O guia do fabricante de máquinas para a galáxia iiot

Para muitas empresas industriais, perseguir a Internet Industrial das Coisas (IIOT) é como investigar uma nova galáxia: emocionante e aparentemente ilimitada, mas não familiar e amplamente desconhecida. Da mesma forma, a importância de Iiot é potencialmente enorme. O BCG estima que o valor do mercado de IoT atingirá € 250 bilhões até 2020, e esperamos que o IIOT seja um dos segmentos de maior crescimento e maior, crescendo a uma taxa anual composta de 30% e representando aproximadamente 80 bilhões de euros. Entre as empresas industriais, os fornecedores de máquinas e componentes estão se esforçando para oferecer soluções de IIOT de ponta, pois buscam maneiras de se diferenciar dos concorrentes.

No entanto, desenvolver e implantar soluções IIOT tem sido mais difícil do que esses fornecedores esperados, principalmente por dois motivos. Primeiro, a indústria de máquinas e componentes não possuía protocolos de comunicação padronizados, recursos de rede e soluções de segurança cibernética que os fornecedores precisavam para implementar de maneira rápida e econômica. Segundo, os fornecedores foram prejudicados por obstáculos internos; Por exemplo, os funcionários não tinham as habilidades necessárias para inovar digitalmente. Além disso, a adoção de soluções da IIOT pelos clientes tem sido mais lenta do que o esperado, porque o retorno do investimento previsto geralmente não foi claro ou não atendido. Eles precisam de um guia. Assim como

To capitalize on the potential of IIoT, machinery and component vendors need more than the will to succeed; they need a guide. Just as O guia de carona para a galáxia helped Arthur Dent journey through space in the classic science-fiction book of the same name, this report aims to help vendors navigate this expansive new territory, make use of new technologies, and build partner ecosystems. To create this guide, we surveyed 100 machinery and component vendors around the globe to understand their current approaches to IIoT.

The Time Is Right for IIoT

According to our survey, more than 70% of machinery and component vendors said that they expect more than 5% of their company’s total revenues to come from sales of new IIoT solutions within the next five years. Moreover, these vendors anticipate that the rise of IIoT will affect the level of importance they assign to each product they offer. Although they currently view IIoT-enabled solutions as their least important offerings, these respondents agreed that such solutions will become their most important offerings within the next five years. (See Exhibit 1.)

This perspective is significant because machinery and component vendors have been hampered by four hurdles that have made it hard to quickly develop IIoT-enabled solutions at scale and bring them to market:

• Innovation Costs and Cycles. Tradicionalmente, o design de máquinas e componentes significava que a inovação tinha altos custos iniciais. O resultado foi um longo ciclos de inovação para todas as maiores e mais financiadas empresas. Em comparação, o design das soluções iiot é mais barato. A infraestrutura de nuvem e a computação de borda permitem que os fornecedores coletem facilmente os parâmetros de processo e produção que são coletados por máquinas e componentes. Eles podem comprar e implantar os recursos e ferramentas necessários para melhorar mais rapidamente o nível de campo e a automação no nível de controle, agregando valor. Andrew Jassy, ​​CEO da Amazon Web Services, declarou: "A invenção requer duas coisas: a capacidade de experimentar muitos experimentos e não ter que viver com os danos colaterais de experimentos fracassados". A computação em nuvem e borda de baixo custo fornece uma maneira de atender aos dois requisitos.

Falling costs mean shorter innovation cycles, which are particularly important for midsize machinery and component vendors and startups. They can purchase and deploy the resources and tools they need to more quickly improve field-level and control-level automation, thus adding value. Andrew Jassy, CEO of Amazon Web Services, has stated, “Invention requires two things: the ability to try a lot of experiments, and not having to live with the collateral damage of failed experiments.” Low-cost cloud and edge computing provide a way to meet both requirements.

