben können, wo letztendlich die Fehlerursache zu finden ist. Gleichzeitig lässt sich über die intelligente Fabrik Massenware zu vernünftigen Preisen fertigen, so dass die Produktion wieder lokal zum Kunden zurückkehren kann.

Daten entlang des kompletten Produktlebenszyklus

Durch die zunehmende Vernetzung im IIoT entwickelt sich die Datenaufbereitung zum nächsten großen Thema – sowohl für EMS-Dienstleister als auch für ihre Kunden. Wer Daten sendet, muss sicher sein, dass die Daten auch empfangen, gesammelt, ausgewertet und sinnvoll genutzt werden können. Ansonsten bleibt ein Meer von Daten ohne echten und umsetzbaren Mehrwert. Das Sammeln, Auswerten und Nutzen von Maschinenkennzahlen, Produktinformationen und Prozessdaten – zum Beispiel im Bereich Compliance – ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Smart Factory und wird wohl in Zukunft zum Servicepaket von EMS-Dienstleistern gehören. Schon jetzt können Hersteller über Fernzugriff auf die Daten einer Maschine zu greifen, den Status eines Produkts überprüfen, die Auslastung einer Anlage analysieren und kontrollieren, ob der Terminplan zur Auslieferung eingehalten werden kann. Lassen die Zahlen ungenutztes Potential erkennen, können Prozesse optimiert, Produktionsstrecken verlegt und damit Kosten eingespart werden. In diesem Sinne werden EMS-Dienstleister auch zu Big Data-Dienstleistern, bei denen die Daten zusammenfließen und wieder zurück gespielt werden. Solche zusätzliche Dienstleistung im Rahmen von Aftermarket Services können dann zum Beispiel Predictive und Prescriptive Maintenance, Remote-Steuerungen von Anlagen oder automatisierte Bedarfsprognosen einschließen.

Mehr als nur Fertiger

Wie auch immer das zukünftige Produktportfolio eines EMS-Dienstleisters aussehen mag, eines ist klar: Im IIoT endet die Zusammenarbeit mit dem Hersteller längst nicht mehr mit der Auslieferung des Produkts. Vielmehr geht es um das ganzheitliche Product Lifecycle Management. Das ist insbesondere bei Wi-Fi-Technologien entscheidend. Denn während bei klassischen Consumer-Produkten wie Smartphone oder Tablet Jahr für Jahr neue, verbesserte Wireless-Lösungen auf den Markt gebracht werden, ist der Produktlebenszyklus von Geräten in anderen Branchen deutlich länger. Bei medizinischen Geräten liegt dieser bei durchschnittlich sieben, im Automotive Bereich bei bis zu zehn Jahren. Auch Industrieanlagen müssen dem schnellen Innovationsrhythmus idealerweise folgen können, um das Potential neuester Technologien für die Smart Factory voll auszuschöpfen. Dabei muss sichergestellt werden, dass sich die Systeme einfach und kosteneffizient um weitere Funktionsmerkmale ergänzen lassen.  

EMS haben sich hier schon lange vom reinen Auftragsfertiger zu Servicedienstleistern für die Entwicklung und für die Aftermarket Services gewandelt. Schon heute geben viele Kunden ihren Reparatur Service, die Ersatzteillogistik, die Auftragsverwaltung aber auch den Vertrieb und Lagerhaltung an einen Partner weiter, um sich besser auf das Kerngeschäft konzentrieren zu können und ihre Ressourcen innerhalb von Forschung und Entwicklung zu bündeln. Umso wichtiger ist es daher, Prozesse zu standardisieren und die gleiche Terminologie zu verwenden – ganz unabhängig ob man von IIoT, Smart Factory oder eben Industrie 4.0 spricht. Gelingt es hier eine einheitliche Plattform zu schaffen, um mit allen Beteiligten über Kernpunkte sprechen zu können, sind enorme Synergien möglich, die in der digitalen Welt langfristig Erfolg versprechen.

Dr. Smartphone und MHealth

Die Nachfrage nach Konnektivität und Mobilität nimmt auch in der Medizinbranche kontinuierlich zu. Im Trend liegen dabei auch sogenannte InHome-Geräte, die medizinische Pflege und Versorgung in den eigenen vier Wänden ermöglichen. Die bereits in der Praxis getesteten Beispiele reichen von implantierbaren Geräten zur Messung von Blutdruck bis hin zu kardialen, Remote-Überwachungssystemen. Bis 2020 soll der Markt für medizinische Heimgeräte etwa 44,3 Mrd. Dollar wachsen – mit einer jährlichen Wachstumsrate von 9,7%.

Funktionen des Smartphones nutzen

Die Grundvoraussetzung für den Heimgebrauch ist eine drahtlose Gerätefunktion, wobei immer häufiger auch das Smartphone in den Fokus rückt: Statt entsprechende Funktionen in die Geräte zu integrieren, werden die bereits vorhanden Kommunikationsfeature genutzt, um über Apps Daten zu sammeln und direkt an Patienten oder das medizinische Fachpersonal zu übermitteln.

