IIot » Industrial Internet of Things
Der Schlüssel zur datengetriebenen Industrietransformation
Veröffentlicht: 18.01.2023 | Lesedauer: 8 Minuten
Die Abkürzung IIoT steht für Industrial Internet of Things und bezeichnet die industrielle Variante des Internets der Dinge. Dabei werden Maschinendaten ausgewertet und miteinander verknüpft. Das Ziel: Die Produktion soll effizienter werden.
Das IIoT gilt als Grundlage für die Vernetzung und Interkonnektivität in der Industrie – und damit als Schlüsselfaktor in der digitalen Transformation. Auf den Punkt gebracht geht es um Datenverfügbarkeit.
Deshalb gilt IIoT auch als eine der zentralen Komponenten in der Industrie 4.0: der intelligenten Vernetzung von Maschinen und Abläufen über industrielle Kommunikationskanäle. Das Ziel der 4. industriellen Revolution: die Verzahnung von Produktion mit Informations- und Kommunikationstechnologie für die Ära der intelligenten Maschinen.
Unser Ratgeber ist ein Leitfaden für alle, die planen, ihre Produktion smart zu vernetzen und auf der Grundlage von Daten zu optimieren. Sie erfahren, was mit dem industriellen Internet of Things für Ihr Unternehmen bereits heute möglich ist.
Das industrielle Internet der Dinge kann als Erweiterung des Internets verstanden werden. In dieser Funktion bildet es das Herzstück der Digitalisierungsstrategien für die Industrie. Die Einführung des industriellen Dinge-Internets als Teil von Industrie 4.0 hat die Art und Weise, wie Unternehmen Daten nutzen und analysieren, weitgehend revolutioniert.
IIoT-Lösungen verschweißen Anlagen, Systeme, Daten und Software zu cyber-physischen Systemen. Um die Idee des IIoT zu verstehen, hilft ein Blick auf das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT): Das Internet of Things beschreibt die Vernetzung von intelligenten Geräten, die normalerweise autonom arbeiten. Durch IoT entsteht ein Netzwerk physischer Geräte, die über Sensoren, Aktoren und Software mit dem Internet gekoppelt sind.
Bekannte Beispiele für IoT-Technologien im Bereich Smart Home sind Lampen, Heizkörperthermostate, Sicherheitskameras oder Bewässerungsautomaten im Garten, die über eine App auf dem Smartphone online gesteuert werden. Jedes Objekt kann zu einem IoT-Gerät werden, wenn es in der Lage ist, sich mit dem Internet zu verbinden und Informationen zu übermitteln.
Die Industrieversion des IoT folgt denselben Prinzipien, allerdings in industrieller Ausprägung und im industriellen Umfeld. Ein Beispiel dafür sind die IIoT-Sensoren einer Etikettiermaschine innerhalb einer Flaschenabfüllanlage. Sie übermitteln nach dem Bekleben einer Flasche die tatsächliche Position des Etiketts auf dem Flaschenkorpus und liefern außerdem Informationen über Flaschen, die nicht ordnungsgemäß etikettiert wurden oder bei denen der Aufkleber nicht vollständig anhaftet. Orts- und Zeitstempel helfen, die Daten automatisiert zu verarbeiten. Im Beispiel könnte eine angeschlossene Maschine Flaschen in B-Sortierung separieren, gesondert verpacken – dann könnte der Gabelstapler die Einheit statt ins Zentrallager in das Lager für den Fabrikverkauf transportieren.
Der wegweisende Vorteil von IIoT-Lösungen für die Industrie besteht darin, dass nun neue Daten zur Verfügung stehen, auf die bislang kein Zugriff bestand. Diese Daten ermöglichen es Unternehmen, gesichertere Entscheidungen zu treffen.
Fabrikautomatisierung durch industrielles Internet der Dinge, IIoT-Geräte und Industrie 4.0 basiert auf einer überschaubaren Zahl an Technologiekomponenten. Hier ein Überblick, was genau zur Infrastruktur gehört:
- Vernetzte Geräte und Maschinen
- Sensoren und Datenlogger, die Erkenntnisse an Interaktionspunkten sammeln
- Konnektivität über Netzwerke, 5G und Cloud
- Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation
- Machine-to-People (M2P) Kommunikation
- Künstliche Intelligenz (KI), Machine Learning (ML) und Big Data
In Industrieunternehmen sind Produktionsanlagen die Basis von Wertschöpfungsprozessen. In den Industrieanlagen und Fertigungsbetrieben der Vergangenheit waren die Flexibilität und Transparenz aufgrund veralteter Prozesse und fehlender Daten häufig eingeschränkt. Unternehmen wussten zwar, wo sich Rohstoffe, Ersatzteile, Verladeroboter und Transportfahrzeuge grundsätzlich befanden und wie viele davon prinzipiell vorhanden waren. Aber Echtzeitinformationen fehlten – etwa, an welchem Standort ein Gabelstapler momentan fährt, wie voll seine Akkuzellen noch sind und welches Gabel-Frontend aktuell montiert ist.