• Padrões de comunicação. Dois protocolos de comunicações de máquina para máquina mudaram isso. A Arquitetura Unificada de Comunicações de Plataforma Open (OPC UA) concentra -se nos requisitos de domínio e transporta não apenas dados da máquina, mas também informações semânticas. Por outro lado, o transporte de telemetria de fila de mensagens (MQTT) é fortemente influenciado pela experiência da indústria de TI. Embora o OPC UA seja a escolha dos fabricantes de controladores, com o advento da computação em nuvem e borda, o MQTT está alcançando - e pode ultrapassar o líder da OPC UA no mercado de fabricação. Dirigir o alto volume de dados é a alta taxa de amostragem e a necessidade de armazenar os resultados da medição com a maior precisão possível. For example, a machine tool that is set up to operate for two shifts (16 hours) and that is fitted with 60 sensors to monitor temperature, vibration, and lubrication can generate up to 27 gigabytes of raw data at a sampling rate of 0.1 milliseconds. The machinery and components industry has long lacked communications standards. Two machine-to-machine communications protocols have changed that. The Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) focuses on domain requirements, and it transports not only machine data but also semantic information. By contrast, Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) is strongly influenced by the experience of the IT industry. Although OPC UA is the choice of controller manufacturers, with the advent of cloud and edge computing, MQTT is catching up—and may overtake OPC UA’s lead in the manufacturing market.
• Network Capabilities. The significant amount of data that is generated on the shop floor can easily overwhelm a vendor’s IT infrastructure if it has low bandwidth and high latency. Driving the high data volume is the high sampling rate and the need to store measurement results as accurately as possible. For example, a machine tool that is set up to operate for two shifts (16 hours) and that is fitted with 60 sensors to monitor temperature, vibration, and lubrication can generate up to 27 gigabytes of raw data at a sampling rate of 0.1 milliseconds.

By implementing a state-of-the-art hybrid IT systems architecture—one that uses the cloud in combination with computational power and storage at the edge of a Rede - os fornecedores podem eliminar os problemas de latência e largura de banda. (Consulte o Anexo 2.) Em vez de ter a nuvem atuando como tomador de decisão central, essa arquitetura permite que a nuvem execute o software de backup e otimização, conforme necessário, enquanto um único controlador de placa executando na borda da rede lida com o pré -processamento de dados e a tomada de decisão local. Dessa forma, apenas uma fração dos dados coletados precisa ser enviada para a nuvem.

• Cybersecurity Solutions. Most industrial controls—among them programmable logic controllers and computer numerical controls—still lack a way to securely connect over the internet. However, semiconductor companies have begun offering chip-to-edge security solutions. By using hardware encryption at the chip level, semiconductor companies will enable machinery and component vendors to safely connect industrial controls to IIoT clouds and services in the future. With end-to-end encryption—from the shop floor to the cloud—well-known IT security principles that are used elsewhere (for example, in online banking) can now be applied to industrial controls.

To Jassey’s point, the cost of failed IIoT experiments has traditionally been prohibitive for machinery and component vendors. IT giants’ significant investments in cloud and edge computing have enabled vendors to abandon the traditional innovation model.

Superando obstáculos internos para a inovação no IIOT

Embora os fornecedores de máquinas e componentes possam acessar econômicos os protocolos de comunicação necessários, recursos de rede e soluções de segurança cibernética necessárias para entrar na galáxia IIOT, muitas empresas ainda acham difícil para navegar o território não Eles precisam de ajuda para determinar casos de uso para iiot, identificar oportunidades e desenvolver e comercializar soluções. Para facilitar a jornada e ajudar as empresas a chegar ao seu destino, identificamos três coisas em particular que os fornecedores estão lutando para fazer: adotar uma nova metodologia de inovação, avaliar as habilidades IIOT dos funcionários e adaptar a organização ao IIOT. soluções. Eles estão selecionando e implementando casos de uso para o IIOT com base nas análises e suposições de mercado externo sobre as necessidades dos clientes e estão se concentrando na implantação de produtos acabados. Essa abordagem normalmente leva a introduções de mercado mal direcionadas, desperdiçados de recursos financeiros e trabalhistas e, finalmente, oportunidades perdidas. É fundamental que os fornecedores de máquinas e componentes adotem uma nova metodologia de inovação que lhes permita entender e priorizar os pontos de atrito dos clientes, pensar de forma disruptiva e desenvolver soluções digitais. Ao contrário de uma máquina ou um componente que tem valor somente quando é completamente projetado e produzido, uma solução digital pode fornecer valor no início do ciclo de desenvolvimento. Uma prática recomendada em inovação digital, portanto, é criar um produto mínimo viável (MVP) - um que fornece valor incremental para o cliente - em vez de um produto acabado.

