Internet der Dinge

Internet of Things (IoT) – Das Internet der Dinge

“If you think that the internet has changed your life, think again. The Internet of Things is about to change it all over again!” Dieses Zitat stammt vom Chefarchitekten und Mitbegründer von Aria Systems, Brendan O’Brien. Es bringt die Zukunft der Vernetzung von Menschen und Maschinen auf den Punkt und erklärt den Hype rund um das Internet der Dinge.

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) weckt große Hoffnungen und tiefe Ängste: Zahlreiche neue Geschäftsmodelle werden durch das Internet der Dinge möglich. Aber auch die Frage „Erobern jetzt die Maschinen die Welt?“ treibt die Menschen um. Das Internet der Dinge verändert unser tägliches Leben, unsere Häuser und Arbeitsplätze.

Dieser Beitrag zeigt die Herausforderungen für Unternehmen beim Einsatz von IoT und wie sie mit der Vernetzung von Produkten einen Mehrwert schaffen können.

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Was ist das Internet der Dinge?

Der Begriff „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) bezeichnet also die Vernetzung von „Dingen“ (Machine-to-Machine, M2M) mit dem Internet und deren technische Identifikation über eine eindeutige IP-Adresse (Internet Protocol). Hierbei ist der Begriff der „Dinge“ sehr weit gefasst. Er kann z.B. Produkte, Maschinen, Systeme, Sensoren, Implantate und Gadgets umfassen. Indem der Mensch die Funktionen beispielsweise über eine App steuert, entsteht auch eine Vernetzung zwischen Mensch und Maschine.

Internet der Dinge

Ein gutes Beispiel für IoT bzw. die Vernetzung unterschiedlicher Produkte ist Smart Home. Internetfähige Thermostate, Türklingeln, Rauchmelder und Sicherheitsalarme bilden einen angeschlossenen Hub. In diesem werden Daten zwischen physischen Geräten ausgetauscht und die Benutzer können die “Dinge” in diesem Hub über eine mobile App oder Website fernsteuern (D.h. etwa Temperatureinstellungen anpassen, Türen entriegeln usw.)

Ziel von IoT ist es, Daten zu erfassen und zu analysieren, über IP-Technologien, Plattformen und Konnektivitätslösungen zu verteilen und zu kommunizieren. So entsteht ein Mehrwert in Form von z.B. erhöhter Effizienz, Produktivität oder Sicherheit.

Wie funktioniert das Internet der Dinge?

Es gibt vier Hauptkomponenten des IoT-Ökosystems:

1. Sensoren/ Vorrichtungen

In den IoT-fähigen Produkten und Maschinen sind Sensoren eingebaut, die Daten zur späteren Nutzung sammeln. Ein Beispiel hierfür ist unser Mobiltelefon, ein Produkt mit eingebauten Sensoren wie GPS, Kamera usw. Doch auch bei jedem anderen Produkt werden Daten aus der Umgebung gesammelt.

2. Konnektivität

Sobald die Daten gesammelt sind, werden sie an die Cloud-Infrastruktur (auch als IoT-Plattformen bekannt) übertragen. Dafür benötigen die Geräte ein Medium, wie beispielsweise Bluetooth, Wi-Fi, WAN oder Mobilfunknetze. Die Verbindungstypen sind alle unterschiedlich und müssen gezielt ausgewählt werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

3. Datenverarbeitung

Nach der Verbindung mit der Cloud-Infrastruktur müssen die Daten analysiert werden, damit die richtigen Maßnahmen ergriffen werden können.

Große Datenmengen („Big Data“), die von angeschlossenen Geräten gesammelt werden, können im Echtzeitbetrieb genutzt werden. Temperaturmessungen zu Hause oder im Büro, Verfolgung körperlicher Aktivitäten (Schritte zählen, Bewegungen überwachen) und vieles mehr. Die Echtzeit-Überwachung wird im Gesundheitswesen stark genutzt (z.B. zur Messung der Herzfrequenz, des Blutdrucks, des Zuckerspiegels). Sie wird auch erfolgreich in der Fertigung (zur Steuerung von Produktionsmaschinen), in der Landwirtschaft (zur Überwachung von Vieh und Pflanzen) und in anderen Branchen eingesetzt.

4. Benutzerschnittstelle

Der letzte Schritt besteht darin, die Informationen für den Benutzer aufzubereiten. Dies kann z.B. eine Benachrichtigung oder ein Alarm an den Benutzer über eine mobile IoT-App sein. Beispielsweise können Landwirte mit einer App die Feldbedingungen einfach überwachen, ohne überhaupt aufs Feld gehen zu müssen, da verschiedene Sensoren für das Boden-, Wasser-, Licht- und Temperaturmanagement eingesetzt werden.

Warum ist Internet of Things so bedeutend?

