IIoT (Industrielles Internet der Dinge)
Was ist das IIoT?
Das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT) umfasst den Einsatz intelligenter Sensoren und Aktoren zur Verbesserung von Fertigungs- und Industrieprozessen. Das IIoT, das auch als industrielles Internet oder Industrie 4.0 bezeichnet wird, bedient sich der Leistung intelligenter Maschinen und der Echtzeitanalyse, um die Daten zu nutzen, die konventionelle Maschinen in industriellen Umgebungen seit Jahren produzieren.
Die Idee hinter IIoT ist, dass intelligente Maschinen nicht nur bei der Erfassung und Analyse von Daten in Echtzeit besser sind als Menschen, sondern auch bei der Kommunikation wichtiger Informationen, die für schnellere und genauere Geschäftsentscheidungen genutzt werden können.
Angeschlossene Sensoren und Aktoren ermöglichen es Unternehmen, Ineffizienzen und Probleme früher zu erkennen und neben der Unterstützung von Business-Intelligence-Systemen (BI) auch Zeit zu sparen. Speziell in der Fertigung birgt das industrielle Internet der Dinge ein großes Potenzial für die Qualitätskontrolle, nachhaltige und umweltfreundliche Verfahren, die Rückverfolgbarkeit der Lieferkette sowie deren Gesamteffizienz. In einem industriellen Umfeld ist IIoT der Schlüssel zu Prozessen wie Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung), einem verbesserten Außendienst, Energiemanagement und Asset Tracking.
Wie funktionert das IIoT?
Das IIoT ist ein Netzwerk von intelligenten Geräten, welche zu Systemen verbunden sind, die Daten überwachen, sammeln, austauschen und analysieren. Jedes industrielle IoT-Ökosystem besteht aus:
- intelligenten Geräten, die Informationen über sich selbst erfassen, kommunizieren und speichern können
- einer öffentlichen und/oder privaten Kommunikationsinfrastruktur
- Analytik und Anwendungen, die aus Rohdaten Geschäftsinformationen generieren
- Menschen
Edge-Geräte und intelligente Anlagen übermitteln Informationen direkt an die Datenkommunikationsinfrastruktur, wo sie in verwertbare Informationen über die Funktionsweise zum Beispiel einer bestimmten Maschine umgewandelt werden. Diese Informationen lassen sich dann für Predictive Maintenance sowie für die Optimierung von Geschäftsprozessen verwenden.
Was sind die Vorteile des IIoT?
Einer der meistgenannten Vorteile, die das industrielle Internet Unternehmen bietet, ist Predictive Maintenance. Dabei nutzen Unternehmen Echtzeitdaten, die von IIoT-Systemen generiert werden, um zum Beispiel Defekte an Maschinen vorherzusagen, bevor sie auftreten. So können sie Maßnahmen ergreifen, um diese Probleme zu beheben, bevor ein Teil oder eine Maschine ausfällt.
Ein weiterer Vorteil ist ein effizienterer Außendienst. IIoT-Technologien helfen den Außendiensttechnikern, potenzielle Störungen in den Geräten der Kunden zu erkennen, bevor sie sich zu größeren Problemen auswachsen. Techniker können sie so beheben, bevor sie den Kunden Unannehmlichkeiten bereiten. Diese Technologien können Außendiensttechniker auch mit Informationen darüber versorgen, welche Teile sie für eine Reparatur benötigen. Auf diese Weise hat der Techniker die benötigten Teile bei einem Serviceeinsatz dabei.
Die Verfolgung von Vermögenswerten (Asset Tracking) ist ein weiterer IIoT-Vorteil. Zulieferer, Hersteller und Kunden können Asset-Management-Systeme nutzen, um den Standort, den Status und den Zustand von Produkten in der gesamten Lieferkette zu verfolgen. Das System sendet sofortige Warnungen an die Beteiligten, wenn die Waren beschädigt sind oder Gefahr laufen, beschädigt zu werden. So haben sie die Möglichkeit, sofortige oder präventive Maßnahmen zur Behebung der Situation zu ergreifen.
IIoT schafft außerdem eine höhere Kundenzufriedenheit. Wenn die Produkte mit dem Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) verbunden sind, kann der Hersteller Daten darüber erfassen und analysieren, wie die Kunden ihre Produkte verwenden. Hersteller und Produktdesigner können so künftige IoT-Geräte maßschneidern und kundenorientiertere Produkt-Roadmaps erstellen.
Das IIoT verbessert auch das Facility Management. Da die Fertigungsanlagen anfällig für Verschleiß und bestimmte Bedingungen innerhalb einer Fabrik sind, können Sensoren Vibrationen, Temperatur und andere Faktoren überwachen, die zu nicht optimalen Betriebsbedingungen führen.
Ist das IIoT sicher?
Schon früh haben die Hersteller bei der Entwicklung von IoT-Geräten wenig Rücksicht auf die Sicherheit genommen, was zu dem Eindruck führte, dass IoT-Geräte von Natur aus unsicher sind. Angesichts der Ähnlichkeiten zwischen IoT- und IIoT-Geräten lohnt es sich, darüber nachzudenken, ob es sicher ist, IIoT-Geräte zu verwenden.