Adopting a New Innovation Methodology. Our survey results show that a majority of machinery and component vendors are taking a traditional product-development approach to creating IIoT solutions. They are selecting and implementing use cases for IIoT on the basis of outside-in market analyses and assumptions about customers’ needs, and they’re focusing on deploying finished products. This approach typically leads to poorly targeted market introductions, wasted financial and labor resources, and, ultimately, lost opportunities. It is critical that machine and component vendors adopt a new innovation methodology that enables them to understand and prioritize customers’ points of friction, think disruptively, and develop digital solutions.

The typical innovation cycle is much shorter for digital solutions than it is for machines and components. Unlike a machine or a component that has value only when it is completely designed and produced, a digital solution can provide value early in the development cycle. A best practice in digital innovation, therefore, is to create a minimum viable product (MVP)—one that provides incremental value for the customer—rather than a finished product.

A adoção de uma abordagem MVP exige que os fornecedores de máquinas e componentes abandonem pelo menos parcialmente sua visão tradicional do relacionamento do comprador-fornecedor. Eles devem criar parcerias - ou até criar ecossistemas inteiros - com empresas de tecnologia para promover o desenvolvimento iterativo e transparente. Os fornecedores que dão esse passo podem liberar mais rapidamente produtos do que nunca - produtos que atendem e talvez até exceder, as expectativas dos clientes. Até o advento do iiot, essa abordagem não era uma opção. Apenas 16% dos entrevistados pretendem desenvolver soluções IIOT de ponta a ponta para a linha de produção; 84% imaginam o desenvolvimento de soluções apenas para suas máquinas. Para colher todo o potencial do IIOT, os fornecedores devem buscar soluções que trabalhem com as máquinas e componentes de outros fornecedores. Por exemplo, uma gêmea digital (uma réplica digital de uma máquina habilitada para IIOT) pode ser totalmente usada se os dados que gerarem podem ser compartilhados com outras máquinas. Os fornecedores que vão além do desenvolvimento de soluções específicas de máquinas ou componentes e fornecem aplicativos de linha de produção podem controlar o processo de ponta a ponta. (Veja a barra lateral “Dez casos de uso para iiot”.)

Machinery and component vendors also need to think big when it comes to commercializing IIoT products. Only 16% of survey respondents aim to develop end-to-end IIoT solutions for the production line; 84% envision developing solutions for their machines only. To reap the full potential of IIoT, vendors should pursue solutions that work with other vendors’ machines and components. For example, a digital twin (a digital replica of an IIoT-enabled machine) can be fully used only if the data it generates can be shared with other machines. Vendors that go beyond developing machine- or component-specific solutions and provide production line applications can control the process from end to end.

To help vendors direct their innovation efforts, we analyzed hundreds of use cases for IIoT and identifed ten archetypes. (See the sidebar “Ten Use Cases for IIoT.”)

Assessing Employees’ IIoT Skills. At the intersection of IIoT and machines, a myriad of skills are required. (See Exhibit 3.) The most critical skills are those required to manage connectivity, the network (including cloud technology), and cybersecurity—three distinct components. Other necessary abilities include edge-computing and sensor technology skills; IIoT analytics and software development skills; and business model innovation skills as well as customer journey know-how, both of which are needed to convert opportunities into commercial products.

