Industrial Internet of Things

IIoT ebnet den Weg für die automatisierte Produktion

Von Daniela Hoffmann · 2018

Ein Mann hält ein Touchpad mit dem Abbild eines Roboterarmes neben diesen. Thema: Industrial Internet of Things
Die Abbildung und Steuerung von Robotern im virtuellen Raum wird immer detailreicher.

Das Denken in der Vernetzung ist der Schlüssel zu neuen Geschäftsmodellen. Neue digitale Technologien legen den Grundstein für die Automatisierung der Produktion. Jetzt hoffen die Unternehmen auf Basis des neuen 5G-Mobilfunks, ihre Infrastruktur weiter zu standardisieren.

Derzeit hat Deutschland gute Karten, sich beim Thema digitale Industrie und dem industriellen Internet der Dinge einen Spitzenplatz zu erarbeiten und so die verschlafene Internet-Revolution durch die digitale Transformation in der Industrie ein Stück weit wettzumachen. 

Während noch vor kurzem Digitalisierung gerade von vielen Mittelständlern als Utopie abgetan wurde, zeigen immer mehr Unternehmen mit Pilotprojekten, wo die Reise hingeht. Für die meisten beginnt das Nachdenken über Digitalisierung und neue Geschäftsmodelle mit dem bewussteren Sammeln der Maschinendaten und der Überlegung, welcher Nutzen sich daraus ziehen lässt. 

Ohne IIoT ist Automatisierung nicht denkbar

Mittlerweile gilt das Konzept der vorausschauenden Instandhaltung – Predictive Maintenance – als die Standardanwendung der Vernetzung schlechthin. Machine Learning und selbstlernende Algorithmen aus der künstlichen Intelligenz auf Basis neuronaler Netze haben die nächste Stufe der Datenverwertung eingeläutet. Jetzt steht neben dem Betrieb der Maschinen zudem im Fokus, wie sich die gesamte Fabrik in Echtzeit steuern lässt, Kapazitätsengpässe vermieden und im Problemfall die beste Lösung gefunden werden kann.

Das industrielle Internet der Dinge ist ein Schlüssel für die Realisierung all dieser Szenarien. Das zeigt sich nicht zuletzt in der Fertigung und der internen Logistik, in der zunehmend Leichtbauroboter zum Einsatz kommen, Regale ihren Füllstand melden und automatisiert Nachschub bestellen oder der Weg von Drohnen mit den Bewegungen in der Fabrik synchronisiert wird. 

Eine der entscheidenden Komponenten sind Sensoren, die messen, zählen, fühlen und tasten. Sie liefern die Informationen, mit deren Hilfe die Anwendungen die Maschinen überwachen. Die Aufgabe ist auf Grundlage dieser Daten, Wartungsintervalle zu berechnen, Stillstand zu reduzieren, die Qualität zu überwachen und Ausschuss zu vermeiden. 

In vielen neuen Maschinen ist die Sensorik eingebaut. Aber anscheinend ist das Interesse der Unternehmen im Moment größer, ihre alten Maschinen nachzurüsten. Denn die Neuanschaffung ist für viele Unternehmen schlicht zu teuer. Um trotzdem Marktanteile in einer automatisierten Welt zu gewinnen, ist es notwendig, bestehende Anlagen mit modernen Komponenten auszustatten und technologisch weiterzuentwickeln.

Möglich wird das durch IIoT in Verbindung mit Cloudtechnologie. Nicht nur die Produktion selbst verdichtet sich. Die Abbildung und Steuerung aller physischen Elemente im virtuellen Raum wird immer detailreicher und entwickelt sich hin zu cyberphysischen Systemen, die autark miteinander kommunizieren. Künftig, das zeigen schon erste Testläufe für Zukunftsfabriken, ändern sich auch die Fertigungskonzepte. 

Industrial Internet of Things: Es geht um Produkte, nicht um Maschinen

Dabei geht es weg von der universellen Fertigungslinie hin zu flexibel skalierbaren, modularen Fertigungsinseln. Auch die Logistik wird sich durch die Möglichkeiten, die Netzwerktechnologien bieten, massiv verändern. So könnte bald deutlich mehr Transparenz darüber herrschen, wo sich ein Material, Produkt, Container, Trailer oder Bahnwaggon befindet – ein Thema, bei dem in den meisten Unternehmen große Potentiale zu heben sind. Wenn dann noch mittels Massendatenauswertungen Wetter- und Verkehrsdaten sowie Tankfüllstände einbezogen werden, entsteht Transparenz über die gesamte Logistikkette.

