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Industrial Internet of Things

Was bedeutet "Industrial Internet of Things" (IIoT)?

Der Begriff Industrial Internet of Things (kurz: IIoT) steht für den umfangreichen Einsatz intelligenter, internetbasierter Technologie in industriellen Anwendungen. Dabei gibt es viele Gemeinsamkeiten mit dem aus dem Konsumentenbereich bekannten Internet of Things. Vom Industrial Internet of Things wird häufig auch im Zusammenhang mit der sogenannten Industrie 4.0 gesprochen. Während Industrie 4.0 jedoch eher allgemein für die Digitalisierung und Vernetzung in der Industrie steht, ist das Industrial Internet of Things eine wesentliche technische Grundlage für die Umsetzung in der Praxis.

Das Grundgerüst im Industrial Internet of Things besteht aus einer Vielzahl von Sensoren, Aktoren, Algorithmen und Anwendungen. Während die Sensoren verschiedenste Daten aus der industriellen Umgebung in Echtzeit erfassen, leiten Algorithmen daraus neue Informationen und Entscheidungen ab. Über Aktoren, also elektromechanische Stellglieder, kann das System wiederum die Umgebungsbedingungen gezielt beeinflussen. Dank der Verwendung von internetbasierter Technologie kann die Verarbeitung, Analyse und Weiterverwendung der Daten im Industrial Internet of Things prinzipiell ortsunabhängig erfolgen.

Obwohl Vorläufer der Technologie wie die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) schon seit mehreren Jahrzehnten existieren, hat sich das Industrial Internet of Things erst seit der Jahrtausendwende entwickelt. Wesentliche Voraussetzungen dafür waren die zunehmende Verfügbarkeit preiswerter Cloud-Technologie und Fortschritte in den Bereichen Big Data und Künstliche Intelligenz. Auch die Entwicklung leistungsfähigerer Protokolle und Kommunikationsstandards war ein wichtiger Treiber.

Aufbau und Funktionsweise

Das Industrial Internet of Things basiert auf der Kombination vieler technischer Komponenten. Die wichtigsten davon sind Sensoren zur Datenerfassung, Hardware und Software zur Sammlung, Verdichtung und Verarbeitung der Daten und die Technik für die Datenübertragung.

Die Daten für das Industrial Internet of Things liefern zahlreiche Sensoren, welche verschiedenste Parameter messen. Das umfasst nicht nur einfache Messwerte wie die Temperatur, den Druck oder die Drehzahl von Bauteilen, sondern auch optische und akustische Signale und viele weitere Werte. In der Regel sammelt zunächst ein sogenanntes Gateway die Daten der verschiedenen Sensoren. Diese Hardwarekomponente kann meist auch auf typische Industriesysteme wie den Feldbus oder die SPS zugreifen. Oft übernimmt sie auch die Funktion eines Edge-Rechners, der die Rohdaten für die weitere Verarbeitung aufbereitet.

Der wesentliche Teil der Datenanalyse und -verarbeitung findet jedoch in der Regel auf einer IIoT-Plattform in der Cloud statt. Das ist eine Sammlung von Software-Diensten, die speziell auf den Umgang mit großen Mengen industrieller Daten ausgerichtet ist. Dazu gehören etwa Dienste für die Bereinigung, Aggregation und Speicherung der Daten und für die Verwaltung der Sensoren. Ein wichtiger Bestandteil sind außerdem Algorithmen für die Datenanalyse sowie Logiken und Regelwerke als Grundlage datenbasierter Entscheidungen.
Die Plattform stellt die Ergebnisse der Datenverarbeitung in unterschiedlicher Form für verschiedenste Anwendungen und Nutzer bereit. Das reicht von Reports über Warnmeldungen beim Überschreiten von Schwellwerten bis hin zu detaillierten Vorhersagen über zukünftige Ereignisse. Außerdem kann die Plattform über Aktoren auch unmittelbar in die Steuerung der Industrieprozesse eingreifen.
Bei der Übertragung von Daten zwischen Sensoren, Aktoren und der Cloud kommen viele verschiedene Kommunikationswege zum Einsatz. Das reicht vom WLAN über Mobilfunkstandards wie LTE oder 5G bis hin zum klassischen Ethernet.

Anwendungsbereiche und Branchen

Mit Hilfe der Technologie einer IIoT-Plattform kann die Produktivität in z.B. produzierenden Unternehmen gesteigert werden.

