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Das Internet der Dinge

IoT, Industrie 4.0 und IIoT

Erfahren Sie in diesem Artikel, wie Sie mit IoT, Industrie 4.0 und IIoT die Skalierbarkeit, Konnektivität und Effizienz Ihrer Produktion verbessern können

Wie IoT, Industrie 4.0 und IIoT zusammenhängen

Das Internet der Dinge (IoT – Internet of Things) ist eigentlich ein ziemlich einfaches Konzept. Es bedeutet, alle physischen Orte und Dinge auf der Welt zu nehmen und sie mit dem Internet zu verbinden. Das Industrial IoT (IIoT – Industrial Internet of Things) ist die Anwendung des IoT in der Industrie, z. B. in der Prozessindustrie, Fertigungsindustrie, Öl- und Gasindustrie. Mit dem technologischen Wandel zu Industrie 4.0 haben sich vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten aufgetan. Mit dem IIoT wurde die IoT-Technologie für die Industrie weiterentwickelt und angepasst. IIoT verbindet so die Begriffe IoT und Industrie 4.0 direkt.

1. Was ist IoT?

IoT beschreibt das Konzept, wie Alltagsgegenstände das Internet nutzen, um über Sensoren, Mikrochips, Software oder Datenspeicher mit einer „Zentrale“ zu kommunizieren. Diese Verknüpfung von intelligenten Objekten (Smart-Objects) verbindet die physische Welt mit der digitalen Welt.

Ein gutes Beispiel für die Nutzung des „Internet der Dinge“ sind „Wearables“ wie z.B. Fitnessarmbänder. Sie messen Ihren Puls oder Blutdruck oder zeichnen Ihre Schrittanzahl auf und übermitteln diese Informationen an Apps auf Ihrem Smartphone. So können Sie Ihr persönliches Fitnessziel visualisieren. Ein weiteres Beispiel für das IoT sind vernetzte Geräte und Anwendungen im Bereich „Smart Home“. Hier kann ihr privater Ressourcenverbrauch intelligent verwaltet werden. So können z.B. Lampen automatisch abgeschaltet werden, wenn Sie das Haus verlassen und Stromzählerstände automatisch an den Versorger übertragen werden (Smart Metering). Noch ein sinnvolles Beispiel ist das selbstständige Herunterregeln der Heizung, basierend auf dem aktuellen Klima vor Ort. Weitere bekannte Anwendungen sind die Sprachassistenten Amazon Alexa oder Google Home. „Connected Cars“ können automatisch einen Werkstatttermin für Sie buchen, wenn bei Ihrem Fahrzeug die nächste Inspektion fällig ist oder Ihr Tesla ein Systemupdate bekommen soll.

Das IoT kann sicher als digitale Revolution bezeichnet werden, die Ihnen im privaten Bereich das Leben leichter und bequemer macht.

2. Industrie 4.0

In der Industrie 4.0 geht es um die Optimierung von Produktionsprozessen durch die vollständige Vernetzung und Kommunikation der Systeme in der Produktion untereinander, auch unter Zuhilfenahme des Internets. Im Zentrum steht die digitalisierte Smart Factory, also eine „intelligente“ Fertigungsstätte. Hier finden sich intelligente Maschinen, Sensoren und Steuerungssysteme, die enorme Datenmengen (Big Data) produzieren, untereinander austauschen und verarbeiten, sowie die Arbeitsabläufe selbsttätig steuern und optimieren können.

3. Was ist IIoT?

Das IIoT verbindet diese beiden Bereiche IoT und Industrie 4.0 miteinander. Während IoT seinen Schwerpunkt in der privaten Nutzung hat, wird IIoT ausschließlich für industrielle Zwecke, wie z.B. der Überwachung und Optimierung von Fertigungs- und Lieferketten verwendet. IIoT setzt zudem sensiblere und präzisere Sensoren für die angeschlossenen Geräte und Maschinen ein und muss wesentlich größere Datenmengen verwalten können. Eine einzelne maschinelle Komponente kann mehr als 500 Gigabyte Daten pro Tag für Big Data, Cloud Computing und weitere notwendige Computeranforderungen generieren.

IIoT befasst sich mit der Konnektivität der industriellen Produktion. Hier werden die Maschinen, Sensoren und Softwaresysteme miteinander verknüpft, um den Geschäftsbetrieb zu optimieren.

