Die Herausforderung des IoT

Jeden Tag ist in den Medien vom Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) zu lesen und zu hören. Häufig geht es dabei vor allem um die Vorteile und Risiken, wenn Maschinen autonom mit anderen Maschinen kommunizieren. Während viele dieser Geschichten sich mit selbsttätigen oder gehackten Maschinen befassen, die eine Gefahr für den Menschen darstellen, geht es in der IoT-Geschichte seltener darum, wie Maschinen - ausgestattet mit Sensoren, die von Menschen mit Regeln programmiert wurden - bestimmte Datensätze effektiv an andere Maschinen übermitteln können, die diese wiederum nutzen, um bestimmte wichtige Schritte effizient, präzise und sicher durchzuführen.

Es geht darum, die sogenannte Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) zu erweitern, indem ein Netzwerk von sich selbst überwachenden, adaptiv lernenden Maschinen aufgebaut wird. Diese Maschinen können Daten in Echtzeit generieren und senden, so dass eine unmittelbare komplexe Interoperabilität möglich gemacht wird, die bestimmten menschlichen Anforderungen gerecht wird.

Ein solches Maß an integrierter Leistung ist jedoch von den Beispielen, die heutzutage meist zu sehen sind, noch weit entfernt. Gegenwärtig konzentriert sich ein Großteil der Diskussionen über das Internet der Dinge auf die Erleichterungen im Verbraucherbereich, sprich, wie Geräte unsere täglichen Aufgaben vereinfachen können: Wenn wir den Fernseh- oder Radiosender umschalten oder die Beleuchtung oder Temperatur im Zimmer einstellen möchten, müssen wir z. B. auf einem Mobilgerät einfach auf eine Taste drücken. Dieses Maß an Konnektivität dreht sich eher um die Fernsteuerung von Funktionen als um M2M-Integration.

Die wesentlichen Möglichkeiten entstehen, wenn wir über das Internet der Dinge in Verbindung mit Maschinen nachdenken, die von unserem Verhalten und ihrer eigenen Umgebung lernen. Ein Beispiel dafür ist das NEST-Thermostat. Das NEST-Thermostat kann Dateninput über menschliche Präferenzen erkennen und verarbeiten und mit diesen Daten dann die Innentemperatur eines Gebäudes vorausberechnen. Aber das ist nur ein Bruchteil von dem, was machbar ist.  Um diese Verbindungen auf die nächste Ebene zu bringen, sollten Sie diese Möglichkeit in Betracht ziehen: Normalerweise kommen Sie unter der Woche gegen 18 Uhr von der Arbeit nach Hause. Ihr NEST-Thermostat weiß dies und heizt deshalb Ihr Zuhause schon so vor, dass die gewünschte Temperatur erreicht ist, wenn Sie Ihre Wohnung betreten. Dann passiert es aber, dass Sie auf dem Heimweg in einen Stau geraten, sodass Sie etwa 20 Minuten später als normal ankommen. Das Bordsystem Ihres Autos erkennt diese Verzögerung, berechnet die Auswirkung und sendet die neue Ankunftszeit an das Thermostat. Dieses programmiert sich daraufhin selbständig um und synchronisiert seinen Betrieb – Vorheizen/Vorkühlen auf die gewünschte Temperatur – mit der berechneten Ankunftszeit sowie mit den aktuellen und vorhergesagten Wetterbedingungen. Im Endeffekt senken Sie dadurch den Energieverbrauch und die Energiekosten für Ihr Zuhause. Bei diesem Szenario können wir, besonders im größeren Maßstab ganzer Gebäude und Städte, die deutlichen Vorteile der Einbettung intelligenter Verbindungstechnik in Maschinen erkennen. In diesem Moment wird das Internet der Dinge ein Teil einer allumfassenden langfristigen Strategie zur Verbesserung von Kostenverlauf, Ressourcenzuweisung und allgemeiner Lebensqualität.

Gegenwärtig gibt es in Industrieumgebungen wenig M2M-Kommunikation. Meistens benötigen Maschinen heutzutage Menschen, um eine einzige repetitive Aufgabe auszuführen. Ein Fußballspiel ist eine gute Analogie: Wenn die Spieler auf dem Feld nicht miteinander kommunizieren, entscheidet jeder für sich. Dadurch werden sie ihr Ziel, das Spiel zu gewinnen, nicht erreichen. Übertragen Sie diese Analogie auf eine Fabrik. Dort findet man momentan noch Maschinen und Roboter, die nicht miteinander kommunizieren, und die von diesen Maschinen generierten Daten bleiben innerhalb der Maschine. Ein solches nicht integriertes System ist nicht flexibel genug, um anspruchsvolle Aufgaben wie gewünscht zu erledigen. Wenn Hersteller ihre Maschinen nicht für den Austausch von Daten fit machen, verpassen sie eine Gelegenheit zum Koordinieren der Produktionsaktivitäten. Diese Versäumnisse sind die Ursache für redundante Prozesse, häufige Ausfallzeiten für Umstellungen sowie Maschinen, die unnötig betrieben werden.

