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IoT Industry – Definition, Lösungen, Anwendungsbeispiele
Im produzierenden Gewerbe werden Maschinen, Roboter und Werkstücke immer öfter mit Sensoren ausgestattet und vernetzt. Aber auch im Gesundheitswesen und in der Logistik spielt das erweiterte Internet der Dinge (IoT) eine wichtige Rolle. Die Umsetzung eines Industrial Internet of Things (IIoT) ist weit komplexer und aufwendiger als die Vernetzung eines Smart Homes im Verbraucherbereich, doch der Aufwand lohnt sich.
Was ist IIoT?
Während das allgemeine Internet of Things oft mit vernetzten Geräten aus dem Privathaushalt verbunden wird, geht es beim Industrial Internet of Things um die Vernetzung von Maschinen, industriellen Anlagen und gesamten Produktionssystemen. Das Ziel: Produktionsprozesse, Wartung und Energiemanagement mit IIoT effizienter zu gestalten. Das gelingt im Industrial Internet of Things durch die Ausstattung von Geräten, Werkzeugen und Werkstücken mit smarten Sensoren und Mikrocontrollern.
Was ist der Unterschied zwischen IoT und IIoT?
IoT (Internet of Things) bezeichnet die digitale Vernetzung von Gegenständen aller Art. Zum Internet der Dinge rechnet man Artikel, die den Alltag der Menschen erleichtern, Kosten einsparen oder den Komfort verbessern. Vernetzte Lampen und smarte Thermostate im Smart Home sind typische Beispiele für das Internet der Dinge.
IIoT ist die Anwendung von IoT-Technologien im industriellen Umfeld und gilt als eine Schlüsseltechnologie von Industrie 4.0.
Größe und Struktur
Ein Industrial Internet of Things (IIoT) ist deutlich umfangreicher und komplexer als ein typisches Smart-Home-Netzwerk. Es umfasst häufig eine Vielzahl von Maschinen, Anlagen, Sensoren und IT-Systemen und muss flexibel sowie skalierbar aufgebaut sein.
Höhere Anforderungen an Zuverlässigkeit
Produktions- und Betriebsprozesse sind auf eine hohe Verfügbarkeit angewiesen. Daher müssen IIoT-Lösungen besonders robust, ausfallsicher und zuverlässig sein.
Strengere Sicherheitsstandards
Die erfassten Daten sowie die vernetzten Systeme müssen vor Cyberangriffen, Datenverlust und unbefugtem Zugriff geschützt werden. IT- und OT-Sicherheit spielen dabei eine zentrale Rolle.
Große Datenmengen und Echtzeitfähigkeit
Maschinen und Anlagen erzeugen kontinuierlich große Mengen an Betriebs- und Prozessdaten. Diese müssen häufig in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit verarbeitet und analysiert werden, um Prozesse zu optimieren oder frühzeitig auf Störungen reagieren zu können.
Projektkosten
Die Einführung von IIoT erfordert in der Regel erhebliche Investitionen in Sensorik, Vernetzung, Software, Datenplattformen sowie die Integration in bestehende Systeme. Die Höhe der Investitionen hängt von Umfang und Komplexität der Anwendung ab.
Wie funktioniert das Internet der Dinge in der Industrie?
Ein IIoT besteht aus vier eng miteinander verzahnten Ebenen:
- Datenerfassung
Sensoren erfassen kontinuierlich relevante Betriebs- und Umgebungsdaten wie Druck, Temperatur, Strom oder Energie. - Datenübertragung
Die erfassten Rohdaten werden über ein Netzwerk wie WLAN, Mobilfunk oder ein internes Firmennetzwerk an ein zentrales System gesendet. Dies kann ein Inhouse-Server oder auch eine Cloud-Lösung sein. - Datenanalyse
Eine Software wertet die gesammelten Rohdaten aus. Algorithmen im Programm vergleichen Soll- und Ist-Zustände, erkennen Abweichungen Überwachen Prozesse und identifizieren Optimierungspotenziale. - Datenanwendung
Die gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt, um Prozesse zu optimieren, Wartungsmaßnahmen frühzeitig einzuleiten, Energieverbräuche zu reduzieren oder Mitarbeiter automatisiert zu informieren.
Welche technischen Komponenten werden zur Einführung von IIoT benötigt?
IIoT-Lösungen erfordern verschiedene technische Bausteine, die nahtlos zusammenarbeiten müssen.
