1. Anforderungen des Kunden
Der Kunde von SECO ist ein weltweit anerkannter Anbieter von Automaten verschiedener Art, der neue Automatenkonzepte umsetzen möchte. Ein zukünftiges Geschäft wird u.a. in Automaten für Säfte oder Softdrinks in Kantinen gesehen.
SECO wurde gebeten, eine intelligente Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) zu liefern, die in den neuen Verkaufsautomaten integriert werden soll. Die gewünschten Anforderungen an die HMI sind:
- Das Touch-Display muss groß genug sein, um die Auswahl des gewünschten Getränks aus den verschiedenen Angeboten zu erleichtern.
- Das Gerät muss über eine ausreichende Rechenleistung verfügen, um eine Anwendung auszuführen, die die folgenden Funktionen erfüllt:
- Rendering von Video für das Display
- Annahme von Benutzereingaben über den Touchscreen
- Kommunikation mit einer elektromechanischen Steuerplatine im Verkaufsautomaten
- Internet-of-Things-Funktionen (IoT), die sowohl intern im Automaten als auch mit der Cloud kommunizieren
- IoT-Funktionen, die einen Einblick in den Automatenstatus bieten und zu einer verbesserten Betriebseffizienz führen
- Anzahl der ausgegebenen Getränke und andere Nutzungsmetriken
- Status des Automaten und seiner internen Komponenten
- Platzierung von Werbung auf dem Display
- Software- und Konfigurationsaktualisierungen aus der Ferne (einschließlich Over the Air oder OTA)
- Flexibilität in Bezug auf die Netzwerkkonnektivität: Wi-Fi, Mobilfunknetz, Ethernet
- Kommunikation mit der Cloud über ein Mobilfunk-Gateway-Gerät, das sich bereits in der Nähe des Automaten befinden kann
- Option zur Integration eines Zahlungsmoduls
- Geräte- und Datensicherheit
Die IoT-Cloud-Lösung erfordert die folgenden Funktionen:
- Fernüberwachung der Telemetrie, einschließlich Getränkemengen, Füllstände und Messungen kritischer Betriebsparameter von Maschinenkomponenten
- Übersichtliche Visualisierung der Telemetrie über Grafiken und farbigen Text
- Automatische Benachrichtigung bei Fehlfunktionen oder frühzeitiger Erkennung eines Wartungsbedarfs
- Fernaktualisierung von Verkaufsautomaten für Software und Werbung
- Fernverwaltung von Automaten auf verschiedenen Granularitätsebenen, einschließlich individuell, innerhalb eines geografischen Gebiets, für einen bestimmten Kunden oder flottenweit
- Sicherheit der Daten
In Zukunft muss es möglich sein, Anwendungen der künstlichen Intelligenz (KI) mit Mehrwert zu implementieren, die die betriebliche Effizienz weiter verbessern, die Rentabilität steigern oder den Umsatz erhöhen. Diese KI-Anwendungen können vom Kunden selbst, von SECO oder SECO-Partnern entwickelt werden oder als Standardanwendungen aus einem KI-App-Store bezogen werden.
Da der Verkaufsautomat in großem Maßstab mit Zehntausenden von Automaten im Feld eingeführt werden soll, muss die IoT-Lösung leicht skalierbar sein, um geografisch verteilte IoT-Infrastrukturen zuverlässig aufzunehmen - und eine weitere Erweiterbarkeit muss gewährleistet sein!
2. Herausforderungen
Auf der Hardwareseite erwartet der Kunde eine moderne HMI-Touch-Lösung mit knackiger Leistung. Die HMI muss sich mechanisch leicht in den Automaten integrieren lassen, eine Schnittstelle zu den internen Schaltkreisen haben und über eine ausreichende Verarbeitungskapazität verfügen, um alle Aufgaben zu bewältigen - und das alles innerhalb aggressiver Stückpreisziele.
Da die neue Reihe von Selbstbedienungs-Getränkeautomaten in der Nähe anderer vernetzter Geräte aufgestellt werden sollte, wurde klar, dass auch ein Höchstmaß an Flexibilität in Bezug auf die Cloud-Konnektivität erforderlich war. Bei einer Automatenflotte, die in die Zehntausende geht, muss die systemweite Lösung zudem eine Explosion von Daten innerhalb einer komplexen Flotte bewältigen.
