IoT - Das Internet der Dinge:Die Interaktion von elektronischen Systemen untereinander

Das Internet der Dinge (IoT) ermöglicht die Interaktion von elektronischen Systemen untereinander (auch Maschine-zu-Maschine Kommunikation / M2M genannt) und mit dem Mensch auf der Grundlage von Vernetzung. Darin liegt der wesentliche Unterschied zu selbststeuernden Systemen. Diese Systeme kommunizieren nur mit sich selbst und führen logistische Prozesse aus. Das Internet der Dinge jedoch sammelt die Informationen eines oder mehrer elektronischer Systeme in einer Datenplattform, wo die Interaktion der Systeme untereinander (M2M) und mit dem Menschen stattfinden kann. Die Systeme sind auf diese Weise in der Lage, Aufgaben und Prozesse vollständig automatisiert umzusetzen.
Mit anderen Worten, die Systeme und der Mensch gehen ins Internet und chatten miteinander.

Die möglichen Anwendungsgebiete sind vielfältig. Sie reichen von der Industrie 4.0 (vernetzte Produktion), Logistik, Qualitätskontrolle, Gebäudemanagement, Verkaufssteuerung, Kundenbindung bis zu Smart Home, Predictive Maintenance (vorausschauende Instandhaltung), Flottenmanagement oder Smart Agriculture (Landwirtschaft).

Die Anatomie des IoT

Der Austausch von Daten ist die Basis des IoT. Sie werden auf unterschiedliche Art und Weise gewonnen. Hauptsächlich kommen Sensoren in Anwendung, die Messdaten aufnehmen und weiterleiten wie z.B. Temperatur oder Geräusche. Sie können ebenso Daten empfangen, wodurch beispielsweise Messparameter aus der Ferne geändert werden können.

Objekte, wie z.B. Postpakete, können über Strichcodes, 2D-Codes oder NFC Tags identifiziert werden. RFID Tags senden in Verbindung mit einem Lesegerät Informationen über Identität und Standort ihres Objekts.

Dank drahtloser Technologien können Sensoren und Tracker frei platziert werden. Der Datentransfer kann über Mobilfunk (z.B. bei Smartphones), LPWA (Technologien energiesparender, weitreichender Netzwerke wie LoRaWAN) oder Nahbereichsnetzwerke (z.B. Bluetooth) geschehen.

Die Daten gelangen auf diesem Wege zu einer IoT Plattform, die alle Daten der verschiedenen Systeme bündelt. Eine effiziente Möglichkeit die Daten zu speichern ist das Edge-Computing. Hier werden die Daten zunächst am Rande des Netzwerkes vorgespeichert und nach Relevanz sortiert. Nur die ausgefilterten, wichtigen Daten werden an die IoT Plattform (z.B. eine Cloud) weitergeleitet.

Nun kann die Analyse der Daten stattfinden und entsprechende Antworten ausgelöst werden. In der IoT Plattform findet also die Interaktion der elektronischen Systeme statt. Diese Antwort kann auch ein KI System geben, eine künstliche Intelligenz. KI’s können lernen und relativ eigenständig Probleme lösen. Mit jeder Aktion, jedem gelösten Problem, lernen sie dazu.

Industrie 4.0 – vernetzte Produktion

Die Vision von IoT in der Industrie (Industrie 4.0 oder IIoT) ist die Optimierung aller Produktionsphasen von der Idee, Entwicklung, Fertigung, Nutzung, Wartung bis zum Recycling. Eine Maschine könnte selbst wissen, welche Teile sie für ein Produkt benötigt, wieviel davon noch im Lager ist und im Bedarfsfall eigenständig nachbestellen. Produkte könnten flexibel auf individuelle Kundenwünsche oder die Marktentwicklung angepasst werden, wenn künftige Produktionsstraßen modular aufgebaut werden. Ändert der Mensch entsprechend den verfügbaren Modulen die Parameter, werden die Produktionsabläufe vom IoT System eigenständig geplant. Derzeit befindet sich die vernetzte Produktion noch am Anfang des Weges.