Geräte
Moderne Maschinen und Roboter sind oft schon vernetzungsfähig. Doch was ist mit Bestandsgeräten? Eine 20 Jahre alte Stanzmaschine kann ihren Platz im industriellen Internet der Dinge behalten, wenn sie mit entsprechender Hardware erweitert wird.
Sensoren
Sensoren sind die Sinnesorgane im Internet der Dinge für die Industrie. Sie wandeln physikalische Zustände in elektrische Signale um. Das können Temperatursensoren, Vibrationsmesser oder Durchflussmesser sein.
Netzwerktechnik
Die Daten müssen transportiert werden, unterbrechungsfrei und sicher. Bei einer drahtlosen Datenübertragung ist zu prüfen, ob Störsignale, Wände oder Gegenstände die Funkverbindung beeinträchtigen könnten. Eine robuste und redundante Lösung zahlt sich an dieser Stelle besonders aus.
Gateways
Die von Sensoren erfassten Rohdaten werden von Gateways aufbereitet und gebündelt an die Cloud oder den Server geschickt. Als Übertragungsstandard kommt neben 5G und WLAN auf großen Werksgeländen oft auch ein Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) zum Einsatz.
Apps und Dashboards
Damit Menschen auf die Daten zugreifen und sie interpretieren können, müssen sie per Software oder App über ein Dashboard nutzerfreundlich visualisiert werden. Dies gelingt mit Ampelsystemen für den Maschinenzustand, Diagrammen zum Energiemanagement oder eindeutigen Warnmeldungen. Alle Informationen sollten leicht verständlich sein und Standards folgen.
Schnittstellen
IT- und OT-Systeme unterscheiden sich grundlegend in ihrer Ausrichtung. Die Informationstechnologie (IT) verarbeitet Daten und Informationen, während die Betriebstechnologie (Operational Technology, OT) physische Maschinen und industrielle Prozesse steuert. Damit die dabei entstehenden Maschinendaten auch in kaufmännischen Systemen wie ERP-Anwendungen genutzt werden können, werden Integrationslösungen und standardisierte Schnittstellen (z. B. APIs) eingesetzt. So kann beispielsweise eine Verschleißmeldung einer Maschine automatisch an das ERP-System übermittelt werden, das daraufhin einen Wartungsauftrag oder die Beschaffung eines Ersatzteils anstoßt.
Welche Vorteile bringt das Internet of things für die Industrie?
Die Einführung von IIoT-Lösungen bietet Unternehmen eine Vielzahl konkreter Vorteile:
Vorausschauende Wartung
Anstatt Maschinen nach einem festen Zeitplan zu warten, überwachen Sensoren kontinuierlich deren Zustand. Drohende Ausfälle werden erkannt, bevor es zu teuren Produktionsstillständen kommt. Wartungen werden bedarfsweise durchgeführt.
Gesteigerte Betriebseffizienz und Produktivität
IIoT-Systeme optimieren automatisch Produktionsprozesse, reduzieren Stillstandszeiten und verbessern das Energiemanagement. Durch enge Einhaltung von Betriebsparametern wie beispielsweise Wärme und Drehzahl lassen sich Teile mit höherer Präzision und höherer Fertigungsqualität fertigen.
Kostensenkung und bessere Ressourcennutzung
Der Energieverbrauch wird in Echtzeit überwacht. Die Vergeudung von Ressourcen lässt sich schnell erkennen und der Verbrauch umgehend optimieren. Das senkt die Betriebskosten und trägt zum Erreichen von Nachhaltigkeitszielen nach ISO 50001 bei.
Verbesserte Sicherheit und Entscheidungsfindung
Sensoren können gefährliche Zustände wie Gaslecks oder Überhitzung frühzeitig erkennen. Die umfangreiche Datengrundlage ermöglicht es dem Management zudem, fundierte, datengetriebene Entscheidungen zu treffen, anstatt auf Vermutungen angewiesen zu sein.
Welche Anwendungsbeispiele gibt es für Industrie 4.0 und IoT?
Drei praxisnahe Beispiele aus dem Internet der Dinge für die Industrie:
Fazit
Das Industrial Internet of Things (IIoT) verbindet Maschinen, Sensoren und IT-Systeme zu einem intelligenten Netzwerk. Durch die Echtzeit-Erfassung und Analyse von Betriebsdaten lassen sich Produktionsprozesse optimieren, Ausfallzeiten reduzieren und Ressourcen effizienter nutzen. Unternehmen profitieren von höherer Transparenz, besserer Qualität und einer nachhaltigeren Produktion. Damit ist IIoT ein wichtiger Baustein der Industrie 4.0.