Heute liefert IIoT diese und viele weitere Informationen digital mit Standort- und Zeitstempel in hoher Datenqualität und hoher Taktung. Die automatisch erfassten Maschinendaten fließen bei Industrie 4.0-Lösungen in den digitalen Fertigungsprozess ein. Dadurch erhalten Beschäftigte in der Betriebsleitung, im Anlagenmanagement oder der Qualitätskontrolle präzise Live-Einblicke in die Abläufe und den Zustand ihrer Systeme und Systemkomponenten. Durch industrielles IoT entsteht so ein 360-Grad-Blick auf das große Ganze. Er hilft, notwendige Entscheidungen zu treffen, um Fehler zu vermeiden, Zeit zu sparen und Prozesse zu optimieren.
Manufacturing Execution Systeme (MES) kümmern sich um die Aufbereitung, Verarbeitung und Interpretation der Maschinen- und Sensorinformationen. Die gewonnenen Echtzeitdaten fließen im Idealfall auch in Unternehmensanwendungen für das Enterprise Resource Planning (ERP), Business Analytics und Workflow Management ein. Dort unterstützen sie das Management etwa bei smarten Analysen und der strategischen Planung, bei der Definition von Unternehmenszielen und bei der Verschlankung von Vertriebs- und Logistikprozessen. Neben einer Optimierung von Workflows und der Sicherung der Verfügbarkeit geht es auch um die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle.
Digitalisierung und die Digitale Transformation gelten gemeinhin als Schlüssel, um zentrale Unternehmensziele zu erreichen, etwa Umsatz und Ertrag zu steigern. Durch die Vernetzung von Systemen und Devices sowie durch die Gewinnung von Daten können Unternehmen Prozesse insgesamt effizienter machen, agiler handeln und im Wettbewerb bestehen. Höhere Effizienz entsteht durch automatisierte Arbeitsabläufe. Diese entlasten Mitarbeitende, die sich fortan auf Aufgaben konzentrieren können, von denen das Unternehmen langfristig profitiert.
Die Steigerung der Innovationsfähigkeit ist ein weiteres Ziel von IIoT-Projekten. Der Zugriff auf die über IIoT-Prozesse gewonnenen Daten und deren Verarbeitung hilft Unternehmen in Zeiten der Industrie 4.0, resilient zu werden. Darüber hinaus bilden IIoT-Geräte die Grundlage, um ein digitales Abbild der Datenflüsse und aller für das IoT relevanten Komponenten zu erstellen: den digitalen Zwilling.
Das Industrial Internet of Things hilft Unternehmen, ganzheitliche Daten- und Analytics-Strategien zu definieren. Dank Interkonnektivität können Geräte, Maschinen, Produktionsanlagen, Gebäudetechnik etc. Daten untereinander und auch über Systemgrenzen hinweg austauschen. Die Vernetzung beschränkt sich also nicht auf ein Unternehmen, einen bestimmten Maschinenhersteller oder einen Systemtyp.
Durch die Möglichkeit eines breiten digitalen Datenabgleichs, können sich Systeme abstimmen, Vorgänge präzise und ereignisgestützt steuern und jederzeit dynamisch auf Vorkommnisse reagieren. Entscheidungen basieren somit auf digitalen Fakten und nicht mehr auf bloßen Annahmen oder passiven Daten, die erst eingelesen, konvertiert oder gar von Menschenhand bereitgestellt werden müssen.
Eine höhere Anlagenverfügbarkeit durch vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) ist ein weiterer Vorzug von IoT in industriellen Prozessen. Die Wartung und Instandhaltung von Industrieanlagen ist zeit- und kostenintensiv. Wann und wie schnell Bauteile verschleißen, hängt von der Einsatzzeit und Belastung im Fertigungsprozess sowie der Betriebszeit der Anlage ab. Auch Umgebungsfaktoren wie Temperatur und Schmutzbelastung wirken sich auf die Wartungsfrequenz und den Umfang der Instandhaltung aus.
