Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) ist definiert als eine Reihe von Geräten und Anwendungen, die es großen Unternehmen ermöglichen, eine durchgängig vernetzte Umgebung vom Kern bis zum Rand zu schaffen. Dazu gehört auch die traditionelle physische Infrastruktur wie Container und Logistikfahrzeuge, um mithilfe intelligenter Geräte Daten zu sammeln, auf Ereignisse zu reagieren und fundiertere Entscheidungen zu treffen.
Das Industrielle Internet der Dinge (IIoT) ist eine Erweiterung des Internets der Dinge (IoT) und hat viele Anwendungen im Verbraucherbereich. Zu den IoT-Anwendungsfällen gehören beispielsweise Smart-Home-Geräte wie Amazon Echo, die mithilfe der Alexa-Spracherkennung das Licht aus der Ferne ausschalten.
In industriellen Betrieben hat die Technologie in Umgebungen mit komplexer Infrastruktur und großer Ausrüstung eine großflächige kommerzielle Einführung erfahren. Im Gegensatz dazu kann das industrielle IoT die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) im gesamten Werk aus der Ferne verwalten. Dies ist nur ein Anwendungsfall für das industrielle IoT zur Rationalisierung und Verbesserung der Verwaltung von Geschäftsabläufen.
Wie funktioniert industrielles IoT?
Industrielles IoT ist eine Unterkategorie des IoT, in der Unternehmen neu definieren, wie sie Industriedaten verbinden, überwachen, analysieren und darauf reagieren können, um Kosten zu senken und das Wachstum voranzutreiben.
Die Idee hinter Industrial IoT besteht darin, die Daten zu nutzen, die im Laufe der Jahre von „dummen Geräten“ in Industrieanlagen generiert wurden. Intelligente Maschinen am Fließband können nicht nur Daten schneller erfassen und analysieren, sondern auch wichtige Informationen schneller kommunizieren, was dazu beiträgt, Geschäftsentscheidungen schneller und genauer zu treffen.
Die Integration von Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) treibt das industrielle Internet der Dinge voran. Dabei handelt es sich um eine Netzwerkmatrix, die Geräte mit Geräten verbindet, mittels Sensorik Daten sammelt, analysiert und direkt in Plattformen integriert, die als Dienste fungieren. Das industrielle IoT wird eine neue Ära industrieller Anwendungsfälle mit vielen Möglichkeiten für wirtschaftliche Expansion einläuten.
Das industrielle IoT sammelt große Mengen an Felddaten in der Fabrikhalle, überträgt sie über verbundene Knoten, analysiert sie auf Servern und wandelt die Informationen auf einer Cloud-Plattform in umsetzbare Erkenntnisse um. Dies ermutigt Unternehmen, bessere Entscheidungen für ihre spezifischen Märkte und Zielgruppen zu treffen. Mit anderen Worten: Industrial IoT ist ein System, das Edge-Geräte wie Aktoren, Sensoren, Controller, angeschlossene Schalter, Gateways und Industrial Personal Computers (IPCs) mit der Cloud verbindet.
Wie hängen Industrie 4.0 und Industrial IoT zusammen?
Industrie 4.0 ist ein Produkt der vierten industriellen Revolution. Die vierte industrielle Revolution wird als die Integration der traditionellen automatisierten Fertigung mit industriellen Prozessen definiert, die auf intelligenten Technologien und autonomen Kommunikationsgeräten basieren.
Der Begriff „Industrie 4.0“, abgekürzt I4.0 oder I4, entstand 2011 als Initiative der Bundesregierung, die sich seit 20 Jahren stark für die Digitalisierung industrieller Prozesse einsetzt.
Wie die Boston Consulting Group beschreibt, ist das Industrielle Internet der Dinge (IoT) neben additiver Fertigung oder 3D-Druck, Augmented Reality (AR), autonomer Robotik, Big Data Analytics, Cloud Computing, Cybersicherheit, horizontaler und vertikaler Systemintegration und Simulation die Hauptsäule von Industrie 4.0. Dies ist auf die autonome Kommunikation zwischen Maschinen und dezentralen digitalen Umgebungen zurückzuführen, die in der Lage sind, Probleme automatisch zu lösen, die zuvor menschliches Eingreifen erforderten.
Industrie 4.0 umfasst das industrielle Internet der Dinge, Digitalisierung und unternehmerische Nachhaltigkeit in einem größeren Kontext. Industrial IoT ist die treibende Kraft hinter Industrie 4.0, ohne die es keine Industrie 4.0 gäbe. Mit anderen Worten: Das industrielle IoT beschränkt sich auf Datenerkennung, Datenübertragung, Datenberechnung, Datenverarbeitung und domänenspezifische intelligente Anwendungen.