Der Markt für das Internet der Dinge wächst rasant: So stand er im Jahr 2019 bei 335,55 Milliarden Dollar und er wird bis 2027 voraussichtlich 1.769,39 Milliarden Dollar erreichen. Somit wird er im Prognosezeitraum 2019-2027 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 23,1 % wachsen.

Die zunehmende Verwendung drahtloser intelligenter Sensoren, die wachsende Verbreitung von Cloud-Plattformen und die steigende Durchdringung der Internet-Konnektivität treiben das Marktwachstum weiter an.

Außerdem hat das Internet der Dinge das Potenzial, zahlreiche Verbesserungen in den Bereichen Gesundheit und Sicherheit, Geschäftsabläufe, industrielle Leistung und globale Umwelt- und humanitäre Fragen zu erzielen. Dies zeigt ein Beispiel zu Smart Farming anschaulich.

Wie das Internet der Dinge einen Mehrwert für Unternehmen schafft

Die Kommunikation zwischen Objekten aller Art (z.B. Machine-to-Machine / M2M) hat die Industrie und unser Privatleben massiv verändert. Dies wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen und schafft dadurch zahlreiche neue Geschäftsfelder.

Eine IoT Analytics Untersuchung der wichtigsten IoT-Anwendungsbereiche im Jahr 2020 zeigt, dass von den 1.414 identifizierten IoT-Projekten ca. 22% im Bereich des verarbeitenden Gewerbes/der Industrie stattfinden, gefolgt von Verkehr/Mobilität (15%) und Energie (14%).

Unternehmen können die über das Internet of Things gewonnenen Daten nutzen, um etwa die Customer Journey, die Anforderungen der Verbraucher, mögliche Verbesserungen und innovative Erfindungen sowie Methoden für Werbung und Marketing zu untersuchen. Diese Daten können mit Hilfe der IoT-Technologie effektiv gesammelt, ausgetauscht und interpretiert werden.

Mit diesen Informationen über Verbraucher und Markt kann die Produktivität eines Unternehmens erheblich gesteigert und durch miteinander verbundene IoT-Geräte die Effizienz verbessert werden. Zudem können Unternehmen die umfangreichen Informationen auch für Innovationen nutzen und potenziell in neue Märkte einsteigen, neue Kundensegmente ansprechen und neue Einnahmequellen schaffen.

Viele Industriezweige nutzen das Internet of Things um

  • die Bedürfnisse der Verbraucher besser zu verstehen,
  • reaktionsfähiger zu werden,
  • die Qualität von Maschinen und Systemen während des Betriebs zu verbessern,
  • Abläufe zu rationalisieren und
  • innovative Wege zu entdecken, um die digitale Transformation

Die meisten Investitionen und IoT-Anwendungen betreffen dabei das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT). Man versteht darunter das Internet der Dinge im industriellen Umfeld. Im Gegensatz zum IoT stehen nicht die Verbraucher und Anwender im Mittelpunkt der Konzepte, sondern industrielle Prozesse und Abläufe.

Ziele des IIoT sind

  • die Verbesserung der betrieblichen Effizienz,
  • Kostensenkungen in der Produktion,
  • schnellere Prozesse und
  • die Realisierung neuer Geschäftsmodelle.

Das IIoT ist in vielen verschiedenen Bereichen der Industrie einsetzbar. Dies können beispielsweise produzierende Betriebe, Logistikunternehmen, die Agrarwirtschaft, die Energieversorgung oder das medizinische Umfeld sein.

Der Grundgedanke hinter dem Industrial Internet of Things ist, dass smarte Maschinen schneller, exakter, kostengünstiger und effizienter arbeiten als der Mensch.

Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Branchen

Energie

Die Energiebranche befindet sich in einem massiven Wandel. Zusammen mit Solar-, Wind-, Speicher- und anderen Technologien trägt das Internet der Dinge dazu bei, diesen Wandel voranzutreiben. IoT revolutioniert fast jeden Bereich der Energiebranche: Von der Erzeugung über die Übertragung bis hin zur Verteilung der Energie. Zudem verändert es die Art und Weise, wie Energieunternehmen und Kunden interagieren.

Sensoren können auch zur Verbesserung der Sicherheit beitragen. So können mit dem Internet verbundene Sensoren bei Pipelines Lecks aufspüren, und damit Brände oder Explosionen verhindern. Ein intelligentes Stromnetz nutzt die IoT-Technologie, um Veränderungen bei Stromangebot und -nachfrage zu erkennen. Es kann autonom auf diese Veränderungen reagieren oder den Betreibern die Informationen zur Verfügung stellen, die sie für ein präziseres Nachfragemanagement benötigen.

Zum Beispiel ermöglicht der Einsatz von IoT-Sensoren in allen Phasen der Energieerzeugung den Unternehmen eine Fernüberwachung. Die Sensoren messen Parameter wie Vibration, Temperatur und Verschleiß, um Wartungspläne zu optimieren. Dieser präventive Wartungsansatz kann die Zuverlässigkeit der Maschinen erheblich verbessern, indem sie optimal überwacht werden und Reparaturen durchgeführt werden können, bevor die Maschinen ausfallen.

