Die 5 Ebenen des Industrial Internet of Things verstehen und nutzen

Das Internet der Dinge

Begriffe wie Internet of Things (IoT), Digitalisierung und Industrie 4.0 sind in aller Munde. 

Die Vernetzung von alltäglichen Dingen wie Fernsehern, Smartphones und ganzen Häusern unter dem Begriff Smart Home ist allgegenwärtig. Genauso können wir als Konsument von neuen Dienstleistungen und Geschäftsmodellen, wie beispielsweise Netflix, Spotify, Google Maps, Apple Pay oder Amazon profitieren und bauen diese selbstverständlich in unseren Alltag mit ein.

Neben diesem, bereits alltäglich gewordenen Bereich des IoT, versuchen immer mehr Unternehmen einen Mehrwert aus der Vernetzung von Maschinen untereinander, aus der Vernetzung von Mensch und Maschine und aus der Digitalisierung verschiedenster Produktions- und Verwaltungsprozesse zu erlangen. Aus diesem Bestreben ist der Begriff Industrial Internet of Things (IIoT) entstanden. 

Heute ist bereits ein Großteil moderner Werkzeuge mit der benötigten Sensorik ausgestattet und auch für die Nachrüstung von bestehenden Anlagen gibt es eine Vielzahl an Lösungen. 

Die Herausforderung

So richtig smart sind viele Produktionsanlagen, Administrationsprozesse und Supply Chains aber deshalb (noch) nicht. Aufträge und Lieferscheine werden im Papierformat durch den Geschäftsprozess gereicht, handschriftlich ergänzt und die gewonnenen Informationen manuell in unterschiedliche Systeme eingepflegt. 

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Besonders kleinen und mittleren Unternehmen fällt es oftmals schwer, den IIoT-Prozess zu starten und eine langfristige Strategie für diese Thematik zu entwickeln. Laut der Studie „Internet of Things 2018“  der International Data Group sieht ein Großteil der Unternehmen anders gelagerte Prioritäten oder keinen Mehrwert für den Einsatz von Technologien des IIoT. Als weitere Punkte werden ein Mangel an unternehmensinternem Know-How und fehlende Ideen für Geschäftsmodelle in Bezug auf die Entwicklung des IIoT genannt. Dabei ist jetzt der richtige Zeitpunkt für einen Beginn des IIoT Prozesses. Die Technik bietet die notwendigen Voraussetzungen und gleichzeitig ist die Gelegenheit günstig, sich einen Vorsprung zum Wettbewerb zu sichern. 

Der Lösungsansatz

Um diesen Unsicherheiten entgegenzuwirken, ist es empfehlenswert, mit kleinen und einfachen Anwendungsfällen zu starten. Beim Aufbau eines IIoT Systems gilt es fünf typische Ebenen zu betrachten:

Abb. 1: Die 5 Phasen des IoT

1. Maschinen & Produkte

Auf der ersten Ebene steht der Betrachtungsgegenstand der IIoT – Infrastruktur. Dies können einzelne Maschinen oder ganze Anlagen sein. Diese sind mit Sensoren ausgestattet, welche die relevanten Prozessdaten erfassen. Bei der Einführung eines IIoT – Systems ist es erforderlich zu definieren, welche Daten mit welcher Häufigkeit erfasst werden sollen.

2. Konnektivität

Die erfassten Sensordaten werden an ein Modul übergeben, das als Schnittstelle (Gateway) zwischen der lokalen Produktion (On-Premise) und der IIoT Plattform (Cloud) fungiert. Es besteht sowohl die Möglichkeit einer vorgelagerten Datenverarbeitung (Edge Computing), als auch die Möglichkeit, die Daten zu verschlüsseln.

3. IIoT – Plattform

Die IIoT Plattform verbindet die angeschlossenen Datenquellen miteinander und macht sie für die weiterführende Verarbeitung verfügbar. Damit bildet sie die zentrale Schnittstelle in der IIoT Infrastruktur. Die IIoT Plattform kann, je nach Anwendungsfall, von Unternehmen eigenständig aufgesetzt werden. Häufig bietet es sich an, eine der vielfältigen, am Markt verfügbaren, Plattformen zu wählen. Dabei ist es im Vorfeld notwendig, alle Anforderungen in Bezug auf Sicherheit, Compliance, Funktionalität, Skalierbarkeit und Schnittstellenoffenheit zu Datenquellen und Applikationen der Plattform zu definieren. Hat man so die eigenen Anforderungen im Blick, fällt es leichter sich bei der Vielzahl der Angebote (>500) zu orientieren und eine begründete Auswahl zu treffen.