Mit Hilfe der Technologie einer IIoT-Plattform kann die Produktivität in z.B. produzierenden Unternehmen gesteigert werden.

Mit diesem universell einsetzbaren technischen Aufbau sind die Anwendungsmöglichkeiten für das Industrial Internet of Things äußerst vielfältig. Von der Fertigung über Transport und Logistik bis hin zur Landwirtschaft erstrecken sie sich über zahlreiche Branchen. In der Fertigungsindustrie lassen sich mit der Technologie beispielsweise Produktionsstraßen überwachen. Das dient nicht nur der Qualitätskontrolle, sondern auch der Optimierung der Produktionsprozesse. In Maschinen verbaute Sensoren können zusammen mit den Algorithmen einer IIoT-Plattform bevorstehende Ausfälle von Bauteilen oft frühzeitig erkennen. So lassen sich Reparatur- und Ausfallkosten reduzieren. Auch Betreiber von abgelegenen Bohrinseln oder Windkraftanlagen nutzen IIoT-Plattformen, um ihre Anlagen aus der Ferne im Blick zu behalten. In der Logistik und in der Bauindustrie überwachen Firmen mit dem Industrial Internet of Things die Position und den Status ihrer Fahrzeuge und Maschinen. So liefern die Plattformen dort etwa Informationen zum technischen Zustand von Fahrzeugen, zum Kraftstoff- oder Energieverbrauch, zur Temperatur im Kühlraum eines Lkw oder zu den Betriebsstunden einer Baumaschine. Ein großes Anwendungsfeld für das Industrial Internet of Things ist auch die Infrastruktur. Hier kann die Auswertung von Sensoren bei der Optimierung von Verkehrsflüssen oder bei der Auslastung von Parkflächen helfen. Weitere Einsatzgebiete sind die intelligente Steuerung der Straßenbeleuchtung oder das Management der Energieversorgung. Auch in der Landwirtschaft hat die Technologie mittlerweile viele traditionelle Prozesse verändert. So steuern etwa Sensoren und Aktoren die Bewässerung und Düngung auf der Basis von Boden-, Wetter- und Erfahrungsdaten. Ebenso kann der Gesundheitszustand oder die Position von Tieren überwacht werden.

Potenziale und Herausforderungen

Die Anwendungsbeispiele zeigen bereits die vielen Potenziale, die das Industrial Internet of Things Unternehmen eröffnet. Durch den gezielten Einsatz der Technologie können sie oft gleichzeitig Kosten sparen und ihre Prozesse und Produkte optimieren. So wird dank der Technologie die Überwachung von Gegenständen und Umweltbedingungen aller Art einfacher und günstiger. Entfernungen spielen dabei kaum noch eine Rolle.

Die vielfältigen Daten aus dem Produktionsprozess stehen in Echtzeit zur Verfügung und ermöglichen so schnelle und zielgerichtete Entscheidungen. Sie liefern etwa Hinweise zur Anpassung der Produktion oder zu anstehenden Wartungen. Schließlich können auch Betriebsmittel und -stoffe wie Fahrzeuge, Maschinen, Strom und Wasser effizienter eingesetzt werden. So sparen Unternehmen Kosten und schonen zugleich die Umwelt.

Das Industrial Internet of Things bringt allerdings auch einige Herausforderungen mit sich. Ein zentraler Punkt ist vor allem die Sicherheit der Daten. Da das gesamte System auf einem komplexen Zusammenspiel von verteilter Hardware und Software basiert, bietet es viele potenzielle Angriffspunkte für Hacker. Daher kommt hier leistungsfähigen Schutzmechanismen, die stets auf dem aktuellen Stand sind, eine hohe Bedeutung zu. Auch die Einhaltung der geltenden Datenschutzanforderungen kann bei einigen Anwendungen eine Herausforderung sein.

Eine Hürde bei der vollen Ausschöpfung der Potenziale ist zudem die unzureichende Standardisierung im IIoT-Bereich. Die Hardware-, Software- und Kommunikationsprodukte verschiedener Hersteller sind noch immer nur bedingt miteinander kompatibel. Daher sind Unternehmen bei der flexiblen Ausgestaltung ihrer IIoT-Lösung mitunter eingeschränkt. In den letzten Jahren ist allerdings zunehmend Bewegung in das Thema Standardisierung gekommen, etwa mit dem universell einsetzbaren Protokoll OPC UA over TSN.

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