The depth and breadth of the skills required, however, vary depending on the opportunity. Thus, in addition to assessing employees’ IIoT skills, machinery and component vendors need to evaluate IIoT opportunities in light of their employees’ skills to ensure that the company has both the will and the skills. For example, survey respondents identified predictive maintenance as having the highest benefit for end customers. Yet the majority of vendors either don’t have the analytics skills needed to predict machine failures or they lack the skills and know-how to convert the proof of concept into a commercial product.

Máquinas e fornecedores de componentes devem começar identificando os pontos de atrito dos clientes para determinar as necessidades latentes que as soluções IIOT podem atender. Os fornecedores devem avaliar as habilidades IIOT dos funcionários à luz das habilidades necessárias para criar essas soluções IIOT. Por exemplo, se o reabastecimento automático for um problema para os clientes, os funcionários têm as habilidades de gerenciamento de logística e robótica necessárias para a empresa buscar uma solução? Os fornecedores podem precisar de suporte externo para realizar essa avaliação, porque será necessário um certo grau de conhecimento sobre soluções da IIOT e as habilidades necessárias para criá -las. Em seguida, os fornecedores devem priorizar as soluções da IIOT que eles selecionaram para perseguir e identificar quaisquer lacunas de habilidade que precisem ser fechadas. Somente então os fornecedores conhecerão suas verdadeiras oportunidades no IIOT e poderão montar uma organização iiot para capitalizá -los.

Adaptando a organização para IIOT. Funções. To implement an IIoT agenda, machinery and component vendors need the following:

• A New Way of Developing. This approach should use multidisciplinary teams that have experts from machinery, automation, application engineering, data analytics, software engineering, and user experience functions.
• Uma nova maneira de vender. e funções de desenvolvimento de produtos. This should be a consultative approach, which is a significant shift for many high-performing sales organizations that have traditionally excelled by taking a focused, product-centric sales approach.
• A New Way of Collaborating. This process should incorporate immediate feedback loops among sales, service, and product development functions.

Para criar essas novas maneiras, os fornecedores precisarão reestruturar suas organizações. Cada empresa precisará considerar sua estrutura atual, juntamente com sua ambição e capacidade de mudar. As atividades da IIOT são administradas em cada unidade de negócios, com colaboração limitada em toda a empresa. Quando a colaboração ocorre, normalmente é de forma em um projeto. Como resultado, essas organizações não se beneficiam em geral das vantagens da colaboração: compartilhando recursos escassos do desenvolvedor, coordenando as principais questões de arquitetura e obtendo a perspectiva um do outro. Assim, esses fornecedores foram capazes de construir equipes multidisciplinares e agrupar e vender ofertas focadas em IIOT. Eles também podem orientar com mais eficácia o negócio da IIOT, tanto financeiramente quanto estrategicamente. De uma perspectiva financeira, uma empresa é capaz de medir os KPIs, como o retorno do investimento, que levam em consideração o benefício de longo prazo de um negócio de soluções IIOT. De uma perspectiva estratégica, um fornecedor pode seguir mais facilmente uma visão clara e em toda a empresa e gerenciar relacionamentos externos de parceiros. Além disso, adotar uma abordagem centralizada não garante a adesão e a colaboração por todos. De fato, as empresas devem encontrar um equilíbrio entre descentralização e centralização. Um conglomerado industrial não conseguiu desenvolver soluções IIOT focadas no cliente depois de centralizar seus esforços da IIOT; A organização era tão complexa que havia perdido de vista a perspectiva do cliente final. Por outro lado, uma grande fabricante de máquinas foi tão descentralizada em sua abordagem que obter um acordo entre as divisões era proibitivamente complicado, e a organização da IIOT não conseguiu implementar suas soluções. Não existe uma abordagem única. Os fornecedores de máquinas e componentes devem adaptar suas estruturas organizacionais de uma maneira que promova a colaboração entre as disciplinas e que explique as necessidades específicas de várias unidades de negócios e as soluções IIOT que eles decidem buscar.

The majority of vendors—69% of our survey sample—have a decentralized structure. IIoT activities are run within each business unit, with limited collaboration across the company. When collaboration does take place, it’s typically on a project basis. As a result, these organizations don’t benefit overall from the advantages of collaboration: sharing scarce developer resources, coordinating around key architecture questions, and getting one another’s perspective.

