“Wie funktioniert ein Toaster? Zeichnet es auf ein Bild, so dass jemand der noch nie einen Toaster gesehen hat, versteht, wie er damit ein Toast zubereiten kann.” So lautet die erste Aufgabe für die Workshop-Teilnehmer. Später kreieren die Teilnehmer mit Hilfe von Bastelmaterialien und Legofiguren Prototypen. Was zunächst nach einem Kindergartenkurs klingt, ist der Anfang einer etwas anderen Reise auf dem Weg in die digitale Zukunft.

Viele Unternehmen stehen vor der gleichen Herausforderung: Die Digitalisierung rückt unaufhaltsam näher und auch das eigene Unternehmen soll hierfür gerüstet werden. Insbesondere für den Maschinenbau bietet die Industrie 4.0 und das Internet of Things (IoT) vielversprechende Ansätze, um den Kunden neue digitale Services anzubieten. Der mittelständische Maschinenbauer Ecoclean GmbH hat dies frühzeitig erkannt und nach einer Möglichkeit gesucht, sich dem Thema strategisch, aber auch möglichst greifbar und ergebnisorientiert zu nähern. Ecoclean produziert Lösungen für die Bauteilreinigung und Oberflächenbearbeitung. Gemeinsam mit der com2m GmbH ist Ecoclean einen spannenden Weg in Richtung digitale Zukunft gegangen und hat dabei sowohl Design Thinking, als auch die prototypische Entwicklung in Hackathons genutzt. Herausgekommen sind nicht nur viele Ideen, wie digitale Services im Sinne des IoT aussehen können, sondern auch erste funktionale Prototypen und Erkenntnisse, die sich direkt verwenden lassen.

Teil 1 – Shoot for the moon

Bevor Prototypen entwickelt werden können, braucht es zuallererst eine Idee oder Vision. Jede IoT-Lösung ist individuell, was es für Unternehmen schwer macht, einen konkreten Anwendungsfall zu identifizieren. Kreative Ideenfindung ist zudem ein langwieriger, schwieriger und aufwendiger Prozess. Die Innovationsforschung hat gezeigt, dass sich Innovationen am besten in Gruppen und Workshops erarbeiten lassen. Der IoT-Innovationsworkshop der com2m vereint das Design Thinking mit dem Themenfeld des Internet of Things und eignet sich besonders zur Entwicklung von neuen Ideen und Business Cases. Das Workshopformat wurde von der com2m gemeinsam mit dem erfahrenen Creative Leader und Design Thinker Ferdinand Grah entwickelt.

Mit der Design Thinking Methode wird der Innovations- und Kreativitätsprozess unterstützt. Dabei steht zunächst eine ausgiebige Auseinandersetzung mit den existierenden Prozessen und Kunden sowie deren Bedürfnisse und Probleme im Vordergrund. Daraus lassen sich Fragestellungen ableiten, für die nach konkreten Lösungen gesucht wird. Mit verschiedenen Kreativitätstechniken können so Ideen generiert und anschließend bewertet werden.

Der Workshopraum ist bereit und bietet einen Ausblick auf die ehemaligen Schmelzöfen der Hösch Stahlwerke in Dortmund Hörde. Wo einst aus Roheisen erzeugt wurde, hat die com2m mittlerweile Ihren Sitz. Ecoclean bringt ein interdisziplinäres Team mit, das mit Experten aus der Produktentwicklung, der Technik und dem Marketing besetzt ist. Moderiert wird der Workshop von Experten der com2m und Ferdinand Grah. Am Anfang des Workshops wird weit über das Ziel hinaus geschossen. So wie Google und Apple es im Silicon Valley tun, dürfen die Teilnehmer sich zunächst in Ihrem eigenen Moonshot versuchen. Eine Maschine, die niemals ausfällt und genau weiß wie die optimale Parametrisierung aussieht? Das sind Moonshots. Dagegen wird der “Status Quo” gehalten. Trotz bereits schon hoher Qualität lassen sich Ausfälle beispielsweise noch nicht komplett vermeiden. Gearbeitet wird an den Wänden, Scheiben und mit vielen Post-Its. Ferdinand Grah und die anderen Moderatoren verstehen es dabei mit gezielten Fragen und Denkanstößen die Teilnehmer in andere Denkmuster zu stoßen.