Der Einfallsreichtum im Gesundheitswesen wird jedoch noch von einigen Aspekten ausgebremst. Hersteller stehen vor folgenden Herausforderungen:

  1. Wahl der WiFi-Technologie

Anders als bei langlebigen medizinischen Geräten ist der Produktlebenszyklus bei klassischen Consumer-Produkten wie Smartphone oder Tablet vergleichsweise kurz. Wollen Hersteller von Medizingeräten das Potential neuer Technologien im vollen Umfang nutzen, müssen sie sicherstellen, dass ihre Geräte dem schnellen Innovationsrhythmus folgen können.

2. Designen für Zuhause

Die häusliche Umgebung ist weniger einheitlich und viel unvorhersehbarer als ein Krankenhaus oder eine medizinische Einrichtung. Patienten nutzen Geräte unterschiedlich und verfügen über unterschiedliches Know-how. Entsprechend muss auch das Feature-Set der Geräte ausgelegt sein. Einfachheit der Bedienung ist dabei oft wichtiger als der Umfang der Funktionen.

Wie ein Produkt beim Endbenutzer ankommt, sollte daher bereits in einer frühen Phase der Entwicklung überprüft werden. Nicht nur weil es für den Erfolg des Produkts Markt ausschlaggebend ist, sondern auch weil das Einholen von Anwender-Feedback für die Dokumentation der FDA erforderlich ist.

3. Sicher und Zuverlässig

Wi-Fi und Mobilfunknetze werfen auf Grund ihrer insgesamt nur relativ instabilen Verbindungen vor allem sicherheitstechnische Fragen auf. Um die intermittierende Signalstärke zu überwinden lassen sich neben Pufferung und Queuing auch nicht lizenzierte Frequenzbändern einsetzen. Medizinische Telemetriebänder, die speziell auf das zuverlässige Monitoring eines Krankheitsverlaufs von Patienten ausgelegt sind, werden beispielsweise von der FCC zur Verfügung gestellt.

 Hohe Sicherheitsstandard fordert auch die FDA und verlangt vor der Markteinführung rein drahtlos betriebener medizinischer Geräte umfangreiche Tests. Mögliche Einschränkungen hinsichtlich der Konnektivität müssen ausreichend berücksichtigt und dokumentiert werden.

4. Priorität Datenschutz

Ähnliche Herausforderungen stellt der Datenschutz. Bluetooth-Wireless-Protokolle bieten hier etwas mehr Sicherheit als herkömmliche Wi-Fi-Verfahren. Sie sind für die Kommunikation über ein Personal Area Network (PAN) von kleinen Gruppen von bis zu acht Geräten konzipiert und ermöglichen dadurch Ad-Hoc-Netzwerke. Zudem unterstützt Bluetooth viele Sicherheitsmerkmale wie beispielsweise Kennwortschutz und Verschlüsselung und verschiedene Sicherheitsstufen (z. B. Modus 3 Link-Level Enforced Security).

 Dabei gilt es beim Sammeln von Patientendaten eine Reihe von Vorschriften einzuhalten – von FDA, HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act) und HITECH (Health Information Technology for Economic and Clinical Health) in den USA bis zum Bundesdatenschutzgesetz (BDSG) in Deutschland. Sie gewährleisten, dass geschützte Patientendaten bei Übertragung, Empfang oder Weitergabe vertraulich behandelt und ausreichend geschützt sind.

5. Fehlen von Standards und einheitlichen Richtlinien

Datensicherheit und Datenschutz gelten als Brandthemen in der Medizinbranche. Nach wie vor fehlen in vielen Fällen gesetzliche Richtlinien sowie Standards, die den flächendeckenden Einsatz von vernetzten, medizinischen Geräten in Krankenhäusern, Gesundheitseinrichtungen und im privaten Bereich regeln. Eine der größten Herausforderungen besteht für Gesetzgeber und Entwickler mit dem schnellen, technologischen Fortschritt mitzuhalten. Fehlende Standards und eine uneinheitliche Rechtsgrundlage bremsen daher Innovationen häufig aus und erschweren die Zulassung sowie die Einführung von Produkten in unterschiedlichen Märkten.

Der Trend zu InHome-Geräten und mHealth verspricht willkommene Wachstumsmöglichkeiten. Um die individuellen und komplexen Anforderungen zu erfüllen ist dafür ein breites Spektrum an Ressourcen und Know-how zu neuen Technologien nötig – zum Beispiel bei Wi-Fi-Lösungen. Hier macht es Sinn gemeinsam mit Partnern Wissen gezielt zu bündeln, um kosteneffektive und in kurzer Time-to-Market innovative Geräte auf den Markt zu bringen.

Mehr als nur Konnektivität

Konnektivität ist nicht gleich IoT. Deshalb reicht die Vernetzung eines Produkts mit dem Internet allein nicht aus. Erst wenn diese Verbindung genutzt wird, um beispielsweise Betriebskosten zu reduzieren, neue Einnahmequellen zu generieren oder neue Dienstleistungen anzubieten, wird ein internetfähiges Produkt tatsächlich zu einem Bestandteil des Internets der Dinge.