Architektur des industriellen Internets der Dinge
Eine typische industrielle IoT-Architektur beschreibt die Anordnung digitaler Systeme, sodass sie zusammen Netzwerk- und Datenkonnektivität zwischen Sensoren, IoT-Geräten, Datenspeicher und anderen Schichten bereitstellen. Daher muss eine industrielle IoT-Architektur Folgendes aufweisen:
1. IoT-Geräte am Rande des Netzwerks
Hierbei handelt es sich um Gruppierungen von Netzwerkobjekten, die sich am Rande des IoT-Ökosystems befinden. Diese befinden sich möglichst nahe am Standort der Datenquelle. Dabei handelt es sich typischerweise um drahtlose Aktoren und Sensoren in industriellen Umgebungen. Eine Verarbeitungseinheit oder ein kleines Computergerät und eine Sammlung von Beobachtungsendpunkten. Zu den Edge-IoT-Geräten können herkömmliche Geräte in Brownfield-Umgebungen, Kameras, Lautsprecher, Sensoren und andere Messgeräte und Monitore gehören.
Was passiert am entferntesten Rand des Netzwerks? Sensoren erfassen Daten aus ihrer Umgebung und den von ihnen überwachten Objekten und wandeln die Informationen dann in Metriken und Zahlen um, die IoT-Plattformen analysieren und in umsetzbare Erkenntnisse umwandeln können. Aktoren steuern die in der beobachteten Umgebung ablaufenden Prozesse. Sie verändern die physische Umgebung, in der die Daten generiert werden.
2. Edge-Datenverwaltung und Erstverarbeitung
Ohne hohe{0}Qualität können riesige Datenmengen, ausgefeilte Analysen und künstliche Intelligenz ihr volles Potenzial nicht ausschöpfen. Auch auf Sensorebene ist eine Datenverarbeitung möglich.
In dieser Hinsicht bietet Edge Computing die schnellste Antwort, da die Daten am Rand des Netzwerks, am Sensor selbst, vor-verarbeitet werden. Hier können digitale und aggregierte Daten analysiert werden. Sobald relevante Erkenntnisse gesammelt wurden, ist es möglich, mit der nächsten Stufe fortzufahren, anstatt alle gesammelten Informationen zu versenden. Diese zusätzliche Verarbeitung reduziert die Menge der an das Rechenzentrum oder die Cloud gesendeten Daten.
3. Cloud für erweiterte Verarbeitung
Edge-Geräte sind in ihren Vorverarbeitungsfähigkeiten begrenzt. Während der Edge so nah wie möglich herangeführt wurde, um den Verbrauch lokaler Rechenleistung zu begrenzen, müssen Benutzer die Cloud für eine tiefere und gründlichere Verarbeitung nutzen.
Und an diesem Punkt muss eine Entscheidung getroffen werden, ob die Agilität und Unmittelbarkeit von Edge-Geräten oder die erweiterten Erkenntnisse des Cloud Computing Vorrang haben sollen. Cloud-basierte Lösungen können einen großen Verarbeitungsaufwand leisten. Hier können Daten aus unterschiedlichen Quellen aggregiert werden und Erkenntnisse liefern, die am Edge nicht verfügbar sind.
Im Kontext einer industriellen IoT-Architektur wird die Cloud eine Rolle spielen.
Hubs:Neben Telemetrie und Gerätesteuerung bietet es sichere Verbindungen zu Feldsystemen. Bei Bedarf kann der Hub Remote-Konnektivität zu lokalen Systemen über mehrere Standorte hinweg bereitstellen. Es verwaltet alle Kommunikationselemente wie Verbindungsmanagement, sichere Kommunikationskanäle sowie Geräteauthentifizierung und -autorisierung.
Lagerung:Wird zum Speichern von Informationen vor und nach der Verarbeitung verwendet.
Analytik:Trägt zur Datenverarbeitung und -analyse bei.
Benutzeroberfläche:Bietet eine Visualisierung der Analyseergebnisse, die dem Endbenutzer bereitgestellt werden, normalerweise über eine Webbrowser-Schnittstelle, aber auch über E-Mail-, SMS- und Telefonbenachrichtigungen.