Im nächsten Schritt werden “Anchors” und “Rockets” definiert. Anker blockieren das Vorhaben Moonshot, während Raketen helfen den Mond zu erreichen. Beispielsweise sind die Teilnehmer der Ansicht, dass insbesondere Kunden noch nicht bereit sind, Daten mit Ecoclean zu teilen, um so einen Predictive Maintenance Ansatz, also eine vorausschauende Wartung zu ermöglichen.

In der darauffolgenden Phase der Idea Generation werden möglichst viele Ideen generiert. Facebook, Apple und Google sind dabei behilflich. Die Teilnehmer sollen die Perspektive wechseln und so wie die US-amerikanischen Innovationskonzerne denken. Wie würde Google das Problem lösen? Hätte Google Angst, dass die Kunden Daten nicht teilen wollen? Sicher nicht! Google würde es einfach tun. Auch wenn nicht jede Idee eins-zu-eins übertragbar und durchführbar ist, öffnet der Perspektivenwechsel den Blick für neuartige Lösungsansätze.

Im letzten Teil des Workshops ist von allen Teilnehmer noch einmal Kreativität und ein bisschen künstlerisches Geschick gefragt. Im Prototyping werden drei Lösungsansätze ausgewählt und prototypisch umgesetzt. Dabei können alle Materialien im Raum genutzt werden. So entsteht beispielsweise ein völlig neues HMI für die Maschinensteuerung, das dem Benutzer ganz andere Informationen darstellt. Ganz nach dem Vorbild von Apple ist bei diesem Prototyp weniger mehr. Das HMI bietet dem Nutzer nur noch die Wahl zwischen wenigen Reinigungs-Programmen, anstatt einer ausführlichen Parameterkonfiguration. Die Programme sind an den Use-Cases ausgerichtet, während die korrekte Parametrisierung mit Hilfe von Machine Learning automatisch erlernt wird.

Die Ergebnisse des IoT-Innovationsworkshops bieten mit der Vielzahl an entwickelten Ideen und Use Cases eine optimale Grundlage für erste technische Prototypen.

Teil 2 – Hands on the Machine

Der Begriff Hackathons wird häufig noch mit dunklen Kellern und zwielichtigen Programmierern in Verbindung gebracht. Dabei ist diese Form des kollaborativen Entwickelns eine effektive Methode, um in kürzester Zeit Ideen zu realisieren und validieren. In Hackathons auf der ganzen Welt stellen sich Teams verschiedenen Challenges und präsentieren innerhalb von 48 Stunden beeindruckende Ergebnisse. Mit dem Hack4U Format wird genauso diese Geschwindigkeit und Hands-On-Mentalität zu Unternehmen gebracht und auf Herausforderungen im Kontext von IoT angewandt.

Nach dem erfolgreichen IoT-Innovations-Workshop entscheidet sich Ecoclean dafür, den nächsten Schritt zu gehen und im Rahmen des Hack4U Hackathons die Ideen zu technischen Prototypen weiter zu entwickeln. Um möglichst viele Themenbereiche parallel bearbeiten zu können, wird die com2m beim Hack4U von Point 8 und physec unterstützt – beide Unternehmen sind ebenfalls Startups aus der Region Ruhr. Während Point 8 sich auf die Datenauswertung und -analyse stürzt, bringt physec die Kompetenz bei der sicheren Anbindung von IoT-Geräten mit.

