Smart produzieren mit dem Industrial Internet of Things (IIoT)

Das Industrial Internet of Things (IIoT) verändert die Art und Weise, wie Unternehmen in der Industrie produzieren. Es revolutioniert die Fertigung, die Wartung und den Betrieb von Anlagen, indem es intelligente, vernetzte Sensoren und Aktoren in industriellen Umgebungen integriert und dadurch eine umfassende Datenanalyse ermöglicht. Dieser Artikel untersucht die Grundlagen des IIoT und zeigt, wie es bereits heute die Industrie in vielerlei Hinsicht verändert.

» Hagen Wagner, Redakteur Industrieanzeiger

Inhalt:

1. IIot und Industrie 4.0
2. Funktionsweisen und Anwendungen
3. Neue Revolution, neue Vorteile
4. Herausforderungen
5. Fazit

IIot und Industrie 4.0

Um sich dem IIoT zu nähern, ist es notwendig, zunächst das IoT (Internet of Things) zu betrachten. Das IoT steht für eine vernetzte Welt intelligenter bzw. „smarter“ Geräte wie Smartphones oder Thermostate, die den Alltag durch Informations- und Kommunikationstechnologien erleichtern und komfortabler gestalten sollen. Ein Beispiel hierfür ist das Smart Home, das unter anderem Temperatur und Helligkeit automatisiert regelt. Aber auch Anwendungen wie die Sendungssverfolgung über das Internet, bei der der Empfänger den Transportprozess seiner Bestellung beobachten kann – Usus bei mittlerweile eigentlich allen großen Paketdienstleistern und Essenslieferdiensten.

Stehen nicht private, sondern industrielle Anwendungen und Prozesse, Fabriken, Energieerzeugung und Transport im Vordergrund, spricht man vom Industrial Internet of Things (IIoT). Der Einzug digital vernetzter Maschinen und Geräte in die Produktionshallen, wird als die vierte industrielle Revolution bezeichnet. Kleiner Exkurs: Zur ersten industriellen Revolution kam es 1784 mit der Erfindung der Dampfmaschine. Die zweite folgte 1870 mit der Einführung des Fließbandes und die dritte knapp 100 Jahre später mit dem Einsatz von Computern und IT zur Automatisierung der Produktion bzw. der Erfindung des Mikrochips im Jahr 1969.

Funktionsweisen und Anwendungen

Das IIoT verbindet Geräte und Anlagen in einem Netzwerk zu einem System, das die übertragenen Daten sammelt, speichert und analysiert. IIoT-Technologien bieten aufgrund ihrer Fähigkeit, Bedingungen vor Ort in Echtzeit zu überwachen und darüber Bericht zu erstatten, ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere in Verbindung mit KI-gestützter Analyse, automatisierten Prozessen und einem ERP-System. Ressourcen und Informationen werden geteilt und gemeinsam genutzt. Mit der zunehmenden Vernetzung, steigt auch die Menge der möglichen Anwendungen und der verarbeiteten Daten. Skalierbarkeit ist daher eine elementare Anforderung an IIoT-Anwendungen und deren Wettbewerbsfähigkeit. Hier ein Überblick über die Funktionen und Technologien eines IIoT-Netzwerks:

• Sensoren: Sensoren an Maschinen und Anlagen erfassen Informationen wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Vibrationen und vieles mehr. Neue Maschinen sind in der Regel bereits mit Sensoren ausgestattet, aber auch analoge Anlagen können mit IoT-Gateway-Geräten wie Kameras und Messgeräten nachgerüstet werden. Auf diese Weise können Umgebungsbedingungen wie die Nähe zu anderen Objekten, Luftdruck oder Luftfeuchtigkeit, aber auch Motordrehzahl, Flüssigkeitsstand und andere mechanische Werte erfasst werden. All diese Informationen können dann lokal verarbeitet werden, um in Echtzeit über Aktionen zu informieren, oder zur weiteren Analyse über die Cloud an ein zentrales System übertragen werden.
• Konnektivität und 5G: In IIoT-Netzwerken werden große Datenmengen erzeugt, und das Senden und Empfangen dieser Daten in Echtzeit erfordert eine entsprechende Kapazität. In der Regel wurde dies durch die Leistungsfähigkeit der WiFi-Konnektivität ermöglicht. Mit dem Aufkommen von 5G und anderen Fortschritten im Bereich der Mobilfunknetze spielt jedoch schon eine andere Zukunftsmusik: Die Bandbreite, die für die Verwaltung großer Datensätze erforderlich ist, steigt, während die Latenzzeiten und der Energieverbrauch sinken. Dies bietet das Potenzial, eine größere Anzahl von Geräten zu unterstützen, die Signale schneller senden und empfangen können. Das Ergebnis ist eine effizientere Datenverarbeitung.
• Datenanalyse, Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen: Die gesammelten Daten werden in Echtzeit analysiert. Fortschrittliche Analysealgorithmen und künstliche Intelligenz (KI) werden eingesetzt, um Muster zu erkennen, Anomalien zu identifizieren und Prognosen zu erstellen. KI und Technologien des maschinellen Lernens ermöglichen es Daten durch fortschrittliche Analysen zu verarbeiten. Moderne Datenbanken und Algorithmen verwalten verschiedene Datensätze sowie unstrukturierte und komplexe Informationen und helfen sie sinnvoll zu nutzen. So können IIoT-Daten in nahezu unbegrenzten Kombinationen mit anderen Dateneinblicken wie Kundenfeedback, Marketinganalysen und mehr analysiert werden. Durch das kontinuierliche Lernen von Systemen und die stetige Verbesserung der Datensätze können Unternehmen immer ausgefeiltere Erkenntnisse gewinnen, um wettbewerbsfähig zu bleiben, Kosten zu optimieren und die Bedürfnisse der Kunden zu erfüllen.
• Aktionen und Entscheidungen: Basierend auf den Analyseergebnissen können automatisierte Aktionen ausgelöst oder Empfehlungen für menschliche Entscheidungsträger bereitgestellt werden. Dies kann die Effizienz steigern, Ausfallzeiten reduzieren und die Sicherheit erhöhen.
• Cloud und Edge Computing: Diese beiden Technologien haben die Anwenderfreundlichkeit und die Flexibilität des IIoT stark verbessert. IIoT-Netzwerke können über die Cloud Rechenleistung und Speicherkapazität nutzen. Anlagen und Geräte können innerhalb dieses Netzwerks große und komplexe Datensätze sammeln und übertragen. Beim Edge Computing werden Systeme verwendet, die die anfallenden Daten vor Ort verarbeiten, analysieren und bereitstellen. Diese physische Nähe zum Netzwerk trägt dazu bei, Latenzen und Verzögerungen zu reduzieren. Für tiefere Analysen können diese Daten dann beispielsweise an das zentrale, KI-gestützte System gesendet werden.

Neue Revolution, neue Vorteile

Der Einsatz von IIoT-Systemen und die Vernetzung von Geräten und Maschinen in der Produktion, die miteinander kommunizieren, Leistungsdaten kontinuierlich überwachen, verknüpfen und umfassend analysieren, bietet Unternehmen innovative Möglichkeiten strategische Maßnahmen einzuleiten. Sie bekommen Echtzeiteinblicke in das, was funktioniert und was nicht, und können Prognosen treffen, wann Probleme auftreten könnten. Hier die grundlegenden Vorteile im Überblick:

• Effizienzsteigerung: Die Echtzeitüberwachung von Anlagen und Maschinen optimiert Produktionsprozesse, senkt den Energieverbrauch und steigert die Gesamteffizienz.
• Predictive Maintenance: Die frühzeitige Erkennung von Ausfällen und Wartungsbedarf führt zu weniger Stillstandzeiten und niedrigeren Instandhaltungskosten. Mittelfristig führt das auch zu „gesünderen“ Maschinen und Anlagen, denn laut McKinsey verkürzt die vorausschauende Wartung die Lebensdauer um 20 bis 40 Prozent.