Conversely, 31% of machinery and component vendors in our survey have a centralized structure: a business unit that has responsibility for all IIoT activities across the company. These vendors have thus been able to build multidisciplinary teams and bundle and sell IIoT-focused offerings. They can also more effectively steer the IIoT business, both financially and strategically. From a financial perspective, a company is able to measure KPIs, such as return on investment, that take into account the long-term benefit of an IIoT-solutions business. From a strategic perspective, a vendor can more easily follow a clear, company-wide vision and manage outside partner relationships.

That said, needs specific to the industry or a business unit will get neglected if the approach is too centralized. Additionally, taking a centralized approach doesn’t guarantee buy-in and collaboration by everyone. Indeed, companies should strike a balance between decentralization and centralization. One industrial conglomerate was unable to develop customer-focused IIoT solutions after centralizing its IIoT efforts; the organization was so complex that it had lost sight of the end customer’s perspective. By contrast, a large machinery maker was so decentralized in its approach that getting agreement across divisions was prohibitively complicated, and the IIoT organization was unable to implement its solutions. There is no one-size-fits-all approach. Machinery and component vendors should tailor their organization structures in a way that fosters collaboration across disciplines and that accounts for the specific needs of various business units and the IIoT solutions they decide to pursue.

Centralizando a responsabilidade da IIOT exige que a força de vendas de cada unidade de negócios forneça à equipe da IIOT acesso a informações sobre os clientes existentes, incluindo o histórico do relacionamento, bem como quaisquer iniciativas de vendas e serviços em andamento. Somente estabelecendo um processo de compartilhamento de informações, uma organização pode garantir que seus clientes recebam o suporte necessário sem ser sobrecarregado por muitos pontos de contato. (Consulte o Anexo 4.)

Navigating the IIoT Galaxy

After adopting a new innovation methodology, assessing employees skills, and restructuring to foster collaboration, successful machinery and component vendors follow a four-step approach to realizing their IIoT potential. (See Exhibit 4.)

1. Defina o escopo da ambição. Eles devem começar conduzindo uma avaliação de maturidade da IIOT para determinar o status das iniciativas atuais em toda a organização, incluindo onde elas residem, a configuração organizacional que os suporta e os capabilitos que estão sendo usados. Em seguida, os fornecedores devem definir metas IIOT internas e voltadas para o cliente específicas que podem ser usadas como uma estrela do norte para orientar seus esforços. Considering the large number of IIoT innovations that a company could pursue, vendors should set the scope of their IIoT efforts. They should begin by conducting an IIoT maturity assessment to determine the status of current initiatives throughout the organization, including where they reside, the organizational setup that supports them, and the capabilites that are being used. Then, vendors should set specific internal and customer-facing IIoT goals that can be used as a North Star to guide their efforts.

2. Avalie e priorize oportunidades. As unidades de negócios precisam entender os problemas operacionais mais prementes dos clientes, referenciá-los com nossos dez casos de uso para o IIOT e criar uma pequena lista de oportunidades de IIOT. As unidades de negócios devem comparar esta lista com uma lista dos esforços de seus concorrentes, priorizar as oportunidades e validar sua viabilidade técnica. Each business unit should perform a 360-degree assessment of IIoT opportunities on the basis of latent customer needs. Business units need to understand customers’ most pressing operational issues, cross-reference them with our ten use cases for IIoT, and create a short list of IIoT opportunities. Business units should then compare this list to a list of its competitors’ efforts, prioritize the opportunities, and validate their technical feasability.