Industrie 4.0 – vorausschauende Instandhaltung

Zu den ersten IoT Anwendungen in der Praxis gehörte die Predictive Maintenance, die vorausschauende Instandhaltung. Mittels Sensoren wird kontinuierlich der Zustand von Maschinen und Anlagen überwacht. Die Daten werden über einen langen Zeitraum analysiert (Temperatur, Geräusche, Vibrationen) und das System erkennt, wenn etwas von der Norm abweicht. Zudem lernt das System aus den Daten vergangener Defekte. Aus diesen Informationen errechnet das System die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls. Somit werden Maschinenausfälle und Stillstand verhindert und Wartungsintervalle können nach dem tatsächlichen Zustand ausgerichtet werden, anstatt nach festgelegten Zyklen.

Dieses Verfahren findet nicht nur in der Industrie Anwendung. Die Schweizerische Bundesbahn arbeitet mit “smarten” Güterwaggons. Mittels Sensoren wird der Zustand der Waggons beobachtet und Instandhaltungsmaßnahmen geplant. Außerdem kann die Position der Waggons metergenau bestimmt werden. So weiß der Waggon, wann er am Ziel angekommen ist. Ebenso registriert er, ob während des Transports die Kühlkette eingehalten wurde oder merkt sich, wo und wie stark Erschütterungen stattgefunden haben, z.B. beim Rangieren.

Logistik mit IoT

Neben IoT Anwendungen in der vernetzten Produktion ist die Logistik ein weiterer starker Bereich. Tatsächlich hat die Logistik die meiste IoT Projekterfahrung.

Das Flottenmanagement ist am weitesten verbreitet. Eine Dispositionssoftware zeigt an, wo sich die mit Trackern ausgestatteten Fahrzeuge befinden. Der Disponent kann so flexibel Aufträge organisieren und Routen im Bedarfsfall an eine geänderte Situationen anpassen. Aufträge können mit der Software erfasst und verwaltet sowie Buchungen bearbeitet werden. Die Fahrer erhalten ihre Aufträge per App auf dem Smartphone und können sich zum Zielort navigieren lassen. Ebenso können sie durch die App über Auftragsänderungen informiert werden. Selbst Speditionen können damit ihre Lastwagen so dynamisch wie ein Taxiunternehmen organisieren.

Doch IoT fängt in der Logistik schon vorher an. Bei Amazon rangieren kleine Roboter selbsttätig ganze Regale zu den Mitarbeitern, die die Ware verpacken. Sie fahren auf abgesperrten Flächen und orientieren sich anhand von Positionsaufklebern.

Die PTS Logistics Group transportiert sperrige Anlagenteile, für die es keine fertigen Verpackungen gibt. Dafür nutzen sie die Datenbrille HoloLens von Microsoft. Die Brille kommuniziert mit entsprechender Software und kann über eine eingebaute Kamera die Maße eines Anlagenteils erfassen. In Echtzeit sieht der Träger eine Simulation der Verpackung. Außerdem kann er über die Brille Vorort Details manuell eingeben.

Marketingmaßnahmen mit IoT

Die Basis von Marktanalysen sind Daten. Mit IoT kann das Marketing mit mehr Daten zum Nutzerverhalten gefüttert werden, um Produkte und Services zu entwickeln, die der Kunde tatsächlich wünscht. Die Vernetzung ermöglicht zudem, in Verbindung mit einem Produkt entsprechende Serviceangebote zu verbinden wie z.B. automatisches Nachfüllen oder Wartung.

Über Smartphone Apps ist es möglich, die Kundenansprache zu erweitern. Sensoren erkennen z.B. an welchem Regal ein Kunde sich aufhält. Über eine App erhält der Kunde entsprechende Empfehlungen. Im Hamburger Flughafen findet dieses Prinzip Anwendung. Sensoren in den Geschäften erkennen einen App Nutzer beim Betreten. Der Kunde kann allein durch seine Anwesenheit in dem Geschäft Bonuspunkte sammeln und bekommt aktuelle Sonderangebote und Rabattaktionen angezeigt.