Die Folge: Um einen Ausfall von Werkzeugen und Maschinen zu vermeiden, werden Bauteile nach dem Wartungsplan des Herstellers oft losgelöst vom tatsächlichen Verschleiß ausgetauscht. Dabei besitzen die Komponenten häufig noch eine ausreichende Restlebensdauer.
Mit Predictive Maintenance verabschieden sich Unternehmen von einer Wartung strikt nach festen Intervallen, Kalender oder Betriebsstunden. Das Live-Monitoring von Maschinenzuständen sorgt für eine bedarfs- und damit kostenoptimierte Wartung und Reparatur von Anlagen. Die vorausschauende Instandhaltung durch IoT hilft, ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden und den Anlagen-ROI zu erhöhen.
Wie genau funktioniert Predictive Maintenance? Um eine ordnungsgemäße Funktion von Maschinen sicherzustellen, werden verschleißbehaftete Bauteile mit intelligenten Sensoren ausgestattet. Sie überwachen den Zustand der Komponenten und liefern rund um die Uhr Messdaten. Ihre Auswertung stellt sicher, dass technische Probleme erkannt werden, bevor sie auftreten.
Abweichungen der Ist-Werte von den Soll-Vorgaben weisen auf bevorstehende Ausfälle hin. Künstliche Intelligenz analysiert die Schwankungen außerhalb der zulässigen Parameter und gibt Handlungsvorschläge für die proaktive Durchführung von Wartungen.
Zu den Service-Empfehlungen gehören beispielsweise das Bestellen von Ersatzteilen und die Entsendung eines Wartungstechnikers.
Auch bei der Digitalisierung der Lieferketten profitieren Betriebe von den Vorzügen des Internets of Things.
IIoT-Systeme machen den Supply Chain widerstandsfähiger und wirtschaftlicher, weil sie die Geschwindigkeit und Skalierbarkeit erhöhen und für Transparenz sorgen.
Voraussetzung dafür: Unternehmen vernetzen ihre Fertigung einheitlich. Eingebunden werden sollten Lager, Vertriebszentren, Förder- und Transportanlagen, Verpackungssysteme, Sendungsverfolgung über GPS und so weiter. IIoT-Anwendungen helfen Unternehmen im Rahmen des Supply Chain Managements, ihre Lieferkettenprozesse in Echtzeit zu überwachen, zu optimieren und nachzuverfolgen. Dadurch straffen sie die Produktion insgesamt und steigern die betriebliche Effizienz.
IIoT-fähige Geräte und Systeme können Daten an andere Systeme und Geräte übermitteln und von diesen empfangen. Dazu sind die Komponenten mit entsprechenden Sensoren und Aktoren ausgestattet. Die Vernetzung und der Datenaustausch erfolgen entweder über eine lokale Infrastruktur, Datentunnel oder über die Cloud.
IoT-Protokolle steuern die Kommunikation zwischen IIoT-Assets, Diensten und Anwendungen.
Über standardisierte Protokolle wie das offene OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) oder MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) und teilweise über hersteller- oder sensorspezifische Protokolle finden die Daten ihren Weg: Vom Sensor oder Gerät, das die Daten liefert, zum Ort der Auswertung und weiter zur Steuerung von Prozessen.
Je komplexer IIoT-Projekte werden, desto wichtiger ist es, dass die Protokolle und Standards zusammenpassen.
Für die Vereinheitlichung der Kommunikation und des Datenaustauschs gibt es IIoT-Gateways. Darüber lassen sich Daten und Geräte zuverlässig und sicher lokal und via Cloud verwalten. Die Gateways sorgen für eine geräteübergreifende, nahtlose und sichere Bereitstellung der relevanten Datenströme. Damit schlagen die IIoT-Gateways eine Brücke zwischen den unterschiedlichen Kommunikationsnetzen, Protokollen und der Software, die Daten verarbeitet.
Die Anbindung der Operational Technology (OT) über das industrielle Internet an das digitale Ökosystem von Unternehmen ist unter Sicherheitsgesichtspunkten eine komplexe Aufgabe. Schließlich ist die Sicherheit von Anlagen gegenüber externen Angriffen bei vernetzten Systemen generell eine große Herausforderung. Durch die Interkonnektivität von Maschinen und der intelligenten Abstimmung untereinander ergeben sich in der Theorie neue Angriffspunkte für Attacken. Je mehr Systeme in eine IIoT-Plattform eingebunden sind, desto wichtiger ist ein umfassendes Sicherheitskonzept als Bestandteil von IIoT-Projekten. Security by Design sollte daher eine zentrale Rolle bei der Planung und Umsetzung IIoT-Plattformen einnehmen.