Der Kunde nutzt bereits eine IoT-Plattform für eine andere Produktlinie und erwägt, seine Cloud-Seite auch für die Verwaltung dieser neuen Getränkeproduktlinie zu nutzen. Die IoT-Software muss in der HMI des Getränkeautomaten implementiert werden, die mit dieser IoT-Cloud-Plattform kommuniziert. Das Unternehmen ist mit seiner derzeitigen IoT-Lösung nicht zu 100 % zufrieden und muss daher Kompromisse eingehen. Es besteht auch das Risiko, dass die IoT-Plattform einen Punkt erreicht, an dem sie nicht mehr für die Verwaltung der gesamten Automatenflotte ausreicht. Wann dies der Fall sein könnte, ist derzeit unklar.
Obwohl vom Kunden nicht ausdrücklich erwähnt, ist eine Sicherheitssoftware, die mit der steigenden Zahl von Cyberangriffen fertig wird, ein Muss.
3. Unsere Lösung
3.1 Hardware
Dank unserer jahrzehntelangen Erfahrung bei der Lieferung von hochgradig kundenspezifischen Endlösungen konnten wir die HMI-Komponente schnell definieren. Unser Kunde legt großen Wert auf die Skalierbarkeit seines neuen Geschäfts und erwartet dies von der gelieferten kundenspezifischen Embedded-Lösung in Bezug auf Fachwissen, technische Leistung und Fertigungsfähigkeit.
Bei dem vorgeschlagenen HMI-Gerät handelt es sich um ein 15,6-Zoll-Display aus der Produktlinie Modular Vision von SECO, das mit dem i.MX 8M Plus-Prozessor von NXP ausgestattet ist. Darüber hinaus verfügt die Prozessorleistung über genügend Kapazität, um in Zukunft KI am Bildschirmrand bereitzustellen. Das Modular Vision eröffnet die Möglichkeit, das installierte Computer-on-Module problemlos durch einen noch leistungsfähigeren Prozessor zu ersetzen, wenn die zukünftigen Anforderungen steigen. Um maximale Flexibilität in Bezug auf die Konnektivität zu gewährleisten, verfügt das HMI über Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet, RS-232 und eine optionale Mobilfunkverbindung. Das bedeutet, dass sich alle Geräte auf die bestmögliche Weise mit der IoT-Cloud verbinden können, je nachdem, wo sie eingesetzt werden und welche Verbindungen verfügbar sind. Die HMI verfügt auch über die seriellen und E/A-Schnittstellen, die für die Kommunikation mit anderen Schaltkreisen innerhalb des Automaten erforderlich sind.
3.2 Clea IoT Software
Clea, die IoT-Softwarelösung von SECO, basiert auf einem Open-Source-Kern und ist dank ihrer Modularität flexibel einsetzbar und kann in jedes IoT-Szenario integriert werden. Gerade für neu entwickelte IoT-Systeme, bei denen das zukünftige Wachstum zwar absehbar, aber unsicher ist, benötigt die Lösung eine offene Struktur, die schnell und einfach angepasst werden kann.
Wenn es um den Aufbau einer IoT-Infrastruktur geht, ist Clea eine Komplettlösung. Der große Vorteil: Clea kann problemlos für die frühe Entwicklung und den Einsatz in kleinem Maßstab für überschaubare, kostengünstige und explorative Projekte verwendet werden. Diese etablierte Infrastruktur kann dann leicht auf eine große Anzahl von Geräten aufgestockt werden. Der Open-Source-Ansatz und das modulare Design erleichtern die Implementierung neuer Szenarien und Funktionen.
Clea ist am stärksten, wenn alle Bausteine so kombiniert werden, dass sie sich nahtlos in komplexe Ökosysteme beim Aufbau der IoT-Plattform mit Clea integrieren.
3.3 Vorstellung von Clea
Clea ist Cloud-agnostisch. Es ist nicht von einem bestimmten Cloud-Host abhängig und kann daher frei gewählt werden. Das stärkt die Kontrolle über Ihre Daten zusätzlich. Dank der Open-Source-Struktur kann Clea leicht in die eigene Server-Infrastruktur integriert werden.