4. Integration & Analyse

Ist auf den Ebenen eins bis drei ein funktionsfähiges Grundgerüst geschaffen, wird auf der vierten Ebene der eigentliche Mehrwert des IIoT geschaffen. Aus den verknüpften Daten gilt es hier Informationen zu gewinnen, welche das Unternehmen voranbringen. Die einfachste Form hiervon ist die Visualisierung der Produktions- und Geschäftsprozesse. Durch übersichtliche Dashboards und KPIs lassen sich so neue Erkenntnisse über die Prozesse erschließen und Fehler kommunizieren. Dabei kann es zum Beispiel eigene Darstellungen für den Produktionsleiter, der eine Produktionslinie überwacht, und für die Geschäftsführung, die mehrere Standorte verantworten, geben. In einem nächsten Schritt lassen sich aus den Daten automatisierte Meldungen erstellen, die beispielsweise beim Überschreiten einer Temperaturgrenze ausgelöst werden. Entwickelt man das System weiter, lassen sich aus diesen Meldungen automatisierte Steuerungsbefehle generieren und (Teil-)Prozesse werden automatisiert gesteuert. Schließlich ist es möglich, die Daten mit Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens zu verarbeiten und so nicht nur selbststeuernde, sondern selbstlernende Systeme zu entwickeln, die sich selbstständig optimieren.

Je nach Anwendungsfall können vorgefertigte Funktionen der IIoT – Plattform genutzt werden oder eigene Applikationen entwickelt werden. Der Bereich der Datenvisualisierung ist heute bereits fortgeschritten und kann relativ einfach genutzt werden, da viele IIoT Plattformen diese Möglichkeit beinhalten. So werden für das Unternehmen Quick Wins erzielt, bevor es an die Implementierung individueller Lösungen geht. Im Bereich der selbststeuernden Systeme gibt es weniger voll entwickelte Anwendungen, die benötigten Tools sind aber vorhanden, sodass sich in diesem Bereich besondere Wettbewerbsvorteile erzeugen lassen.

5. Geschäftsstrategie

Durch die erfassten Daten und Informationen ist es zu Beginn der Reise leichter, sich darauf zu konzentrieren die vorhandenen Prozesse zu optimieren. Mit fortschreitender Erfahrung und wachsendem Know-How ist das IIoT ein Thema, welches die gesamte Geschäftsstrategie eines Unternehmens beeinflusst. Die neue Transparenz kann dazu dienen, nicht nur das eigene Unternehmen, sondern die gesamte Supply Chain zu verändern und auf Grundlage der Daten neue Geschäftsmodelle zu entwickeln.

Sicherheit

Es ist von höchster Bedeutung, als Unternehmen die alleinige Verfügungsgewalt über unternehmensinterne Daten und die daraus abgeleiteten Analysen zu behalten. Deshalb kann der Punkt Sicherheit nicht als zusätzliche Ebene betrachtet werden, sondern ist zwingend in allen Ebenen zu implementieren. Bei allen Designentscheidungen der IIoT Infrastruktur ist zu prüfen, ob die gewünschten Sicherheitsstandards eingehalten werden. Zusätzlich ist es erforderlich, später auftretende oder entdeckte Sicherheitslücken umgehend zu schließen. Aus diesem Grund sollte der Aufwand, der für die Implementierung und Aufrechterhaltung der benötigten Standards erforderlich ist von vornherein berücksichtigt werden.

Fazit

Sich mit den beschriebenen Ebenen des IIoT zu beschäftigen ist ein guter Startpunkt. Hierzu fasst Abbildung 2 mögliche Folgeschritte zusammen. 

KMUs dürfen nicht vor den Herausforderungen zurückschrecken, die mit einem Start im IIoT verbunden sind. 

Externe Firmen, wie die SWMS Consulting können dabei helfen, sinnvolle Anwendungsfälle zu identifizieren und bei der Umsetzung dieser helfen. Auch eine Zusammenarbeit mit Supply Chain Partnern oder die Schaffung von Forschungsprojekten ist eine gute Möglichkeit zu starten. 

Abb.2: Beispielhafter IoT-Einführungsprozess

Oft werden „IIoT-Projekte“ geschaffen, wobei es zu beachten gilt, dass diese nicht als Projekte, sondern als Prozess betrachtet werden, da eine konsequente Umsetzung Folgeprojekte und eine stetige Weiterentwicklung erfordert. Diese schaffen die Notwendigkeit von Investitionen, die aber sowohl kurzfristige, als auch langfristige Wettbewerbsvorteile und Gewinnmöglichkeiten eröffnen.

In den folgenden Blockbeiträgen möchten wir bestimmte Themen zum IIoT vertiefen, Erfahrungsberichte, Anwendungsfälle und Trends mit Ihnen teilen und im Detail betrachten. 

Titelbildnachweis: https://pixabay.com/photos/businessman-tablet-control-city-3210932/ [bearbeitet]