Die IoT-Story

Vom ersten “Thing” in den 80er-Jahren bis 27 Milliarden Geräte heute – der rasante Aufstieg einer Technologie, die die Welt verändert.

Das Internet der Dinge (IoT) ändert unser Leben. Im privaten Umfeld schon weit verbreitet erobert IoT nun auch industrielle Anwendungen – und das mit gutem Grund: Denn wir profitieren alle davon.

Das erste „Thing“ im Internet gab es bereits 1982: ein Getränkeautomat an der Carnegie-Mellon-Universität in Pittsburgh, der über seinen Füllstand und die Temperatur der Drinks in seinem Inneren berichtete. Damals noch ein Unikum, doch irgendwann in den Jahren 2008 oder 2009 war es soweit: Erstmals waren mehr Dinge mit dem Internet verbunden als Menschen auf der Erde leben. Seitdem hat das „Internet of Things“ (IoT) einen rasanten Aufstieg genommen – inzwischen sind weltweit rund 27 Milliarden Geräte mit dem Datennetz verbunden, beispielsweise Sensoren, Haushaltsgeräte, Maschinen, Windräder, Medizingeräte und Autos. Und es sollen noch viel mehr werden: 2020 dürfte die Zahl 30 Milliarden „Things“ überschreiten, und für 2025 werden 75 Milliarden prognostiziert. Dann kämen auf jeden Menschen auf der Erde fast zehn mit dem Internet verbundene Dinge. – auch der IoT-Markt explodiert förmlich, von schätzungsweise 248 Milliarden Dollar im Jahr 2020 auf rund 1,6 Billionen im Jahr 2025.

Daten sind wertvoll

Dass immer mehr Geräte ans Internet angeschlossen werden, hat einen guten Grund: Daten sind wertvoll. Die Roh-Daten – etwa von einem Kühlschrank, einem Auto oder einem Industrieventil – werden aufbereitet, dabei entstehen neue Informationen. Auf Basis dieser Informationen kann Wert geschaffen werden. Im Folgenden ein paar Beispiele für solche IoT Werte:

  • PRODUKT VERBESSERUNG: Etwa in der Lebensmittelindustrie. Wenn lückenlos überwacht werden kann, dass alle Rohstoffe hinsichtlich ihrer Haltbarkeit und chemischen Zusammensetzung einwandfrei sind, und die Temperatur, mit der die Nahrungsmittel verarbeitet werden, genau kontrolliert wird, dann werden Lebensmittel besser, sicherer und haltbarer.
  • WARTUNGSEFFIZIENZ: Ungeplante Ausfälle von Fabriken oder Transportsystemen sind teuer und gefährlich. Wenn die Betriebsdaten von Maschinen – zum Beispiel die Sensordaten einer Fabrikmaschine – kontinuierlich überwacht werden, dann kann die Anlage gewartet werden, sobald sich Auffälligkeiten in den Daten zeigen, lange bevor die Anlage ausfällt.
  • ABFALLVERMEIDUNG: Mit Echtzeitinformationen wie viele Ressourcen aktuell benötigt werden – etwa Elektrizität im Smart Grid, Gas in Gasleitungen oder irgendein Material in einer Fabrik – können die Ressourcen genauer dosiert und mögliche Lecks schneller entdeckt werden. Folglich entsteht kein oder weniger Abfall.
  • NACHHALTIGKEIT: Städte nutzen IoT um Daten über das Wetter und die Luftqualität zu sammeln. Wird die Luft schlechter, dann können sofort Maßnahmen ergriffen (z.B. kostenfreier öffentlicher Transport) und ihre Wirksamkeit überprüft werden.
  • ENERGIE SPAREN: Zum Beispiel Solarpanele auf einem Einkaufszentrum: Eine IoT-Lösung analysiert Energiebedarf, Preise und das Wetter und ermittelt die günstigste Lösung für den Strom: selbst verbrauchen, speichern oder verkaufen.
  • OPTIMIERTE FERTIGUNG: IoT spielt eine Schlüsselrolle in der Zukunft der Produktion. Der Begriff Industrie 4.0 steht für ein neues Paradigma der Produktion. Alle Teile der Liefer- und Produktionskette sind miteinander vernetzt. So wird die Produktion effizienter und die Hersteller können ihren Kunden auch neue Angebote machen, wie zum Beispiel personalisierte Produkte zu wettbewerbstauglichen Preisen.
  • DISRUPTIVE GESCHÄFTSIDEEN: Völlig neue Geschäftsmodelle werden möglich, etwa “Pay per Use” oder “As a Service” anstatt, wie bisher, nur Maschinen zu verkaufen.