Astarte ist ein einfaches Framework zum Sammeln, Orchestrieren und Analysieren von Daten aus beliebigen Geräten. Seine API-Offenheit ermöglicht die Integration mit anderen Frameworks. Da Astarte die Datenübertragung übernimmt, sind Sicherheitsfunktionen zum Schutz der Daten eingebaut.
Edgehog läuft in der Cloud der neuen Automaten-IoT-Infrastruktur. Alle gewünschten Funktionen eines Appliance-Management-Systems sind hier gebündelt. Das Management reicht von einzelnen Geräten über Gruppen bis hin zur gesamten Flotte. Zudem ist das Edgehog-Modul nicht zwingend an SECO-Hardware gebunden, was für die andere Produktlinie des Kunden besonders interessant ist und die Entscheidung verstärkte.
Portal ist das Clea IoT-Frontend, an dem sich ein Benutzer anmeldet, um seine Flotte zu verwalten und auf deren Daten zuzugreifen. In der Cloud gehostet, loggt sich der Benutzer hier in das System ein, greift auf Berichte, Daten und Grafiken zu, kommuniziert mit Remote-Automaten, aktualisiert Software, Konfigurationen und Werbung und vieles mehr. Das Portal ermöglicht mehrere Ebenen der Flottengranularität, wobei der Zugriff auf einzelne, Gruppen oder alle Verkaufsautomaten möglich ist. Darüber hinaus können der Clea App Store und die StudioX AI-Anwendungen nahtlos in die Struktur integriert werden, um mehr Wert aus den Daten zu schöpfen, den Betrieb zu verbessern und neue Einnahmequellen zu erschließen.
Passend zur Cloud-IoT-Funktionalität wird Edgehog OS in jedem Getränkeautomaten-HMI installiert. Dieses Betriebssystem integriert die wichtigsten Funktionen von Astarte und Edgehog mit einer Yocto-Linux-Distribution zu einer einzigen, effizienten und sofort einsatzbereiten Plattform. Die Software auf der Anwendungsebene des Automaten greift über APIs auf EdgehogOS und seine IoT-Funktionen zu. Da Astarte Edge-Cloud-IoT-Standards verwendet, kann es mit der aktuellen IoT-Cloud-Plattform des Kunden kommunizieren, die separat für die Kommunikation mit diesen neuen Verkaufsautomaten konfiguriert wird. Das Betriebssystem wurde für die Cybersicherheit entwickelt und umfasst Echtzeit-Scans und die Erkennung von Anomalien, um jegliche Form von Datendiebstahl oder Cyberangriffen zu verhindern. Es wird mit Sicherheits-Patches gewartet und kann über die Cloud aktualisiert werden.
Mit dieser Systemarchitektur erzielt der Kunde von SECO folgende Vorteile:
- Nutzung der bestehenden Cloud-basierten IoT-Plattform mit dem neuen, von SECO gelieferten HMI, das für den IoT-Betrieb aktiviert ist.
- Verwaltung der neuen Getränkeautomaten-Produktlinie auf der gleichen Plattform wie andere Automaten-Produktlinien
- Nutzung des aktuellen IoT-Gateway-Geräts mit den Getränkeautomaten unter Verwendung der bestehenden Infrastruktur und der Mobilfunkdatenpläne
3.4 Clea als komplementäre Erweiterung für bestehende IoT-Infrastrukturen
Während Clea über seine Astarte- und Edgehog-Komponenten, die in das Edgehog-Betriebssystem integriert sind, in der in die Getränkeautomaten integrierten intelligenten HMI eingesetzt wird, nutzt die ursprüngliche Cloud-Plattform die aktuelle Softwarelösung unseres Kunden. Diese Lösung hat bestimmte Einschränkungen, u. a. in Bezug auf die Konfigurierbarkeit, um alle in den Getränkeautomaten gewünschten Funktionen zu erfüllen, die Skalierbarkeit der Geräteanzahl und die Granularität der Geräteflotte, die verwaltet werden kann. Diese geschlossene Plattform kann nicht individuell angepasst werden und ist nicht in der Lage, KI-Algorithmen mit Mehrwert zu implementieren.