4. Internet-Gateway
Hier werden die Sensordaten gesammelt und in digitale Kanäle zur Weiterverarbeitung am Internet-Gateway umgewandelt. Nach Erhalt der aggregierten und digitalisierten Daten übermittelt das Gateway diese über das Internet, damit sie vor dem Hochladen in die Cloud weiterverarbeitet werden können. Das Gateway bleibt Teil des Edge-Datenerfassungssystems. Es grenzt an Aktoren und Sensoren und führt am Rande die erste Datenverarbeitung durch.
Gateways können entweder als Hardware oder als Software bereitgestellt werden.
Hardware:Hardware-Gateways sind autonome Geräte. Bietet kabelgebundene (analoge und digitale) und kabellose Schnittstellen für die Konnektivität nachgeschalteter Sensoren. Außerdem wird eine Internetverbindung bereitgestellt, entweder lokal oder über eine Standardverbindung zu einem Router.
Software:Auf einem PC kann ein Software-Gateway installiert werden, anstatt eine Verbindung zu einem Hardware-Gateway herzustellen. Die Software läuft im Hintergrund oder im Vordergrund und stellt Upstream- und Downstream-Kommunikationsverbindungen als Hardware-Einstiegspunkte bereit, wobei der PC die physische Schnittstelle bereitstellt. Das softwarebasierte Gateway ermöglicht den Zugriff auf Vision-Sensoreinstellungen und die Darstellung von Sensordaten über die Benutzeroberfläche.
5. Verbindungsprotokolle
Für die Übertragung von Daten über industrielle IoT-Systeme sind Protokolle erforderlich. Diese Protokolle sollten idealerweise branchenüblich-standardisiert, gut-definiert und sicher sein. Die Protokollspezifikation kann die physikalischen Eigenschaften der Verbindung und Verkabelung, das Verfahren zur Einrichtung des Kommunikationskanals und das Format der über diesen Kanal zu sendenden Daten enthalten.
Zu den gängigen Protokollen, die in industriellen IoT-Architekturen verwendet werden, gehören:
Advanced Message Queuing Protocol (AMQP):Dies ist ein verbindungsgesteuertes, bi-multiplexiertes, kompaktes Daten--codiertes Nachrichtenprotokoll. Im Gegensatz zu HTTP ist AMQP für IIoT-orientierte Cloud-Konnektivität konzipiert.
MQ-Telemetrietransport (MQTT):Dies ist ein kompaktes Client-{0}}Server-Messaging-Protokoll. MQTT bevorzugt IIoT-Geräte aufgrund seiner kurzen Nachrichtenrahmengröße und des minimalen Coderaums.
Constrained Application Protocol (CoAP):Dabei handelt es sich um ein datagrammorientiertes Protokoll, das über die Transportschicht einschließlich des User Datagram Protocol (UDP) bereitgestellt werden kann. CoAP ist eine komprimierte Version von HTTP, die für IIoT-Anforderungen entwickelt wurde.
6. Industrielle IoT-Plattformen
Industrielle IoT-Systeme sind nun in der Lage, Vorgänge entlang der Wertschöpfungskette zu koordinieren, zu überwachen und zu steuern. Diese Plattformen steuern Gerätedaten und verwalten Analyse-, Datenvisualisierungs- und künstliche Intelligenzaufgaben (KI) für Edge-Geräte und in einigen Fällen Sensoren direkt in die Cloud und zurück.
Die Industrial Internet Reference Architecture (IIRA) kann als Referenz für die Entwicklung komplexer Systeme im industriellen IoT-Bereich verwendet werden. Im Allgemeinen befürwortet das IIRA-Framework, dass Organisationen Frameworks mithilfe eines Systemansatzes entwerfen, der Feedback und Iteration umfasst. Darüber hinaus wird empfohlen, industrielle IoT-Designs für bestimmte Geschäftsbereiche wie Energie, Gesundheitswesen, Transport und staatliche Nutzung anzupassen.
Vorteile des industriellen IoT
Industrial IoT bietet folgende Vorteile.
1. Erhöhte Effizienz
Der größte Vorteil des industriellen IoT ist seine Fähigkeit, Unternehmen bei der Automatisierung und damit Maximierung der betrieblichen Effizienz zu unterstützen. Darüber hinaus können physische Geräte über Sensoren, die die Leistung kontinuierlich überwachen, mit Softwarelösungen verbunden werden. Dies ermöglicht es Unternehmen, die betriebliche Effizienz bestimmter Geräte und ganzer Flotten besser zu verstehen. Darüber hinaus ermöglicht das industrielle IoT eine datengesteuerte Entscheidungsfindung und Fernüberwachung aller Produktionsprozesse.
