Was ist Industrial Internet of Things (IIoT)?

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

Die Vorteile von IIoT sind zahlreich und es gibt eine Vielzahl von IIoT-Anwendungen in den unterschiedlichsten Branchen. Vernetzte Unternehmen profitieren zum Beispiel von verringerten Ausfallzeiten und Wartungskosten, einer Steigerung der Produktion oder einer höheren Sicherheit am Arbeitsplatz. Ebenso tragen IIoT-Lösungen dazu bei, sich generell einen besseren Überblick über die Vorgänge in ihrem Betrieb zu verschaffen.

IIoT-Technologie wird verwendet, um industrielle Abläufe durch eine automatisierte Instrumentierung, Datenerfassung und -analyse, Berichterstattung und Entscheidungsfindung zu bereichern. Das Industrielle IoT ermöglicht dies durch ein vernetztes System aus intelligenten Sensoren, Gateways, Softwareplattformen und Cloud-Servern. Sensoren werden an Maschinen bereitgestellt, um Daten zu erfassen und an das Gateway zu senden, welches 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.

Was sind IIoT Beispiele?

Die praktisch Nutzung des IIoT fällt vielfältig aus, wobei immer mehr neue industrielle Anwendungen eingeführt werden, je mehr Branchen die Technologie nutzen. Einige IIoT-Anwendungen haben sich dabei als besonders beliebt erwiesen. Dazu zählen:

• Vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance): 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 bzw. 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. Mit Hilfe entsprechender IIoT-Anwendungen lässt sich dann bestimmen, ob und wann ein Gerät wahrscheinlich ausfallen wird. Wenn ein kritisches Problem erkannt wird, wird eine Wartungsbenachrichtigung an die zuständige Person oder das Team gesendet.
• Industrielle Automatisierung: Während die 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 zusammen mit PACs (Programmable Automation Controls), PLCs (Programmable Logic Controls) oder anderen Automatisierungstools genutzt, um Daten von Industriemaschinen zu sammeln. Die so erfassten Daten werden dann an die jeweiligen IIoT-Anwendungen und Services gestreamt, wo sie analysiert werden können, um Erkenntnisse über die Leistung der Maschine zu gewinnen.
• Robotik: Roboter werden überall eingesetzt, an Fließbändern, in Krankenhäusern oder in 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 bieten IIoT-Lösungen die Möglichkeit, alte Industrietechnologien mit neuen 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-Lösungen nutzen, um Lagerbestände in Echtzeit abzurufen und so Umsatzeinbußen aufgrund fehlender Bestände zu vermeiden. Mit Hilfe von IIoT-Anwendungen und intelligenten Sensoren lässt sich auch der Status von verderblichen Artikeln überwachen. Um zum Beispiel Manager zu benachrichtigen, wenn die Lagerbedingungen gefährdet sind. Frachtunternehmen ermöglicht das Industrial IoT, Waren in Echtzeit zu verfolgen. Auf diese Weise lässt sich sicherstellen, dass die Artikel pünktlich und unversehrt ankommen. Ebenso können über das IIoT gesammelte Daten dafür genutzt werden, um den Versand effizienter zu gestalten.

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

Das 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 Straßenbahn, ein Stromnetz oder selbst das Gepäckverfolgungssystem einer Fluggesellschaft offline geht, hat das erhebliche Konsequenzen.

Welche IoT Geräte gibt es?

IIoT-Geräte sind so konstruiert, dass sie die Konnektivität aufrechterhalten und eine lange Lebensdauer haben. Während sie zugleich die im IIoT-System erfassten Daten bei der Übertragung und im Ruhezustand schützen. Darüber hinaus muss ein IIoT-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. Bedeutet konkret: Das IIoT-Gerät muss dazu imstande sein, permanent zu kommunizieren, verschiedene Anwendungen für jede seiner funktionalen Rollen einzubeziehen und unterschiedliche Zugriffsrechte abzurufen.

Das IIoT ist eine Investition, die helfen kann, stärkere und strategischere Geschäftsentscheidungen zu treffen. Unternehmen, die IIoT-Systeme und IIoT-Lösungen implementieren, möchten einen ROI (Return on Investment) in Form von reduzierten Wartungskosten, erhöhter Effizienz und verbesserter Produktivität sehen.