In der intelligenten Fabrik sind die Maschinen und Roboter mit Technik – Hardware und Software – ausgestattet, die M2M-Kommunikation und Interoperabilität ermöglicht. Diese Technik erleichtert die Übermittlung der Daten von einer Maschine zu anderen Maschinen in derselben Fabrik – sowie zur Infrastruktur und zu Benutzern, die über das Internet verbunden sind. Dazu können alle Arten von Geräten wie Smartphones oder Wearables verwendet werden. Durch diese Übermittlung, diese intelligente Verbindung, können Maschinen Rohdaten generieren und diese an andere Maschinen (sowie Netzwerke und die Cloud) senden. Durch Verfahren wie Big Data-Analyse können diese Daten dann in Echtzeit zu Visualisierungen der Produktion verarbeitet werden. Anhand dieser Informationen können Maschinen autonom Entscheidungen zu möglichen Aktionen treffen – innerhalb der Parameter bestimmter Muster und Regeln (die Ingenieure in das Betriebssystem der Maschine programmieren) und darauf ausgerichtet, bestimmte Verbesserungen bei der betrieblichen Effizienz zu erzielen. Ein Beispiel für solch eine Entscheidung wäre das Umschalten in den Pausenmodus nach Beendigung einer Produktionsaufgabe, um den Energieverbrauch zu senken. Diese Regeln und Muster ermöglichen außerdem eine beispiellose Flexibilität bei der Produktion.

Als letztlich entscheidende Instanz in Bezug auf die in Fabriken hergestellten Produkte und Prozesse gilt der Verbraucher. Verbraucher erwarten, dass jede neue Version eines Produkts besser, schneller, billiger und effizienter ist – und sie wünschen sich mehr Anpassungsmöglichkeiten an ihre persönlichen Präferenzen und Anforderungen, da sie sich innerhalb dieser Welt der Massenproduktion individuell ausdrücken möchten. Der MINI-Pkw ist ein gutes Beispiel für solch einen Personalisierungswunsch. Kunden können aus einer Vielzahl von Optionen wählen, um ein für sie einzigartiges Fahrzeug zusammenzustellen – eines, das sie mitgestaltet haben und ihre Individualität widerspiegelt. Für ein solches Maß an Personalisierung in der Massenproduktion ist ein vollständig neuer Ansatz bei der Produktion notwendig. Dazu benötigen wir so etwas wie Losgröße 1. Sie ist das ultimative Bestreben, und nicht unmöglich für Produkte wie einzigartige Smartphones. Damit dieser Punkt erfolgreich und kostengünstig erreicht wird, ist ein neuer Produktionsansatz erforderlich, bei dem IoT-fähige M2M-Kommunikation der entscheidende Faktor sein kann. Ohne diesen Ansatz wären die Kosten für ein einzigartiges Smartphone sehr hoch, um mit den aktuellen Produktionsmethoden eine Personalisierung zu ermöglichen.

Trotz vieler Diskussionen über das Internet der Dinge steigt die Erkenntnis hinsichtlich der potenziellen maßgeblichen Rentabilität, die Hersteller aus intelligenten Verbindungen erzielen. Dies ist der Schlüssel, um Hersteller dabei zu unterstützen, eine herkömmliche Fabrik in eine intelligente – oder vernetzte – Fabrik umzuwandeln. Dafür benötigen Führungskräfte realistische Momentaufnahmen des Erfolgs und ein Verständnis dafür, wie das Internet der Dinge direkt zu einer Steigerung der Produktivität und zur Reduzierung von Abfallprodukten beitragen kann. Um diesen Informationsbedarf zu erfüllen, müssen Ingenieure zuerst eine wichtige Frage beantworten, wenn sie für Investitionen in das Internet der Dinge plädieren: Ist die zu erwartende Leistungsoptimierung eine direkte Folge des Internets der Dinge – oder macht das Internet der Dinge nur Verbesserungen einfacher? Um dies zu beantworten, erläutern Sie die drei Vorteile von Investitionen in das Internet der Dinge.

Innerhalb der nächsten Jahre kommt der Punkt, an dem Hersteller in das Internet der Dinge investieren müssen. Um dorthin zu gelangen, müssen Ingenieure sich über individuelle Erfolge untereinander, mit Organisationen und mit größeren Unternehmen austauschen. Gegenwärtig wird in Deutschland die Industrie 4.0 – das industrielle Internet der Dinge – als vierte industrielle Revolution wahrgenommen. Dies ruft die Geschichte von Henry Ford in Erinnerung. Als Henry Ford begann, konkurrierte er mit der Pferdekutsche. Es gab viele Menschen, die der Meinung waren, dass das Automobil niemals das Pferd ersetzen würde – das damalige Standardfortbewegungsmittel. Aber wie wir alle wissen, wurde dieses Standardfortbewegungsmittel durch eine neuere und bessere Fortbewegungsmethode ersetzt.