Wo der IoT-Innovations-Workshop noch bewusst außerhalb des Unternehmenssitzes stattgefunden hat, wird der Hack4U Hackathon bei Ecoclean vor Ort durchgeführt. Im Technikum stehen Maschinen, die für eine Anbindung genutzt werden können und reale Daten erzeugen. Vor Ort werden die drei Startups, die mit je zwei Entwicklern bzw. Data Scientists angereist sind, von Experten seitens Ecoclean in fachlichen und technischen Fragen unterstützt. Am Anfang des Hackathons werden die Ziele für die nächsten zwei Tage in einer gemeinsam Runde definiert. Wichtigstes Ziel bei Ecoclean ist es, bestimmte Parameter der Maschine, die bisher nur punktuell in der SPS-Steuerung erfasst werden, für eine Datenanalyse und der Erkennung von Veränderungen in einzelnen Arbeitsschritten nutzbar zu machen. Insgesamt werden fünf konkrete Use Cases diskutiert, die sowohl eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), als auch eine Prozessoptimierung hinsichtlich des Ressourcenverbrauchs adressieren.

Nachdem die Ziele abgesteckt sind, machen sich die drei Arbeitsgruppen ans Werk. Physec bindet die Maschine mit Hilfe eines Revolution Pis (eine industrielle Version des bekannten Raspberry Pi) an und schickt die Daten über einen sicheren Kanal an die IoT-Plattform der com2m. Die com2m Entwickler kreieren ein individuelles Dashboard zur Visualisierung der Informationen, die anhand der erfassten Daten für die diskutierten Use Cases abgeleitet werden. Point 8 beginnt parallel, erste Analysen auf zuvor aufgezeichneten Daten durchzuführen.

Genau rechtzeitig zum Ende des ersten Workshop Tages steht die Anbindung der Maschine und der Zustand kann live über das Dashboard verfolgt werden. Auch auf Datenseite gibt es bereits Ansätze, anhand welche Werte sich Aussagen über das zukünftige Verhalten der Maschine treffen lassen. Point 8 nutzt dafür neben statistischen Modellen und Machine Learning Algorithmen vor allem auch das Experten- und Prozesswissen von Ecoclean, um die Daten richtig nutzen zu können.

Der zweite Tag des Hackathons wird vor allem für die Konsolidierung der Ergebnisse genutzt. Point 8 verbindet ihre Datenauswertung mit den echten Daten der Maschine aus der com2m IoT Cloud. Physec baut die Software zum Auslesen der Daten weiter aus und konzipiert ein individuelles Security-Konzept. Rechtzeitig zur Abschlusspräsentation sind alle Arbeitsstränge zusammengeführt und ein funktionsfähiger Prototyp aus den Bereichen IoT-Security, IoT-Plattform und Data Science kann präsentiert werden.

Dieser Prototyp kann von Ecoclean auch nach dem Hackathon weiter genutzt werden, um weiteres Wissen durch die kontinuierliche Datenerfassung aufzubauen, aber auch um damit andere Abteilungen für das Thema IoT zu sensibilisieren und ein erstes Feedback zu sammeln. Vor allem bringt der Hackathon aber eins: Viele Erkenntnisse über die eigenen Maschinen, über die Möglichkeiten zur Nutzung der existierenden Daten und über die Vorgehensweise zum Aufbau von IoT-Anwendungen.

In nur drei Workshop Tagen wurden so ausgehend von Moonshots im IoT-Innovationsworkshop erste Ideen entwickelt, die anschließend in einem nutzbaren Prototypen mit einer echten Maschine verwirklicht wurden. Insgesamt wurde so das komplexe Themenfeld des Internet of Things für Ecoclean greifbar und konnte direkt erlebt und sogar technisch evaluiert werden. Auf dieser Basis wurde viel Wissen aufgebaut, das vor allem für die Planung der nächsten Schritte relevant ist: Was sind vielversprechende Ansätze, welche Aussagen können wir bereits heute aus den Daten ableiten, welche digitalen Services können funktionieren, wie kann die technische Infrastruktur dafür aufgebaut sein und welche Herausforderungen gibt es noch zu bewältigen.