Viele der neuen Geschäftsmodelle, die dem Kunden neue Funktionen und Services erschließen, hängen direkt mit IIoT zusammen. Sie basieren darauf, dass während seines Lebenszyklus konstanter Zugriff auf ein Produkt besteht, darauf Einfluss genommen und aus den Daten gelernt werden kann. 

Über IIoT-Plattformen und eigene Apps bestehen neue Möglichkeiten, Kunden zu binden. Dabei kann sich die Strategie auch komplett verschieben. So geht ein großer Druckmaschinen-Hersteller jetzt über das klassische Modell hinaus, seine Maschinen zu verkaufen. Stattdessen will man mit dem Kunden – also der Druckerei – künftig die Anzahl der bedruckten Bögen abrechnen. Um diesen Ansatz herum entsteht ein Ökosystem, in dem der Verkauf von Material wie Papier und Tinte zum neuen Geschäftsfeld wird. 

5G-Mobilfunk ersetzt Kabel

Schon jetzt zeichnet sich ab, dass das Internet der Dinge durch neue Übertragungstechnologien weiteren Schub erhalten wird. Die Pläne der Bundesnetzagentur für die Versteigerung der 5G-Mobilfunklizenzen im nächsten Jahr sehen vor, dass es lokale Lizenzen für Unternehmen geben wird, die an ihren Produktionsstandorten automatisierte Produktionen auf Basis von 5G realisieren wollen. 

Einige der großen Player haben schon angekündigt, direkt nach der Lizenzvergabe loszulegen. Mit seinen kurzen Latenzzeiten und hohen Verfügbarkeitsstandards ist 5G dazu geeignet, selbst bei sicherheitskritischen Anwendungen wie der Maschinensteuerung die bisher kabelgebundene Datenübertragungen abzulösen. 

Theoretisch hat auch die Politik verstanden, dass es um die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie geht. Aktuell scheint sie sich aber dem Argument der Netzbetreiber zu beugen, die 5G in der Fläche für zu teuer halten. Für die vielen mittelständischen Player im ländlichen Raum könnte das Wettbewerbsnachteile bringen. Ohne 5G wird eine drahtlose, sichere Kommunikation für Echtzeitanwendungen auf dem Shopfloor kaum möglich sein. Zugleich haben sich Länder wie China mit milliardenschweren Förderprogrammen der Automatisierung verschrieben. 

Technologien für mobile Datenübertragung

Also bringen die Techniker eine weitere Datenübertragungstechnologie ins Spiel. „Low Power Wide Area Networks“ – kurz LP WAN – könnten für eine deutlich schnellere Verbreitung von IIoT-Konzepten sorgen. Schon jetzt zeichnet sich ab, dass immer günstigere Sensoren ermöglichen, entscheidungskritische Messdaten, zum Beispiel zu Temperaturen, Schaltzuständen, Füllständen oder Schadstoffen, einzusammeln. 

Aus Kosten- und Platzgründen können solche Sensoren nicht über Mobilfunkkarten angebunden werden. Hier kommen LP WANs ins Spiel. Weil meist nur kleine Datenmengen übertragen werden, reichen geringe Bandbreiten im lizenzfreien Niedrigenergie-Frequenzbereich aus. Die Sensordaten werden in den Niedrigenergie-Netzen über Gateways mit Antennen eingesammelt, die mehrere Quadratkilometer abdecken können. Die Übertragung gilt als sicher, das Equipment kann bis zu 20 Jahre lang funken. Derzeit wird an der Standardisierung solcher Lösungen gearbeitet, um den Einstieg für Unternehmen zu
erleichtern.

Wussten Sie schon, dass …

der Begriff „Internet der Dinge“ ganz allgemein den Einsatz intelligenter Geräte beschreibt, die unsere Welt zunehmend durchdringen? Sie sind mit dem Internet verbunden, können Daten senden und empfangen. Erst im Zuge des Booms bei Unterhaltungselektronik sind diese Technologien auch für spezifische Anwendungen in der Industrie erschwinglich geworden. Hier galten die Geräte bisher als zu teuer. Oft haben sie nur eine Marke unterstützt. Die Industrie braucht aber mehr Komplexität, zum Beispiel für die Steuerung von Maschinenparks und die höheren Anforderungen an Ausfallsicherheit und Robustheit. Und natürlich spielt die Datensicherheit eine deutlich wichtigere Rolle als bei der privat genutzten Technik.

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