Entwickler müssen sich die Frage stellen: Geht es darum, nur Konnektivität für ein Endgerät herzustellen? Oder soll die Vernetzung beispielsweise helfen, datenbasierte und praktikable Entscheidungen zu treffen oder ein Geschäftsmodell von Grund auf umzustellen? Ohne eine konkrete Antwort ist fraglich, ob der zusätzliche Aufwand überhaupt gerechtfertigt ist.

Vier Kernelemente

Im Wesentlichen besteht das IoT-Ecosystem aus vier Kernelementen: dem Produkt, der Konnektivitätsebene, der Anwendungsebene und der Cloud.

  1. Das Produkt steht an erster Stelle. Es verfügt über bestimmte Funktionen und ist im Wesentlichen für die Benutzererfahrung verantwortlich. Die Entwicklung unterscheidet sich dabei in der Regel stark vom Design eines herkömmlichen Geräts und durchläuft während der Planung und Realisierung einige Änderungen.
  2. Als nächstes gilt es, das Produkt zu „vernetzen“. Die Konnektivitätsebene stellt die Kommunikation zwischen dem Produkt und anderen Applikationen und/oder der Cloud her. Hier besteht die Herausforderung nicht nur in der Zuverlässigkeit der Datenübermittlung, sondern auch im Schutz der Daten – insbesondere wenn es sich um personenbezogene oder sensible Daten handelt. Ein grundlegendes Know-how der unterschiedlichen Technologien und Protokolle ist daher von zentraler Bedeutung.
  3. Auf der Applikationsebene ist das IoT in kürzester Zeit am stärksten gewachsen. Unternehmen entwickeln mehr und mehr Anwendungen, um Daten zu sammeln, Datenanalytik auszuführen und auf dieser Grundlage Geschäftsentscheidungen zu treffen. Für Gerätehersteller lohnt es sich, entsprechende Applikationen unvoreingenommen zu prüfen, ohne dabei die eigentliche Kernfunktion und -aufgabe ihres Produkts aus den Augen zu verlieren. Oft ist hier ein vorsichtiges Abwägen von zu leistendem Aufwand und erreichtem Mehrwert nötig.
  4. Als letzte Ebene des IoTs kann die Cloud angesehen werden – entweder Private, Public oder Hybrid. Hinsichtlich der Konnektivität im IoT ist die digitale Wolke allgegenwärtig geworden und ermöglicht die nahtlose und weltweite gemeinsame Nutzung von Daten.  

mHealth und Maintenance

Ein Vorreiter bei der Nutzung des IoTs in der Produktentwicklung ist die Life Science-Branche. Wearables wie Fitness-Tracker erfreuen sich weiter Verbreitung und nutzen die Möglichkeiten von Konnektivität in vollem Ausmaß, um Daten via Software-Applikationen in die Cloud zu schicken. Hier und im sogenannten mHealth (Mobile Health) übernehmen Smartphones bei medizinischen Verfahren und Anwendungen wichtige Funktionen. Gerätehersteller nutzen beispielsweise die Eigenschaften von iPhone und Co, um über Apps Daten zu sammeln und direkt an den Patienten oder das medizinische Fachpersonal weiterzuleiten. Neue Geschäftsmodelle eröffnet auch das Remote Monitoring von Patienten mit chronischen Beschwerden. So sind die Sensoren eines kardialen Überwachungssystems zwar am Körper des Patienten angebracht, die Übertragung der Daten erfolgt aber über das patienteneigene Smartphone.

In der Industrie sind es vor allem IoT-Lösungen der Anlagenüberwachung, die eine Reduktion von Stillstandszeiten und damit Kosteneinsparungen versprechen. Zum Einsatz kommen die Technologien u.a. bei der Fernübertragung von Daten, bei Updates vor Ort, Warenortung, Geolokalisierung, Facility Management, Anwesenheits-Erfassung und präventiver Instandhaltung. Die wachsende Menge an Daten legt jedoch auch die Latte für die Sicherheit von Unternehmen höher. Die Effizienz von Smart Factory und Predictive Maintenance sind deshalb immer auch mit Blick auf IT-Sicherheit und Datendiebstahl zu beurteilen.

Services besser monetarisieren

Generell bietet das IoT Vorteile für Unternehmen, die ihre Servicemodelle verändern oder neue Services anbieten wollen. Traditionelle Hersteller und Dienstleister in der Investitionsgüterindustrie entwickeln sich so zu Anbietern, deren Services leistungsabhängig statt pauschal abgerechnet werden können. Vor allem für Branchen, in denen Versicherungen, Haftungsansprüche, Lizenzierungen, Leasing- oder Leihangebote eine Rolle spielen, kann die Überwachung der Nutzung in Echtzeit Geschäftsmodelle grundlegend verändern.

Wie effektiv Entwickler das IoT nutzen können, hängt davon ab, wie gut sie die IoT-Anforderungen ihrer Kunden kennen. Erst dann gelingt die Realisierung eines Produkts, das nicht nur vernetzt ist, sondern echten Mehrwert für Kunden und Endanwender schafft. So kann sich das IoT von einem Trend zu einer echten Chance für Unternehmen entwickeln, bestehende Märkte auf neuen Wegen gewinnbringend auszuschöpfen.