• Remote Monitoring: Remote Monitoring ermöglicht standortübergreifende Benchmark-Vergleiche um die Verfügbarkeit zu maximieren und die Prozesse sowohl im Werk als auch im Außendienst zu optimieren. Die Daten sind wertvoll für Vertrieb und Technik, um Vertriebs-, Forschungs- und Entwicklungsstrategien zu verbessern.

• Qualitätskontrolle: Die kontinuierliche Überwachung von Produktionsprozessen ermöglicht eine bessere Qualitätskontrolle und reduziert den Ausschuss.
• Datenbasierte Entscheidungsfindung: Die umfangreiche, auf Echtzeitdaten basierte Datenanalyse ermöglicht fundiertere Entscheidungen als dies ohne IIoT möglich wäre.
• Konnektivität: Innerhalb des Unternehmens werden mehr Informationen ausgetauscht. In Folge wird weniger „aneinander vorbei gearbeitet“ und das Unternehmen wird robuster durch bessere Geschäftsentscheidungen.

• Sicherheit: Mit Sensoren ausgestattete IIoT-Arbeitsschutzgeräte tragen zur Schaffung sicherer Arbeitsumgebungen bei, indem sie vor unerwarteten Risiken oder wiederkehrenden Belastungen warnen, Gefahren frühzeitig erkennen und Maßnahmen zur Vermeidung von Unfällen ergreifen.

• Besserer Kundenservice: IIoT-Netzwerke integrieren auch Kundenerfahrungen und -daten, was zu einem verbesserten Einkaufserlebnis führt. Präferenzen und Kundenfeedback können so in die Entwicklung neuer Produkte einfließen.
• Lieferkettenoptimierung: Eine kontinuierliche Datenerfassung entlang der Lieferkette ermöglicht Einblicke in Lagerbestände, den Standort von Produkten und die Produktionskapazitäten. Engpässe und ineffiziente Prozesse können so identifizieren und behoben werden.

Herausforderungen

Neben den vielen Vorteilen, die das IIoT bietet, bringt es auch einige Herausforderungen mit sich:

• Cybersicherheit: Die Vernetzung von Industrieanlagen kann Sicherheitsrisiken mit sich bringen, da sie anfällig für Cyberangriffe sein können. Die Sicherheit der IIoT-Infrastruktur ist daher von entscheidender Bedeutung.
• Datenintegrität und Datenschutz: Die Erfassung und Analyse großer Datenmengen wirft Fragen zur Datenintegrität und des Datenschutzes auf. Unternehmen müssen sicherstellen, dass die Daten korrekt und geschützt sind.
• Kompatibilität: Unterschiedliche Standards und Protokolle in der Industrie können die nahtlose Integration von IIoT-Systemen erschweren. In der Industrie zeichnet sich daher ein Trend zu herstellerübergreifender Offenheit bei den Schnittstellen und der Software ab.
• Kosten: Die Einführung von IIoT-Systemen erfordert Investitionen in Hardware, Software und Schulungen, was für einige Unternehmen eine finanzielle Herausforderung darstellen kann.

Fazit

Das industrielle Internet der Dinge verändert die Arbeitsprozesse von Industrieunternehmen, indem es Daten, Konnektivität und Analysen in den Fokus rückt. Es bietet zahlreiche Möglichkeiten, die Effizienz zu steigern, die Qualität zu verbessern und Erhöhung der Sicherheit. Allerdings müssen Unternehmen sorgfältig die Herausforderungen im Zusammenhang mit Sicherheit, Datenschutz und Kosten angehen, um die Vorteile des IIoT voll auszuschöpfen. Insgesamt wird das IIoT voraussichtlich die Industrie in den kommenden Jahren grundlegend verändern und die Innovationen vorantreiben.