Das industrielle Internet der Dinge: Eine Einführung

IIoT ist ein Akronym für das „Industrial Internet of Things“ und bezieht sich auf vernetzte Geräte und fortschrittliche Analytik in Fertigung, Transportwesen, Energiesektor und weiteren Branchen.

General Electric prägte 2012 den Begriff „Industrial Internet“, um eine dritte Innovationswelle zu beschreiben (die erste war die industrielle Revolution des 19. Jahrhunderts und die zweite die Einführung von Großrechnern in den 1950er bis 1990er Jahren) Heute steht das Industrial Internet für die vierte industrielle Revolution oder Industrie 4.0, die intelligente Geräte, fortschrittliche Datensysteme sowie physische und menschliche Netzwerke zusammenführt, um Unternehmen die Möglichkeit zu bieten, die betriebliche Effizienz zu steigern und geschäftliche Entscheidungen und Ergebnisse zu verbessern.

IIoT ist Teil eines größeren Systems miteinander verbundener Geräte, das IoT oder „Internet der Dinge“ genannt wird. Im IoT kann ein „Ding“ jedes physische Objekt sein, von der Kaffeekanne bis zum Auto, solange es sich mit dem Internet verbinden und ohne menschliches Zutun mit einem Netzwerk anderer Geräte kommunizieren kann.

Die Vorteile von IIoT sind zahlreich, und es gibt eine Vielzahl von Anwendungen in den unterschiedlichsten Branchen. Vernetzte Unternehmen erleben verringerte Ausfallzeiten und Wartungskosten, eine Steigerung der Produktion, höhere Sicherheit am Arbeitsplatz und erhalten generell einen besseren Überblick über die Vorgänge in ihrem Betrieb. Auf den folgenden Seiten gehen wir auf all diese Ideen ein, einschließlich der Frage, wie das IIoT bei der digitalen Transformation eingesetzt wird.

IIoT – Überblick

IIoT-Technologie wird verwendet, um industrielle Abläufe um automatisierte Instrumentierung, Datenerfassung und -analyse, Berichterstattung und Entscheidungsfindung zu bereichern. Sie ermöglicht dies durch ein vernetztes System aus intelligenten Sensoren, Gateways, Softwareplattformen und Cloud-Servern. Sensoren werden an Maschinen bereitgestellt, wo sie Daten erfassen und an das Gateway senden, das als Drehscheibe zwischen den angeschlossenen Geräten und den im Rechenzentrum oder in der Cloud laufenden Anwendungen und Diensten fungiert. Diese Daten können dann von Mitarbeitern über einen Computer oder ein mobiles Gerät abgerufen werden.

Die Nutzung von IIoT in der Praxis ist sehr breit gefächert, wobei immer mehr neue industrielle Anwendungen eingeführt werden, je mehr Branchen es übernehmen. Einige Anwendungen haben sich als besonders beliebt erwiesen, darunter:

• Vorausschauende Instandhaltung: In der Vergangenheit haben sich Betriebs- und Wartungsteams auf zwei primäre Modelle verlassen, um unerwartete Ausfälle zu vermeiden: entweder die planmäßige Wartung oder die Zustandsüberwachung unter Verwendung der begrenzten und unflexiblen Analysen, die von den Schnittstellen des Steuerungssystems geliefert wurden, oder die Verwendung manuell erfasster Dateneingaben wie der Schwingungsanalyse. Die Unvorhersehbarkeit von Ausfällen macht die Planung von Arbeitskräften und die Verfügbarkeit von Ersatzteilen schwierig, was zu hohen Kosten führt. In einem IIoT-System sind Industriemaschinen mit intelligenten Sensoren ausgestattet, die den Zustand der Ausrüstung kontinuierlich überwachen, indem sie Temperatur, Druck, Schwingungsfrequenz und andere Parameter in Echtzeit verfolgen. Diese Daten werden an die Cloud gesendet, um mit dem Modell, der Einstellung, der Nutzung und den Wartungsdaten des Geräts in einen Kontext gesetzt zu werden und dann vorausschauende Analysealgorithmen zu durchlaufen, um zu bestimmen, ob und wann das Gerät wahrscheinlich ausfallen wird. Wenn ein kritisches Problem erkannt wird, wird eine Wartungsbenachrichtigung an die zuständige Person oder das Team gesendet.
• Industrielle Automatisierung: Während Automatisierung traditionell zur Ausführung bestimmter manueller Aufgaben eingesetzt wurde, wird sie im IIoT zur Überwachung und Verbesserung der betrieblichen Effizienz von Prozessen und Maschinen verwendet. Intelligente Sensoren werden mit PACs (Programmable Automation Controls), PLCs (Programmable Logic Controls) oder anderen Automatisierungstools verwendet, um Daten von Industriemaschinen zu sammeln. Die Daten werden an Anwendungen und Services gestreamt, wo sie analysiert werden können, um Erkenntnisse über die Leistung der Maschine zu gewinnen.
• Robotik: Roboter werden überall eingesetzt, von Fließbändern über Krankenhäuser bis hin zu Fulfillment Centern, und oft werden sie für komplizierte oder gefährliche Aufgaben oder zur Verbesserung des Produktionsflusses verwendet. Mithilfe von IIoT-Systemen können diese Roboter auf neue und innovative Weise überwacht und gesteuert werden – so bietet sich die Möglichkeit, alte Industrietechnologien mit neuen, aufkommenden Funktionen wie Big Data, KI und AR zu verschmelzen, um neue Anwendungsfälle zu schaffen. Wie auch bei anderen Arten von Industriemaschinen können Sensordaten von Robotern für Analysen gesammelt werden, um die Grundlage für Wartungsentscheidungen und Leistungsverbesserungen zu liefern.
• Logistik: Lagerhäuser können IIoT nutzen, um Lagerbestände in Echtzeit abzurufen und so Umsatzeinbußen aufgrund fehlender Bestände zu vermeiden. Intelligente Sensoren können den Status von verderblichen Artikeln überwachen und Manager benachrichtigen, wenn die Lagerbedingungen gefährdet sind. Frachtunternehmen können Waren in Echtzeit verfolgen, um sicherzustellen, dass die Artikel pünktlich und unversehrt ankommen, und können gesammelte Daten nutzen, um den Versand effizienter zu gestalten.

IIoT hat Innovationen in der Fertigung, in der Landwirtschaft, im Transportwesen und im Energiemanagement vorangetrieben, und weitere Entwicklungen werden in den nächsten Jahren in anderen Branchen erwartet.

Worin liegen die Unterschiede zwischen dem IoMT und IoT?

Im weitesten Sinne besteht der Unterschied zwischen IIoT und IoT in ihrem jeweiligen Zweck. Der Fokus von IIoT liegt auf der Verbesserung einer Reihe von industriellen Prozessen, während es beim IoT hauptsächlich um die Erhöhung des Verbraucherkomforts geht. Wenn wir uns genauer ansehen, wie beide ihr Ziel erreichen, können wir uns ein detaillierteres Bild davon machen, wie sie sich unterscheiden.