Wie bei jedem anderen vernetzten Produkt muss auch jedes IIoT-Gerät einzeln bewertet werden. Es ist durchaus möglich, dass das Gerät eines Herstellers sicher ist und das eines anderen nicht. Dennoch hat das Thema Sicherheit bei den Geräteherstellern eine höhere Priorität als je zuvor.
Im Jahr 2014 schlossen sich mehrere Technologieunternehmen zum Industrial Internet Consortium (IIC) zusammen. Obwohl das Hauptziel dieser Gruppe darin besteht, die Einführung des IIoT und damit zusammenhängender Technologien zu beschleunigen, hat das Thema Sicherheit Priorität. Dazu wurde eine eigene Arbeitsgruppe für Sicherheit gegründet. Zu den weiteren Arbeitsgruppen des IIC gehören Technologie, Liaison, Marketing, Industrie und digitale Transformation.
Was sind die Risiken und Herausforderungen des IIoT?
Die größten Risiken im Zusammenhang mit der IIoT-Nutzung liegen im Bereich der Sicherheit. Es ist nicht ungewöhnlich, dass IIoT-Geräte weiterhin Standardpasswörter verwenden, selbst nachdem sie in Betrieb genommen wurden. Ebenso übertragen viele IIoT-Geräte Daten im Klartext. Unter diesen Umständen wäre es für einen Angreifer relativ einfach, die von einem IIoT-Gerät kommenden Daten abzufangen. Ebenso könnte ein Angreifer ein unsicheres IIoT-Gerät übernehmen und es als Plattform für einen Angriff auf andere Netzwerkressourcen nutzen.
Die Sicherheit ist eine große Herausforderung für diejenigen, die für die IIoT-Geräte eines Unternehmens verantwortlich sind, aber das gilt auch für die Geräteverwaltung. Je mehr IIoT-Geräte ein Unternehmen einsetzt, desto wichtiger wird eine effektive Strategie für das Gerätemanagement. Insbesondere müssen Unternehmen in der Lage sein, IIoT-Geräte eindeutig zu identifizieren, um die Verwendung von Rogue-Geräten zu verhindern. Die Einrichtung einer Methode zur Identifizierung jedes einzelnen Geräts ist auch für Aufgaben wie den Austausch eines ausgefallenen Geräts oder die Durchführung einer Geräteaktualisierung entscheidend.
Das Patch-Management stellt eine weitere große Herausforderung für IIoT-Geräte dar. Es wird immer üblicher, dass Gerätehersteller regelmäßige Firmware-Updates herausgeben. Unternehmen müssen über ein effizientes Mittel verfügen, um zu überprüfen, ob auf den Geräten die neueste Firmware installiert ist, und um bei Bedarf ein aktuelle zu installieren. Außerdem muss sich ein solches Tool an den festgelegten Wartungsplan des Unternehmens halten, um den Betrieb nicht zu stören.
Was ist der Unterschied zwischen IoT und IIoT?
Obwohl das Internet der Dinge und das industrielle Internet der Dinge viele Technologien gemeinsam haben, darunter Cloud-Plattformen, Sensoren, Konnektivität, Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) und Datenanalyse, werden sie für unterschiedliche Zwecke genutzt.
IoT-Anwendungen verbinden Geräte über mehrere Branchen hinweg, darunter Landwirtschaft, Gesundheitswesen, Unternehmen, Verbraucher und Versorgungsunternehmen sowie Behörden und Städte. Zu den IoT-Geräten gehören intelligente Geräte (Smart Devices), Fitnessbänder und andere Anwendungen, die im Allgemeinen keine Notfallsituationen schaffen, wenn etwas schief geht.
IIoT-Anwendungen hingegen verbinden Maschinen und Geräte in Branchen wie der Öl- und Gasindustrie, Versorgungsunternehmen und der verarbeitenden Industrie. Systemausfälle und Ausfallzeiten bei IIoT-Einsätzen können zu riskanten oder sogar lebensbedrohlichen Situationen führen. IIoT-Anwendungen konzentrieren sich stärker auf Effizienzsteigerung und Verbesserung der Gesundheit oder Sicherheit als um den benutzerzentrierten Charakter von IoT-Anwendungen.
IIoT-Anwendungen und Beispiele
In einem realen IIoT-Einsatz mit intelligenter Robotik verwendet beispielsweise das Energie- und Automatisierungsunternehmen ABB angeschlossene Sensoren zur Überwachung des Wartungsbedarfs seiner Roboter, um Reparaturen zu veranlassen, bevor Teile kaputt gehen.
Airbus hat die sogenannte Fabrik der Zukunft ins Leben gerufen, eine digitale Fertigungsinitiative zur Rationalisierung der Betriebsabläufe und zur Steigerung der Produktion. Airbus hat Sensoren in Maschinen und Werkzeuge in der Fertigung integriert und seine Mitarbeiter mit tragbaren Technologien ausgestattet, zum Beispiel mit smarten Industriebrillen, um Fehler zu reduzieren und die Sicherheit am Arbeitsplatz zu erhöhen.