Im weitesten Sinne besteht der Unterschied zwischen IIoT und IoT im 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 hochtechnische Aufgaben aus, wobei der Schwerpunkt bei IIoT-Lösungen stärker auf Präzision, Interoperabilität und Zuverlässigkeit liegt.
• Zuverlässigkeit: Zwar ist Zuverlässigkeit für das verbraucherorientierte IoT wichtig, für IIoT ist sie aber absolut unerlässlich. Industrielle IoT-Netzwerke unterstützen Zehntausende von Maschinen, Steuerungseinheiten, 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.
• Security: 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 Security-Maßnahmen. So sind sie Hacks und den weit verbreiteten Botnetz-Angriffen gegenüber besonders anfällig. Ähnliche Angriffe auf IIoT-Systeme könnten jedoch größere, weitreichende Folgen für die Gesundheit und Sicherheit der Opfer haben. Ein durch einen Exploit im IIoT-System lahmgelegtes Stromnetz kann zum Beispiel alles gefährden – von der persönlichen Sicherheit über die Wirtschaft bis hin zur nationalen Sicherheit. Daher unterliegt das Industrielle IoT 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 können mobile Geräte ebenfalls Teil von IIoT-Systemen sein. Zu den wahrscheinlichen Endpunkten zählen jedoch auch industrielle Tools wie Durchflussmesser, Pumpensteuerungen und Ventilantriebe.

Die Fertigungsbranche ist einer der enthusiastischsten Anwender von Industrial IoT, vor allem weil die IIoT-Technologie eine Vielzahl von Effizienzsteigerungen für die Industrie ermöglicht. Mit IIoT-Lösungen können Anlagen aus der Ferne verwaltet, in Echtzeit überwacht und proaktiv gewartet werden. Zudem lassen sich per Industrial IoT sowohl der Zustand als auch der Standort und Status von Produkten viel einfacher nachverfolgen. Auch Produktnutzungsmuster lassen sich mit Hilfe von IIoT-Systemen leichter identifizieren. So können Hersteller die Produktion beliebter Artikel erhöhen und weniger beliebte Artikel einstellen, bevor sie sich negativ auf das Unternehmen auswirken.

Was sind IoT Produkte?

IoT-Produkte sind physische Objekte, die mit dem Internet verbunden sind und so Daten übertragen können. Dies schließt diverse Geräte ein: von der Smartwatch bis zum Auto, vom Wecker bis hin zum Staubsauger. Ziel dieser IoT-Produkte ist es, Menschen bei ihren alltäglichen Aufgaben zu unterstützen und Arbeit zu erleichtern oder gar ganz abzunehmen. IoT-Produkte werden sowohl in privaten Haushalten als auch im geschäftlichen Bereich eingesetzt, z. B. im Energiesektor (intelligente Stromzähler und -netze), der Landwirtschaft (Bestandsüberwachung per App) oder der Medizin (vernetzte Medizingeräte).

Was sind IoT Anwendungen?

Zur besseren Veranschaulichung stellen wir hier einige der beliebtesten IIoT-Anwendungen kurz vor, die in der modernen Fertigungsindustrie zum Einsatz kommen.

• Asset-Tracking: IIoT-Systeme helfen Unternehmen bei der Nachverfolgung ihrer Bestände mithilfe von RFID-Tags, die als Identifikatoren von Assets verwendet werden. Die Identifikatoren sind mit Daten über das Asset verknüpft – wie etwa Seriennummer, Modell, Kosten und Einsatzbereich – 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 alle Beteiligten ein Asset während seiner gesamten Reise verfolgen, feststellen, wie oft und wo es verwendet wird, und Entscheidungen zu Wartung, Zeitplanung und sonstiger Logistik treffen.
• Facility Management: Das Industrial IoT hilft bei praktisch allen Aspekten des Facility Managements. Die fortschrittliche IIoT-Technologie erleichtert die vorausschauende Instandhaltung von Geräten, die effiziente Speicherung und den Abruf großer Datenmengen. Darüber hinaus ermöglicht das IioT-Management die enge Zusammenarbeit von Teammitgliedern in Echtzeit und eine strengere Abwehr von Sicherheitsverstößen – sowohl innerhalb als auch außerhalb des Unternehmens.
• Sicherheitsmonitoring: Beim sogenannten „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: Das IioT wird verwendet, um Herstellern zu größerer Transparenz innerhalb 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 das IioT nutzen, um den Betrieb ihrer Anlagen in anderen Städten, Staaten oder Ländern zu verwalten. Die Fähigkeit des IioT, Maschinenausfälle vorherzusagen, ermöglicht es Unternehmen, die Wartung nach Bedarf zu planen, anstatt ein lokales Wartungsteam für Reparaturen auf Abruf vorzuhalten. Das IioT ermöglicht es Unternehmen auch, aus der Ferne auf Daten aus anderen Anlagen zuzugreifen und den Betrieb in anderen Standorten im Auge zu behalten.