• Technologie: Sowohl IIoT als auch IoT verwenden vernetzte Geräte, intelligente Sensoren, Software und Cloud-Computing-Server, aber es gibt große Unterschiede in der Anwendung dieser Technologien. IoT-Geräte automatisieren in der Regel einfache, alltägliche Aufgaben im Haushalt – zum Beispiel eine Sicherheitskamera, die Videos an die Cloud sendet, wenn sie ein unbekanntes Gesicht entdeckt. IIoT-Geräte hingegen führen hoch technische Aufgaben aus, wobei der Schwerpunkt stärker auf Präzision, Interoperabilität und Zuverlässigkeit liegt.
• Zuverlässigkeit: Zwar ist Zuverlässigkeit für das verbraucherorientierte IoT wichtig, für IIoT ist sie aber absolut unerlässlich. Industrielle Netzwerke unterstützen Zehntausende von Maschinen, Steuerungen, Robotern und andere Arten von Geräten mit mehreren Endpunkten, die über Tausende von Kilometern verteilt sind. Und im IIoT gibt es wenig Toleranz für den Ausfall von Systemen. Die Zuverlässigkeit wird zu einer umso größeren Herausforderung, je mehr IoT- und Nicht-IoT-Geräte und -Sensoren hinzugefügt werden.
• Sicherheit: Im Endverbraucher-IoT drehen sich die Maßnahmen zur Cybersicherheit hauptsächlich um den Schutz der Benutzerdaten. Entsprechend fehlt es vielen IoT-Geräten für Endverbraucher an robusten vorbeugenden Sicherheitsschutzmaßnahmen, so sind sie Hacks und den weit verbreiteten Botnetzangriffen gegenüber weit geöffnet. Ähnliche Angriffe auf IIoT-Systeme könnten jedoch größere, weitreichende Folgen für die Gesundheit und Sicherheit der Opfer haben. Ein durch einen IIoT-Exploit lahmgelegtes Stromnetz kann zum Beispiel alles gefährden, von der persönlichen Sicherheit über die Wirtschaft bis hin zur nationalen Sicherheit. Daher unterliegt das IIoT mehr Vorschriften zu Compliance, Transparenz und Gesamtrisiko.
• Endgeräte: In einem IoT-Ökosystem für Endverbraucher reichen die Eingaben von Heimsicherheitssystemen über Wearables bis hin zu intelligenten Küchengeräten. Die Ausgabe erfolgt jedoch fast immer in Form einer textbasierten Nachricht oder eines Fotos, die bzw. das an das Smartphone oder Tablet eines Benutzers gesendet wird. Zwar sind auch mobile Geräte Teil von IIoT-Systemen, zu den wahrscheinlichen Endpunkten zählen jedoch auch industrielle Tools wie Durchflussmesser, Pumpensteuerungen und Ventilantriebe.

IIoT ist im Vergleich mit anderen IoT-Technologien einzigartig, weil es auf industrielle Anforderungen zugeschnitten ist. Unter anderem müssen IIoT-Geräte extrem zuverlässig sein. Wenn eine Stadtbahn, ein Stromnetz oder selbst das Gepäckverfolgungssystem einer Fluggesellschaft offline geht, hat das erhebliche Konsequenzen. IIoT-Geräte sind so konstruiert, dass sie die Konnektivität aufrechterhalten und eine lange Lebensdauer haben, während sie zugleich die Daten während der Übertragung und im Ruhezustand schützen.

Darüber hinaus muss ein Gerät, das in einem industriellen Umfeld eingesetzt wird, sich in verschiedene Geschäftssysteme wie ERP, EAM, CMMS und andere integrieren können, während es zugleich mit Hunderten von Menschen an einem einzigen Tag interagiert. Außerdem muss es eine Vielzahl von Protokollen und Datenformaten berücksichtigen, was die Datenanalyse zumindest aus der Perspektive herkömmlicher Managementtechnologien zu einer Herausforderung macht. Das bedeutet, dass es imstande sein muss, häufig zu kommunizieren, verschiedene Anwendungen für jede seiner funktionalen Rollen einzubeziehen und unterschiedliche Zugriffsrechte abzurufen.

Schließlich ist IIoT eine Investition, die helfen kann, stärkere und stärker strategische Geschäftsentscheidungen zu treffen. Unternehmen, die IIoT-Systeme implementieren, verlangen einen ROI in Form von reduzierten Wartungskosten, erhöhter Effizienz und verbesserter Produktivität.

IIoT in der Fertigung

Die Fertigungsbranche gehört zu den eifrigsten Anwendern von IIoT, hauptsächlich weil die Technologie eine Vielzahl von Effizienzsteigerungen für die Industrie ermöglicht. Mit IIoT können Anlagen ferngesteuert, in Echtzeit überwacht und proaktiv gewartet werden. Zustand, Standort und Status von Produkten lassen sich viel einfacher nachverfolgen. Auch Produktnutzungsmuster lassen sich mit IIoT leichter identifizieren. So können Hersteller die Produktion beliebter Artikel erhöhen und weniger beliebte Artikel einstellen, bevor sie sich negativ auf das Unternehmen auswirken.