3. Crie os recursos certos. Em seguida, os fornecedores devem criar um roteiro para desenvolver ou adquirir o talento necessário. Os fornecedores devem usar iniciativas de desenvolvimento de funcionários que possam ser aplicáveis ​​e considerar parceiros externos como uma fonte de talento. período. Para empresas pequenas e médias (aquelas com menos de 2.000 ETIs), o número de ETAs focados em IIOT deve constituir de 1% a 3% da força de trabalho total. Isso significa que os fornecedores pequenos e de médio porte precisarão investir mais em uma força de trabalho IIOT do que os fornecedores maiores precisarão fazer; Este último precisa dedicar apenas 0,25% de suas forças de trabalho à IIOT. Nossa experiência mostrou que essas parcerias são uma prática recomendada para gerenciar a rede IIOT ou terceirizar parcialmente o desenvolvimento de software. Mas os fornecedores devem construir seus próprios capabilitos em áreas voltadas para o cliente, como experiência do usuário, gerenciamento de produtos e comercialização de produtos. Os fornecedores também devem desenvolver habilidades em visão de máquina e computação de borda. After prioritizing the list of IIoT opportunities, machinery and component vendors should identify the skills required and perform a simple gap analysis to determine which skills employees already have and which ones are needed. Then vendors should create a roadmap for developing or acquiring the necessary talent. Vendors should make use of employee development initiatives that may be applicable and consider external partners as a source for talent.

According to our survey, companies are planning to build their capabilities by ramping up the number of full-time employees (FTEs) dedicated to IIoT: 75% of respondents expect to increase the number of FTEs by about 50% over the next five years, while 25% of respondents expect the number to grow by more than 50% over the same period. For small and midsize companies (those with fewer than 2,000 FTEs), the number of IIoT-focused FTEs should constitute from 1% to 3% of the total workforce. That means small and midsize vendors will need to invest more in an IIoT workforce than larger vendors will need to do; the latter need to dedicate only 0.25% of their workforces to IIoT.

To keep employee costs down, small vendors should consider partnering with their vendors. Our experience has shown that such partnerships are a best practice to manage the IIoT network or to partially outsource software development. But vendors should build their own capabilites in customer-facing areas such as user experience, product management, and product commercialization. Vendors should also develop skills in machine vision and edge computing.

4. Estabeleça uma estrutura de governança e uma equipe de direção. Os fornecedores devem então configurar e fase nos processos para promover a colaboração. Uma prática recomendada é introduzir um To better coordinate IIoT efforts across the organization, machinery and component vendors should clearly define the IIoT responsibilities of company leaders and business unit employees. Vendors should then set up and phase in processes to foster collaboration. One best practice is to either introduce a  Coorte de  Champions-funcionários que carregam o conhecimento específico da IIOT nas várias unidades de negócios e promovem a colaboração entre eles-criam centros de excelência entre negócios. Outras práticas recomendadas envolvem o fornecimento de fundos para o desenvolvimento entre unidades e a criação de modelos de negócios e sistemas de incentivo que recompensam os funcionários por receitas obtidas como resultado de atividades de IIOT entre unidades. O feedback imediato é extremamente importante para os funcionários desenvolverem habilidades abrangentes e de conectividade. Nossos entrevistados citaram ambos como pontos fracos atuais em suas organizações. Mas isso exige que os fornecedores identifiquem os casos de uso para a IIOT que seus clientes mais precisam, determine quais soluções elas estão melhor posicionadas para desenvolver e adaptar suas organizações para apoiar as iniciativas da IIOT. Quando os fornecedores de máquinas e componentes superam seus próprios obstáculos internos, eles poderão atravessar a galáxia iiot com confiança e facilidade. Markus Lorenz

Machinery and component vendors also should ensure that knowledge is shared between the central IIoT business unit and customer-facing functions not only in the development phase but also over the long run. Immediate feedback is extremely important for employees to develop overarching and connectivity skills. Our survey respondents cited both as current weak spots in their organizations.

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The IIoT galaxy presents machinery and component vendors with a vast opportunity—one they are eager to embrace to offer their customers cutting-edge solutions. But that requires vendors to identify the use cases for IIoT that their customers most need, determine which solutions they are best positioned to develop, and tailor their organizations to support IIoT initiatives. When machinery and component vendors overcome their own internal roadblocks, they will be able to traverse the IIoT galaxy with confidence and ease.