Fanuc setzt Sensoren in seiner Robotik zusammen mit Cloud-basierter Datenanalyse ein, um den bevorstehenden Ausfall von Komponenten in seinen Robotern vorherzusagen. Auf diese Weise kann der Betriebsleiter Wartungsarbeiten zu günstigen Zeiten planen, wodurch Kosten gesenkt und potenzielle Ausfallzeiten vermieden werden.
Magna Steyr, ein österreichischer Automobilhersteller, nutzt die Vorteile von IIoT, um seine Anlagen, einschließlich Werkzeuge und Fahrzeugteile, zu verfolgen und bei Bedarf automatisch mehr Bestand zu bestellen. Das Unternehmen testet auch intelligente Verpackungen, die mit Bluetooth erweitert werden, um Komponenten in seinen Lagern zu verfolgen.
IIoT-Anbieter
Es gibt eine Reihe von Anbietern mit IIoT-Plattformen, darunter
ABB Ability: Ein IIoT-Unternehmen, das sich auf Konnektivität, Software und maschinelle Intelligenz spezialisiert hat.
Cisco IoT System: Ein Netzwerkunternehmen, das Plattformen für Netzwerkkonnektivität, Konnektivitätsmanagement, Datenkontrolle und -austausch sowie Edge Computing anbietet.
Fanuc Field System: Ein Unternehmen, das eine Plattform für die Verbindung verschiedener Generationen, Marken und Modelle von industriellen IoT-Geräten entwickelt hat.
GE Predix: Eine Plattform für die Verbindung, Optimierung und Skalierung digitaler Industrieanwendungen.
Siemens MindSphere: Eine industrielle IoT-Lösung, die auf künstlicher Intelligenz (KI) und fortschrittlicher Analytik basiert.
IIoT und 5G
5G ist der aktuelle Standard für Mobilfunknetze. Er wurde speziell entwickelt, um hohe Datendurchsatzgeschwindigkeiten mit geringer Latenzzeit zu ermöglichen. 5G wird Download-Geschwindigkeiten von bis zu 20 GBit/s mit einer Latenzzeit von unter einer Millisekunde unterstützen.
Das Aufkommen von 5G wird sich wahrscheinlich in zweierlei Hinsicht auf die Nutzung von IIoT-Geräten auswirken. Erstens werden der hohe Durchsatz und die niedrige Latenz von 5G es den Geräten ermöglichen, Daten in Echtzeit auszutauschen. Bislang war dies nur möglich, wenn sich die Geräte in privaten Netzwerken mit Hochgeschwindigkeitsverbindungen befanden. Diese Echtzeit-Konnektivität wird Anwendungsfälle wie autonome Fahrzeuge und Smart Cities unterstützen.
Die andere Art und Weise, wie sich 5G auf die IIoT-Einführung auswirken wird, ist die wahrscheinliche Ausbreitung von Geräten. In industriellen Betrieben könnten Tausende von mit 5G verbundenen Geräten zum Einsatz kommen. Die hohe Geschwindigkeit und geringe Latenz von 5G bedeutet auch, dass IIoT-Geräte an abgelegenen Standorten eingesetzt werden, die bisher aufgrund fehlender Hochgeschwindigkeitsverbindungen nicht für IIoT-Anwendungen geeignet waren.
Was ist die Zukunft des IIoT?
Die Zukunft des IIoT ist eng mit einem Trend verbunden, der als Industrie 4.0 bekannt ist. Industrie 4.0 ist im Grunde genommen die vierte industrielle Revolution.
Industrie 1.0 war die erste industrielle Revolution und fand Ende des 17. Jahrhunderts statt, als Unternehmen begannen, wasser- oder dampfbetriebene Maschinen in der Fertigung einzusetzen.
Die Industrie 2.0 begann zu Beginn des 20. Jahrhunderts und wurde durch die Einführung von Elektrizität und Fließbändern ausgelöst.
Die Industrie 3.0 entstand in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts und war mit dem Einsatz von Computern im Fertigungsprozess verbunden.
Industrie 4.0 ist das, wo wir heute stehen. Industrie 4.0 basiert auf dem Einsatz von vernetzten elektronischen Systemen, insbesondere IIoT-Geräten.
Künftig werden IIoT-Geräte eine wichtige Rolle bei der digitalen Transformation spielen, insbesondere wenn Unternehmen versuchen, ihre Produktionslinien und Lieferketten zu digitalisieren. Darüber hinaus wird sich die Big-Data-Analytik weiterentwickeln und IIoT-Daten einbeziehen. Dies wird es den Unternehmen ermöglichen, veränderte Bedingungen in Echtzeit zu erkennen und entsprechend zu reagieren.
Obwohl es IIoT-Geräte schon seit einigen Jahren gibt, steckt die Einführung in der Praxis noch in den Kinderschuhen. Das wird sich mit Sicherheit ändern, wenn 5G sich immer mehr durchsetzt und immer mehr Unternehmen erkennen, was das IIoT für sie tun kann.