Es folgen einige der beliebtesten IIoT-Anwendungsfälle in der heutigen Fertigungsindustrie:

• Bestandsverfolgung: IIoT-Systeme helfen Unternehmen bei der Nachverfolgung ihrer Bestände mithilfe von RFID-Tags, die als Kennzeichner von Assets verwendet werden. Die Kennzeichner sind mit Daten über den Anlagen verknüpft – wie etwa seiner Seriennummer, des Modells, der Kosten und des Einsatzbereichs –, und alle diese Daten sind in der Cloud gespeichert. Jedes Mal, wenn das Asset bewegt wird, wird sein Tag von einem RFID-Lesegerät gescannt, und der Datensatz in der Cloud wird aktualisiert. Mit dieser Methode können die zuständigen Parteien ein Asset während seiner gesamten Reise verfolgen, feststellen, wie oft und wo es verwendet wird, und Entscheidungen zu Wartung, Zeitplanung und sonstiger Logistik treffen.
• Gebäudemanagement: IIoT hilft bei praktisch allen Aspekten des Facility-Managements. Die fortschrittliche Technologie erleichtert die vorausschauende Instandhaltung von Geräten, die effiziente Speicherung und den Abruf großer Datenmengen, die Zusammenarbeit von Teammitgliedern in Echtzeit und eine strengere Abwehr von Sicherheitsverletzungen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Unternehmens.
• Sicherheitsüberwachung: Beim Geo-Fencing werden Grenzen oftmals verwendet, um zu bestimmen, ob sich Arbeiter in einem Bereich aufhalten, in dem sie sich nicht befinden sollten. Die Sensoren fungieren als unsichtbarer Zaun, der eine Benachrichtigung ausgibt, wenn Grenzen überschritten werden. In einem IIoT-Kontext kann dies helfen, die Sicherheit von Waren zu gewährleisten, den Standort von Mitarbeitern in unsicheren Umgebungen zu verfolgen oder Arbeitsunfälle zu minimieren.
• Lieferkettenoptimierung/Bestandsmanagement: IIoT wird verwendet, um Herstellern zu größerer Transparenz ihrer Lieferketten zu verhelfen. Mithilfe von Sensoren können Standort, Zustand und Lagerbestände jedes Produkts in Echtzeit überwacht werden. Die Daten werden in der Cloud gespeichert und verarbeitet, wo Anwendungen den Standort jedes Artikels lokalisieren, seinen Status überwachen, vorhersagen, wann der Artikel zur Neige geht, und all diese Informationen an Benutzer weitergeben können. Diese Daten können dann mit den ERP-, PLM- oder MRP-Systemen des Unternehmens integriert werden. Für den Fall einer Unterbrechung der Lieferkette kann die Ursache bis zur Quelle zurückverfolgt werden.
• Vorausschauende Instandhaltung: Unternehmen, die verteilte Anlagen benötigen, können IIoT nutzen, um den Betrieb ihrer Anlagen in anderen Städten, Staaten oder Ländern zu verwalten. Die Fähigkeit von IIoT, Maschinenausfälle vorherzusagen, ermöglicht es Unternehmen, die Wartung nach Bedarf zu planen, anstatt ein lokales Wartungsteam für Reparaturen auf Abruf vorzuhalten. IIoT ermöglicht es Unternehmen auch, aus der Ferne auf Daten aus anderen Anlagen zuzugreifen und generell den Betrieb außerhalb der Stadt im Auge zu behalten.

Wie IIoT mit Manufacturing-Execution-Systemen zusammenarbeitet

Die Frage, ob IIoT MES (Manufacturing Execution Systems) ersetzen oder ergänzen wird, wird derzeit noch diskutiert. Einige Insider argumentieren, dass IIoT MES letztendlich verdrängen oder zu einer Modernisierung zwingen wird, und behaupten, dass die meisten dieser Systeme veraltet und nicht dafür ausgestattet sind, Daten von Sensoren in der Fabrikhalle in Echtzeit zu sammeln. Sie wurden auch nicht für die langfristige Datenspeicherung, KI und Analytik konzipiert. Dies führt zu Daten, die, wenn überhaupt, in Silos gesammelt werden und behindert die Fähigkeit einer Fabrik, einen umfassenden Überblick über ihre Abläufe zu erhalten, mechanische Ausfälle und andere Störungen vorherzusagen und Prozesse zu optimieren.