Um diese Probleme zu überwinden, gibt es einen längerfristigen Plan, die bestehende Cloud-Software durch Clea zu ersetzen. Bei dieser Implementierung wird das Portalmodul von Clea zur Implementierung der Hauptbenutzeroberfläche verwendet. Die Benutzerschnittstelle ermöglicht den Zugriff auf alle Daten (unabhängig davon, ob sie von der vorherigen Plattform gesammelt oder nach der Einführung von Clea neu erfasst wurden) und Automaten in der gesamten Automatenflotte - unabhängig davon, ob es sich um Getränkeautomaten handelt, die mit dem SECO HMI ausgestattet sind, oder um Automaten anderer Hersteller. Mehrwertdienste wie Werbung und Informationsanzeige sind ebenso integriert wie KI-basierte Algorithmen, die Daten aus der gesamten Flotte nutzen, um Wartung und Betriebseffizienz zu verbessern.
Um mit den einzelnen Automaten zu kommunizieren und sie zu verwalten, sind die Edgehog- und Astarte-Module auch in die neue Cloud-Anwendung integriert. Dies erleichtert die Kommunikation mit und den Betrieb der eigentlichen Automatenflotte - egal ob mit SECO- oder Nicht-SECO-Geräten. Keines der Verkaufsgeräte wird ein Software- oder Hardware-Upgrade benötigen. Die SECO-Geräte, einschließlich der Modular Vision HMIs, werden weiterhin über Edgehog OS betrieben. Die IoT-Geräte, die nicht von SECO stammen, werden weiterhin mit ihrer bereits installierten Software betrieben. Innerhalb der Clea-Cloud-Implementierung wurden Edgehog- und Astarte-Instanzen entwickelt, die speziell auf die Betriebs-, Datenerfassungs- und Kommunikationsfähigkeiten dieser Verkaufsautomaten abgestimmt sind. Aufgrund ihrer flexiblen Implementierungen und Open-Source-Architektur ist die Entwicklung von Instanzen zur Kommunikation mit Hardware anderer Anbieter relativ einfach, wenn die IoT-Fähigkeiten dieser Hardware zur Verfügung stehen.
Dieser Einsatz von Clea ersetzt nahtlos die aktuelle IoT-Cloud-Software. Sie nutzt alle historischen IoT-Daten, kommuniziert mit allen vorhandenen Verkaufsgeräten (sowohl mit SECO- als auch mit Nicht-SECO-Hardware), kann leicht angepasst werden, um zusätzliche Hardware hinzuzufügen, und ist in der Lage, auf eine sehr große Anzahl von Geräten zu skalieren (potenziell mehrere Millionen).
Dieser komplexe Fall zeigt die Vielseitigkeit von Clea, da es die IoT-Schnittstelle für die Selbstbedienungs-Erfrischungsstationen bildet und dazu bestimmt ist, die bestehende IoT-Plattform, die für die anderen Vending-Produktlinien des Kunden verwendet wird, zu ergänzen und mit ihr zu verbinden.
4. Setzen Sie Clea als Ihre IoT-Lösung ein - ob groß oder klein
Solche IoT-Systeme sind nicht nur komplex, sondern auch in hohem Maße auf die Überprüfung spezifischer technischer und geschäftlicher Anforderungen abgestimmt. SECO implementiert regelmäßig kunden- und anwendungsspezifische Embedded-Lösungen, die auf einem etablierten Standardisierungsgrad basieren. Der Ansatz der Clea-Software-Suite folgt demselben Konzept wie unsere Hardware-Lösungen - sie basiert auf Standards, kann aber auf spezifische Anforderungen abgestimmt werden. Nicht umsonst haben wir uns dafür entschieden, die Struktur von Clea so offen wie möglich zu gestalten, so dass Clea überall einfach und schnell implementiert werden kann und die Möglichkeiten des IoT mit Leichtigkeit entfaltet.
Dank unserer langjährigen Erfahrung in der Architektur und Implementierung von kleinen und großen IoT-Systemen ist SECO ein bevorzugter Partner für die strukturierte Entwicklung von IoT-Infrastrukturen.
Nutzen Sie die Gelegenheit, Ihre IoT-Herausforderungen mit unseren IoT-Experten zu besprechen und erfahren Sie, wie Clea für Sie arbeiten wird.