IIoT hat zu Innovationen wie z.B. der digitalen Smart Factory und von Prognose-Technologien geführt. In den intelligenten Fabriken werden oft Sensoren eingesetzt, die den Verschleiß von Produktionsmaschinen überwachen. Diese Daten werden an Systeme geliefert, die nun Wartungsintervalle oder den Austausch von Teilen vorhersagen können (siehe Use Case „Vorausschauende Wartung“). So werden Produktionsausfälle durch einen Defekt aktiv vermieden.

4. IIoT-Use Cases

Das IIoT hat seine Vielseitigkeit bereits mit Anwendungsfällen in unterschiedlichsten Unternehmen bewiesen. Sie zeigen Dutzende verschiedener Anwendungsfälle auf. Die Anwendungsfälle für das Industrielle Internet der Dinge werden in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Nachfolgend haben wir drei wichtige industriellen IoT-Anwendungsfälle von heute zusammengestellt.

4.1 Use Case: Vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance)

Die Instandhaltung von Industrieanlagen birgt das Potenzial, anfallende Betriebskosten erheblich zu senken und so den Unternehmen hohe Kosten einzusparen. Durch den Einsatz von Sensoren an Fertigungsmaschinen können z.B. erhöhte Energieverbräuche, schlechtere Effizienzen oder auch Maschinenbewegungen wie Schwingen o.ä. erfasst werden.

IoT-IIoT_Vorausschauende Wartung_Predictive Maintenance_Kepware OPC UA Server KEPServerEX

Mit der Analyse der so angefallenen Daten, kann in fast allen betreffenden Branchen festgestellt werden, wann ein Gerät auszufallen droht. Diese IIoT-fähigen Systeme können

  • Warnzeichen erkennen
  • Daten zur Erstellung von Wartungszeitplänen bereitstellen
  • Geräte vorsorglich zur Wartung einplanen, bevor Probleme oder Ausfälle auftreten

Durch die Nutzung von Echtzeitdaten der Sensoren und Geräte zur schnellen Bewertung eines aktuellen Zustands, zur Erkennung von Warnzeichen, zur Ausgabe von Warnungen und zur automatischen Veranlassung geeigneter Wartungsprozesse, wird die Wartung und Pflege von Fertigungsanlagen durch das IIoT zu einer dynamischen, schnellen und vollautomatisierten Aufgabe.

Das verspricht Kosteneinsparungen gegenüber einer routinemäßigen oder regelmäßigen vorbeugenden Wartung. Aufgaben werden dank IIoT nur dann ausgeführt, wenn sie tatsächlich erforderlich sind.

Der größte Vorteil der vorausschauenden Wartung ist, dass die richtigen Informationen genau zur richtigen Zeit bereitgestellt werden. So ist klar ersichtlich, welche Anlagen wann genau gewartet werden müssen.

Sämtliche Wartungsarbeiten können besser geplant werden und die Anlagen und die Mitarbeiter bleiben produktiv. Zudem kann von einer längeren Lebensdauer der Anlagen und einer höheren Anlagensicherheit ausgegangen werden.

4.2 Use Case: Anlagenverfolgung (Asset Tracking)

Das Ziel von Asset-Tracking ist es, einem Industrieunternehmen die Möglichkeit zu geben, seine Anlagen zu lokalisieren und zu überwachen. Dies geschieht entlang der gesamten Lieferkette (z.B. Rohstoffe, Endprodukte und Container). Das Ziel ist mit IIoT-Techniken die Logistik zu optimieren, eigene Lagerbestände vorauszuplanen und aufrechtzuerhalten sowie um Qualitätssicherung zu betreiben.

IoT-IIoT_Anlagenverfolgung_Asset Tracking_Kepware OPC UA Server KEPServerEX

Branchen, die in hohem Maße auf eine Anlagenverfolgung angewiesen sind, setzen z.B. mobile Anlagen wie spezielle Baumaschinen oder Systeme zur Energieerzeugung und -gewinnung ein. Aber auch aus der Seeschifffahrt ist die Anlagenverfolgung nicht mehr wegzudenken. Im großen Maßstab helfen hier Sensoren dabei, die Position eines Schiffes auf See zu verfolgen und Informationen zu Status und Temperatur einzelner Frachtcontainer zu liefern. Diese Echtzeit-Überwachung der konstanten Temperaturen von Kühlcontainern liefert die passenden Kontrolldaten, damit verderbliche Waren frisch bleiben. Jeder Kühlcontainer ist mit Temperatursensoren, einer Verarbeitungseinheit und einem mobilen Sender ausgestattet. Wenn die Kühlung von einem vorgegebenen Soll-Wert abweicht, kann eine Benachrichtigung erfolgen und notwendige Justierungen oder sogar Reparaturen können umgehend vorgenommen werden.