Andere argumentieren, dass die beiden Systeme komplementär sind. Eines der Argumente ist, dass MES Produkt- und Wartungsdaten liefern kann, die es dem IIoT ermöglichen, Ausfälle vorherzusagen. In diesem Szenario fungiert MES als Stellvertreter für Geräte ohne Sensoren und kommuniziert im Namen dieser Geräte mit dem IIoT-System. MES kann Informationen über Vorgänge abbilden und speichern, die es IIoT ermöglichen, eine Anlage autonom zu betreiben.

Auch wenn die Frage noch lange nicht geklärt ist, werden Hersteller, die IIoT-Lösungen einführen wollen, kurzfristig umdenken müssen, wie sie ihr MES einsetzen.

IIoT als Teil von Industrie 4.0

IIoT ist eine der entscheidenden Komponenten von Industrie 4.0.

Industrie 4.0 ist ein Begriff, der sich auf die technologischen Fortschritte und neuen Ansätze bezieht, die im letzten Jahrzehnt im Industriesektor eingeführt wurden. Dieser Zeitraum wurde informell als „die vierte Revolution“ in der Fertigung bezeichnet. Die erste war die Mechanisierung der Fertigungsprozesse durch Wasser- und Dampfkraft. Die zweite war die Einführung von Fließbändern und das Aufkommen der Elektrizität. Die dritte Revolution war das Aufkommen von Computern und die Einführung der Automatisierung in industriellen Prozessen. Und die vierte industrielle Revolution ist definiert durch die Integration von Technologien und neuen Prozessen – wie IIoT, Cyber-Physical Systems (CPS), Cognitive Computing (CC) und Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) – in industriellen Infrastrukturen.

Definition der IIoT-Plattform

Eine IIoT-Plattform ist eine Kombination aus Hardware und Software, die zusammenarbeiten, um industrielle Prozesse mit Informationssystemen zu verbinden. Diese mittlere Schicht kann eine Vielzahl von Komponenten umfassen, mindestens aber die Basissoftware (oftmals SaaS), IoT-Geräte und physische Gateways, die die beiden miteinander verbinden.

Sowohl die Software- als auch die Hardware-Komponenten setzen sich aus vielen einzelnen Elementen zusammen. Zur Hardware gehören typischerweise intelligente Sensoren, IoT-Geräte, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), Edge-Geräte und Industriemaschinen. Die Software umfasst ein Betriebssystem, ein Laufzeitsystem, Cloud-basierte Software, eine App-Entwicklungsumgebung sowie Tools zur Datenvisualisierung und Datenspeicherung. Es gibt auch branchenspezifische IIoT-Plattformen und industrielle Anwendungen, die für Branchen wie Bahn oder Versorgungsunternehmen konzipiert sind.

Der Hauptzweck einer IIoT-Plattform besteht darin, Ihnen zentrale Kontrolle über alle Ihre angeschlossenen Maschinen und Prozesse zu geben und gleichzeitig die Mittel zur Verfügung zu stellen, um Ihren gesamten Betrieb zu überblicken und die Erkenntnisse zur Optimierung zu gewinnen, wenn sich Bedingungen und Anforderungen ändern.

Fazit

IIoT ist die Zukunft des Industriesektors.

IIoT ist einer der bedeutendsten Trends für Geschäftsprozesse im industriellen Umfeld. Und da die Marktgeschwindigkeit zunimmt und technologische Umwälzungen häufiger werden, hilft IIoT Unternehmen, agil und wettbewerbsfähig zu bleiben.

IIoT verbessert so ziemlich jeden Aspekt von industriellen Abläufen: Kosteneinsparungen durch vorausschauende Instandhaltung, neue betriebliche Effizienz durch Automatisierung, nachhaltiger Energieverbrauch und erhöhte Produktivität durch Sicherheitsverbesserungen. Darüber hinaus verschafft IIoT Ihnen mit zentraler Steuerung und aggregierter Datenanalyse einen bisher nicht vorstellbaren Einblick in Ihr Unternehmen. Kurz gesagt: IIoT kann in jedem industriellen Umfeld ein neues Niveau an Leistung und Rentabilität ermöglichen.