Können MES durch das IioT ergänzt oder ersetzt werden?

Die Frage, ob das IioT irgendwann MES (Manufacturing Execution Systems) einmal ersetzt oder zumindest ergänzt, wird derzeit noch diskutiert. Einige Insider argumentieren, dass das Industrial IoT letztendlich das MES verdrängen oder zu einer Modernisierung zwingen wird. Zudem behaupten sie, dass die meisten dieser Systeme veraltet und nicht dafür ausgestattet sind, wie IIoT-Lösungen verschiedenste 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. Gegenüber einem IioT-System ebenso beschränkt ist auch die Möglichkeit, einen umfassenden Überblick über die Abläufe in einer Fabrik zu erhalten, mechanische Ausfälle und andere Störungen vorherzusagen und Prozesse zu optimieren.

Andere argumentieren, dass sich die beiden Systeme ergänzen dürften. Eines der Argumente weist darauf hin, 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 dem IioT ermöglichen, eine Anlage autonom zu betreiben.

Auch wenn die Frage noch lange nicht geklärt ist, Hersteller, die aktuell über die Einführung von IioT-Lösungen oder IioT-Anwendungen nachdenken, müssen schon bald überlegen, wie sie ihr MES in Zukunft einsetzen werden.

Wie fügt sich das IioT in die Industrie 4.0 ein?

Das 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 in industriellen Infrastrukturen – hierzu zählt neben IioT-Systemen, Cyber-Physical Systems (CPS) und Cognitive Computing (CC) auch Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M).

Eine IioT-Plattform bzw. ein IioT-System ist eine Kombination aus Hardware und Software, die zusammenarbeiten, um industrielle Prozesse mit Informationssystemen zu verbinden. Dieser Middle Layer 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 Verkehrs- oder Versorgungsunternehmen konzipiert sind.

Der Hauptzweck einer IioT-Plattform bzw. eines IioT-Systems besteht darin, Unternehmen eine zentralisierte Kontrolle über alle angeschlossenen Maschinen und Prozesse zu geben und gleichzeitig die Mittel zur Verfügung zu stellen, mit denen der gesamte Betrieb überblickt und Erkenntnisse zur Optimierung gewonnen werden können, wenn sich Bedingungen und Anforderungen ändern.

Das Industrial IoT (IIoT) ist einer der bedeutendsten Trends für Geschäftsprozesse im industriellen Umfeld. Und da sich der Markt immer schneller weiterentwickelt und technologische Umwälzungen zunehmen, können IIoT-Lösungen Unternehmen dabei unterstützen, agil und wettbewerbsfähig zu bleiben.

Denn das IIoT verbessert so ziemlich jeden Aspekt industrieller Abläufe: Kosteneinsparungen durch vorausschauende Instandhaltung, neue betriebliche Effizienz durch Automatisierung, nachhaltiger Energieverbrauch und erhöhte Produktivität durch Sicherheitsverbesserungen. Darüber hinaus verschaffen Ihnen IIoT-Systeme und IIoT-Anwendungen dank der so möglichen zentralen Steuerung und aggregierten Datenanalyse völlig neue Einblicke in Ihr Unternehmen. Kurz gesagt: Das Industrial IoT (IIoT) hebt jedes industrielle Umfeld auf ein neues Niveau in punkto Leistung und Rentabilität.