4.3 Use Case: Intelligente Zähler (Smart Metering)

Immer mehr internetfähige Geräte ziehen in Privathaushalte ein. Dazu gehören beispielsweise IoT-Geräte um den Energie-, Wasser- oder Erdgasverbrauch eines Gebäudes oder Hauses zu messen. Aber auch viele „Smart Factories“ nutzen neben den Versorgungsunternehmen das „Smart Metering“ im IIoT-Bereich für die Ressourcenplanung.

IoT-IIoT_Intelligente Zähler_Smart Metering_Kepware OPC UA Server KEPServerEX

Herkömmliche Zähler messen nur einen Gesamtverbrauch, während intelligente Zähler aufzeichnen, wann und wieviel wo von einer Ressource verbraucht wird. So können intelligente Zähler eingesetzt werden, um Verbräuche zu überwachen und beispielsweise Kosten je nach Tages- und Jahreszeit anzupassen. Intelligente Zähler haben den Vorteil, dass sie schnellere Interaktionen zulassen und mehr Kontrolle über den anfallenden Energieverbrauch geben. So können Kosten eingespart werden und der Kohlenstoffausstoß wird reduziert.

Intelligente Zähler machen den Energieverbrauch bis zum Endgerät sichtbar. So können Energieverteilungen optimiert und Maßnahmen zur Verlagerung von Bedarfslasten ergriffen werden.

5. Fazit

Wie Sie sehen können, kann das erweiterte Internet der Dinge als IIoT die Skalierbarkeit, Konnektivität und Effizienz in vielfältigen Bereichen deutlich verbessern. Industrieunternehmen profitieren bereits durch Zeit- und Kosteneinsparungen aufgrund vorausschauender Wartung, verbesserter Sicherheit und anderer betrieblicher Effizienz vom IIoT. In Zukunft wird IIoT auch unser Leben als Verbraucher immer mehr beeinflussen, weil das effiziente Management der gesamten Wertschöpfungs- und Lieferkette ermöglicht wird.

Das Potenzial dieser Technologie ist gewaltig. Wir können uns jedoch nur vorstellen, wie sich IIoT weiterentwickeln könnte, wenn wir die Art und Weise definieren, wie wir im Laufe der nächsten 20 Jahre leben wollen. Deshalb ist es für Branchenführer unerlässlich zu ergründen, wie IIoT die Branche neu erfinden wird. Dies ist besonders wichtig in unserem Zeitalter von Big Data. Immer mehr vernetzte Geräte führen zu einer ständigen Anhäufung komplexer Daten. Unternehmen werden aufgrund dieser Datenflut bald keine andere Alternative haben, als sich auf „Systeme künstlicher Intelligenz“ zu verlassen, um diese wichtigen Informationen dann zu verarbeiten und zu analysieren.

Technische Umsetzung von IIoT mit bewährter Industrie-Software

Im IIoT geht es also um intelligente vernetzte Operationen, Netzwerkgeräteprotokolle und -anwendungen. Das IIoT teilt die Verbindung dieser Daten mit jedem und überall und wandelt diese Daten dann in umsetzbare Informationen um, die verwendet werden können, um bestimmte Geschäftsentscheidungen zu treffen. Ein Zugriff auf diese industriellen Steuerungsdaten in Echtzeit kann mit dem KEPServerEX und dem IoT Gateway für verschiedenste Anwendungen bereitgestellt werden. Diese Anwendungen können Big-Data-Quellen wie Noob sein, die sich auf Microsoft Azure, IBMs Bluemix-Plattform oder Amazon AWS befinden, aber auch ein einfacher Webbrowser, der von lokalen Anbietern gehostet wird.

Durch diese Maschinendatenerfassung kann eine Maschine schnell in eine IoT-Plattform integriert werden und das Konzept des digitalen Zwillings für die Maschine realisiert werden, der virtuell den gleichen Zustand hat, wie das reale Objekt. Das wichtigste Kommunikationsprotokoll für diese digitale Anbindung ist OPC bzw. OPC UA. Als OPC Client-Software unterstützt der OPC Router direkt den Aufbau des IIoT und die Verbindung mit der Industrie 4.0 Kommunikation.

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