2. Steigerung der Produktion
Durch die Erhöhung der Gerätenutzung können Unternehmen mit IoT-Fertigungsprozessen ihre Produktivität steigern. Wie bereits erwähnt, liefern vernetzte Geräte einen kontinuierlichen Datenstrom, der Einblick in den Gerätebetrieb geben kann. Dadurch kann die Gesamteffizienz der Anlage verbessert und die Leistung der Maschine während der Laufzeit maximiert werden. Darüber hinaus verbessert der Einsatz industrieller IoT-Geräte die Nutzung des Humankapitals. Mit intelligenten Geräten können untergeordnete, sich wiederholende und gefährliche Tätigkeiten ausgeführt werden, wodurch die Mitarbeiter für andere, strategischere produktionsbezogene Aufgaben frei werden.
3. Fehler reduzieren
Der Einsatz des industriellen IoT zwingt Unternehmen dazu, ihre Produktionsabläufe zu automatisieren. Durch die Eliminierung des menschlichen Faktors aus industriellen Abläufen werden Ineffizienzen beseitigt, die dazu führen, dass fehlerhafte Produkte das Fließband verlassen. Mit weniger Qualitätsmängeln verbessert sich die Rentabilität eines Unternehmens aufgrund erhöhter Kundenzufriedenheit und Markenbekanntheit.
4. Anforderungen an die vorausschauende Wartung
Vorausschauende Wartung ist eine Strategie zur Vermeidung von Anlagenausfällen durch die Analyse von Produktionsdaten, um Muster zu erkennen und drohende Probleme vorherzusagen.
Die Integration industrieller IoT-Sensoren in Industrieanlagen ermöglicht zustandsbasierte Verwaltungsbenachrichtigungen. Diese Sensoren erfassen die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und andere Umgebungsvariablen im Arbeitsbereich sowie die Zusammensetzung der Materialien und wie sich Transportfaktoren auf den Transport auswirken oder auswirken könnten. Alle diese Daten sind für die vorausschauende Wartung nützlich. Dadurch können Anlagenausfälle vermieden, Kosten gesenkt und Maschinenstillstandzeiten minimiert werden.
5. Sorgen Sie für die Sicherheit der Arbeitnehmer
Intelligente Fertigung sorgt für mehr Sicherheit, da alle industriellen IoT-Sensoren zusammenarbeiten, um die Sicherheit von Mitarbeitern und am Arbeitsplatz zu überwachen. Ein integriertes Sicherheitssystem schützt Arbeitsplatz, Produktionslinie und Personal. Im Falle eines Vorfalls kann die gesamte Einrichtung benachrichtigt werden, Aktivitäten können eingestellt werden und die Geschäftsleitung kann vermitteln, um das Problem zu lösen. Der Vorfall kann auch nützliche Informationen liefern, die genutzt werden können, um ein erneutes Auftreten in der Zukunft zu vermeiden.
6. Energiekosteneinsparungen
Industriebetriebe sind eine wichtige Quelle der weltweiten Stromversorgung, was sich nachteilig auf die Nachhaltigkeit und das Gesamtergebnis auswirkt. Die kontinuierliche Überwachung von Systemen mithilfe von Sensoren und kleinen Geräten kann Ineffizienzen aufdecken, die zu Verschwendung führen. Dazu gehört nicht nur die Überwachung der Ausrüstung, sondern auch integrierte Vorgänge wie die Regulierung der Temperatur, des Wasserverbrauchs, der Luftfeuchtigkeit und der Beleuchtung der Ausrüstung. Darüber hinaus verbrauchen Sensoren dank der Fortschritte in der IoT-Technologie weniger Energie, was sicherlich ein Segen ist.
7. Verbessern Sie den Außendienst und das Kundenerlebnis
Industrielles IoT kann dazu beitragen, die Bereitstellung von Außendiensten zu verbessern. Sie wird durch Aspekte wie Zeit, Kontext und Technikerbeteiligung an einem bestimmten Servicevorgang bestimmt. Industrielles IoT ermöglicht auch Datentransparenz in Echtzeit. Dies bedeutet, dass Originalgerätehersteller (OEMs), Endverbraucher und alle anderen interessierten Parteien sich der auftretenden Risiken und Schwierigkeiten bewusst sind, was zu einer positiven Erfahrung führt.
Beispiele für industrielles IoT
Vom Einzelhandel bis zur Fertigung haben die meisten namhaften Branchen und Unternehmen das industrielle IoT in irgendeiner Weise genutzt. Hier sind einige bemerkenswerte Beispiele für industrielles IoT mit positiven Geschäftsergebnissen:.