 

IoT und KI

In den gewaltigen Datenmengen, die das IoT liefert, sind oft wertvollen Informationen versteckt, die mit einfachen Analysetechniken – wie etwa Statistiken – nicht gefunden werden können. Künstlicher Intelligenz (KI)  hingegen ist bei solchen Aufgaben im Allgemeinen sehr erfolgreich.  Sie kann beispielsweise selbstständig Muster in den Messwerten aus der Produktion erkennen und so den Fertigungsprozess immer weiter verbessern. Künstliche Intelligenz trägt so wesentlich dazu bei, dass das IoT so erfolgreich ist. Umgekehrt ist das Internet der Dinge aber auch ein Treiber für die weitere KI-Entwicklung: Für das Training neuronaler Netze braucht man große Datenmengen, die bis vor kurzem oft gar nicht zur Verfügung standen. Mit dem IoT hat sich das geändert – denn die vernetzten Dinge liefern immer mehr Daten, mit denen sich KI-Algorithmen entwickeln, verbessern und trainieren lassen.

 

Cloud und Edge

Das Zusammenspiel von Edge Computing und Cloud Computing ist in der Industrie inzwischen zum Standard geworden, zum Beispiel wenn mit IoT-Daten oder KI-Modellen gearbeitet wird. Cloud Computing heißt: Die Datenverarbeitung findet in einer Cloud statt – also auf Speicherplatz und Prozessoren, die typischerweise von einem Rechenzentrum angeboten werden, das irgendwo auf der Welt liegen kann. Cloud Computing ist ideal, um große Datenmengen zu speichern und zu verarbeiten, etwa um KI-Modelle zu trainieren. Die Cloud ist über das Internet mit den Datenquellen im Feld verbunden.

Von Edge Computing spricht man, wenn die Felddaten nicht direkt in die Cloud übertragen werden, sondern wenn sogenannten Edge Devices – Rechner, die physikalisch dicht bei den Datenerzeugern liegen – diese Rohdaten aufbereiten (z.B. analysieren) und nur die relevanten Ergebnisse an die Cloud übermitteln. Der Ansatz spart teure Datenübertragung zur Cloud, ermöglicht Echtzeitdienste und führt zu mehr Datensicherheit und Zuverlässigkeit. Für Edge Computing eignen sich ausgewählte Industrie PCs oder auch andere Geräte mit freien Kapazitäten wie Netzwerk-Switches, Controller oder Feldgeräte.

Futter für Digitale Zwillinge

Digitale Zwillinge, also virtuelle Abbilder von Komponenten, sind ein wichtiger Bestandteil des industriellen IoT-Konzepts. Ein digitaler Zwilling bildet alle Funktionalitäten und die Datenübertragung eines Geräts oder technischen Systems nach und kann über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes eingesetzt werden: Während der Design- und Entwicklungsphase beinhaltet er etwa die physikalischen Eigenschaften eines Geräts, wie CAD Zeichnungen oder Beschreibungen der Funktionalität. In der Produktionsphase wird er ergänzt mit Informationen zur Produktion und zum Produkt selbst, etwa Qualitäts-Metriken. Und in der Betriebs- und Wartungsphase protokolliert der digitale Zwilling alle wichtigen Ereignisse, wie zum Beispiel kritische Sensorwerte, aufgetretene Fehler und Wartungsmaßnahmen. Das IoT hat dabei die Aufgabe, alle diese Daten an die Digitalen Zwillinge zu übertragen und sie so aktuell zu halten.

Der Treiber 5 G

Einen großen Schub für das Internet der Dinge soll das Mobilfunknetz der nächsten Generation bringen. Mit 5G lassen sich beispielsweise Sensoren kostengünstig und ohne großen Energieverbrauch ans Internet anbinden. Insbesondere auch wegen seiner kurzen Antwortzeiten ist 5G  wertvoll für viele industrielle Anwendungen. Bisher sind die Geräte meist entweder über Kabel oder bereits etablierte Funkstandards wie WiFi, Bluetooth oder ZigBee ans Netz angeschlossen, die jedoch nicht die gleiche Servicequalität bieten können.

 

 

„Cyberrisiken zu ignorieren könnte das Geschäft vernichten“

Das größte Risiko für das Internet of Things sind wohl Spione und Cyberattacken.  Denn jeder vernetzte Sensor oder ans Internet angeschlossene Kühlschrank lässt sich theoretisch als Einfallstor in ein Netzwerk missbrauchen. Hochsensible Daten könnten so gelöscht oder verändert werden, die Folgen wären mitunter katastrophal.   Siemens sieht täglich im Umgang mit seinen Kunden, wie sehr sie das Thema umtreibt. Natalia Oropeza, Chief Cybersecurity Officer bei Siemens bringt das wirtschaftliche Risiko auf den Punkt: „Cyberrisiken zu ignorieren, könnte das Geschäft vernichten“, Um diese ständige Bedrohung bestmöglich beherrschen zu können, hat Siemens einen ganzheitlichen Ansatz für Cybersicherheit entwickelt

Christian Buck, Chris Winkler - Jan 2020

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