1. PepsiCo nutzt Industrial IoT zur Vermögensverfolgung
Eingebettete industrielle IoT-Komponenten in Transport, Flotte und Verpackung können dabei helfen, den Lagerbestand von Anfang bis Ende zu verfolgen. Außerdem sollte durch die Überwachung der Lagerbestände ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage gewährleistet werden. pepsiCo ist ein Beispiel für ein Unternehmen, das diesen industriellen IoT-Anwendungsfall nutzt. Es nutzt eine Reihe von Technologien, um sich an die Marktnachfrage anzupassen, die Sichtbarkeit von Bestandssystemen zu verwalten und Nachschubregeln automatisch anzupassen.
2. BMW nutzt Industrial IoT, um digitale Zwillinge seiner Produkte zu erstellen.
Ein digitaler Zwilling ist eine industrielle IoT-Anwendung, bei der eine komplexe Sammlung von Sensoren verwendet wird, um eine genaue Simulation eines Produkts oder einer Produktionsumgebung bis ins letzte Detail und physische Merkmal zu erstellen. BMW nutzt industrielles IoT, künstliche Intelligenz (KI) und immersive Technologien, um eine digitale Nachbildung des gesamten Produktionsprozesses einer Fabrik zu erstellen. Dies ermöglicht es Unternehmen, Produkte in einer realen-Weltumgebung ohne die damit verbundenen Kosten oder Risiken zu entwickeln, zu bewerten und zu optimieren.
3. Larsen & Toubro (L&T) nutzt industrielles IoT zur Fernüberwachung und Kosteneinsparungen
Der Energie- und Versorgungssektor nutzt große Betriebsinfrastrukturen, manchmal unter gefährlichen Bedingungen, die für den manuellen Betrieb ungeeignet sind. In diesen Situationen können industrielle IoT-Geräte kritische Betriebsdaten erfassen und übertragen, ohne dass ein menschlicher Bediener anwesend sein muss. Beispielsweise errichtet L&T in Gujarat, Indien, eine fernüberwachte Station für grünen Wasserstoff. Mithilfe des industriellen IoT kann L&T Betriebs- und Energiekosten senken und relevante Erkenntnisse über die Funktionsweise der Energieanlage gewinnen.
4. Eine irische Brennerei nutzt industrielles IoT zur Umweltüberwachung
Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie ist in hohem Maße auf die Fähigkeit angewiesen, Produkte unter idealen Umgebungsbedingungen herzustellen und zu lagern. Industrielle IoT-Systeme können Umweltveränderungen überwachen und Produktionsleiter vor Produktverschlechterungen warnen, bevor diese auftreten. Brennereien, die alkoholische Getränke herstellen, sind ein ideales Beispiel für das industrielle IoT, da sie unter fragilen Umweltbedingungen arbeiten. Der Brennereilieferant Frilli hat kürzlich industrielle IoT-Technologie für eine irische Getränkemarke eingesetzt, um für Automatisierung, Effizienz und Harmonisierung von Prozessen zu sorgen.
5. Airbus nutzt die industrielle IoT-Plattform von Bosch, um intelligente Fabriken zu schaffen
Airbus versucht, Fehlfunktionen zu beseitigen, indem es industrielle IoT-Sensoren in Maschinen und Geräte in der Fertigungshalle integriert und den Mitarbeitern tragbare Geräte wie industrielle Datenbrillen zur Verfügung stellt. Die Korrektur eines Fehlers im Prozess könnte die Organisation Millionen von Dollar kosten. Airbus nutzt digitale Intelligenz, um Abläufe zu optimieren und die Produktivität zu steigern, nachdem es mit Bosch zusammengearbeitet hat, um die Fabrik der Zukunft zu starten.
Heutzutage ist das industrielle IoT ein fester Bestandteil großer Unternehmen und eines der wichtigsten Angebote großer Cloud-Anbieter wie Microsoft und Amazon Web Services (AWS). Industrial IoT erweitert erweiterte Datenanalyse- und Cloud-Funktionen auf industrielle Anwendungen wie Gerätewartung, Anlagenbetrieb, Lieferkettenmanagement und Personalsicherheit. Daten von industriellen IoT-Plattformen können sogar dabei helfen, Produkte in digitalen Umgebungen zu simulieren und zu testen und digitale und physische Systeme nahtlos zu integrieren, um industrielle Ergebnisse exponentiell zu verbessern.