 

Sensoren können auch zur Verbesserung der Sicherheit beitragen. So können mit dem Internet verbundene Sensoren bei Pipelines Lecks aufspüren, und damit Brände oder Explosionen verhindern. Ein intelligentes Stromnetz nutzt die IoT-Technologie, um Veränderungen bei Stromangebot und -nachfrage zu erkennen. Es kann autonom auf diese Veränderungen reagieren oder den Betreibern die Informationen zur Verfügung stellen, die sie für ein präziseres Nachfragemanagement benötigen.

Durch Internet oft Things kann auch eine verbesserte Netzverwaltung erreicht werden. Die Platzierung von Sensoren in Umspannwerken und entlang von Verteilungsleitungen liefert Echtzeit-Daten zum Stromverbrauch. Diese können Energieunternehmen nutzen, um Entscheidungen über Spannungssteuerung, Lastschaltung, Netzkonfiguration und mehr zu treffen. Einige dieser Entscheidungen können automatisiert werden.

Am Netz befindliche Sensoren können die Betreiber auf Ausfälle aufmerksam machen. Dadurch können sie den Strom zu beschädigten Leitungen abschalten, um Stromschläge, Waldbrände und andere Gefahren zu verhindern. Intelligente Schalter können Problembereiche automatisch isolieren und den Strom umleiten, um die Lichter früher wieder einzuschalten.

Luftfahrt

Das Internet der Dinge ermöglicht Luftfahrtunternehmen etwa, den Kundenservice, aber auch das interne Management zu optimieren:

  • Verbesserung des Passagier-Service: Die Klimaanlage in der Kabine kann beispielsweise durch die Verteilung strategisch platzierter Temperatursensoren in der gesamten Kabine automatisch gesteuert und optimiert werden.
  • Sicherheit: Die verschiedenen Komponenten eines Flugzeugs verfügen über Sensoren zur Messung bestimmter Einstellungen und können miteinander und/oder mit einem zentralen System kommunizieren. Das erhöht die Sicherheit des Flugzeugs und ermöglicht es, Diagnosen in Echtzeit durchzuführen. So können Wartungs- und Präventivmaßnahmen durchgeführt werden, die die Betriebszeit des Flugzeugs verlängern und seine Sicherheit erhöhen.
  • Kosten: Die Wahl der effizientesten Route bei gleichzeitiger Optimierung des Treibstoffverbrauchs reduziert effektiv Kosten. AirAsia hat bereits ein System mit diesen Eigenschaften implementiert, das dem Unternehmen über einen Zeitraum von fünf Jahren geschätzte Einsparungen von 30 bis 50 Millionen Dollar bringen wird.

Gastgewerbe

Das Internet of Things hat das Potenzial, auch das Gastgewerbe zu verändern, indem es die Art und Weise wie Hotels, Ferienanlagen, Kasinos, Restaurants und andere Freizeitdienstleistungsunternehmen Daten sammeln, mit den Nutzern kommunizieren und Prozesse automatisieren, grundlegend verändern. Das Internet der Dinge bietet diesen Unternehmen folgende Vorteile:

  • Optimierung der Prozesse durch Senkung der Betriebskosten, Steigerung der Produktivität und Entwicklung neuer Dienstleistungen. Beispielsweise passen die Gäste oft nicht die Temperatur in ihrem Zimmer an und vergessen manchmal, den Fernseher oder das Licht auszuschalten. IoT-Lösungen können die Temperaturen automatisch anpassen und Licht und Fernseher ausschalten, wenn die Gäste ihr Zimmer verlassen. Durch Energieeinsparungen können Hotels auch Geld sparen.
  • Verbesserung des Gästeservice und Komforts durch das Angebot individueller, personalisierter Produkte und Dienstleistungen, etwa bei der Auswahl und dem Angebot von Speisen und Getränken in der Gastronomie.
  • Proaktive Überwachung kritischer Infrastrukturen.

Smart Farming

Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO), auch Welternährungsorganisation genannt, wird die Welt im Jahr 2050 70 % mehr Nahrungsmittel produzieren müssen, da die landwirtschaftlichen Nutzflächen schrumpfen und die endlichen natürlichen Ressourcen erschöpft sind.

Die begrenzte Verfügbarkeit von natürlichen Ressourcen wie Frischwasser und Ackerland sowie die sich verlangsamenden Ertragstrends bei verschiedenen Grundnahrungsmitteln haben das Problem weiter verschärft.

IoT kann in der Agrartechnik durch spezialisierte Ausrüstung, drahtlose Konnektivität, Software und IT-Dienstleistungen Lösungen schaffen.

So ist etwa IoT Smart Farming Solutions ein System, das bei der Überwachung des Anbaufeldes mit Hilfe von Sensoren (Licht, Feuchtigkeit, Temperatur, Bodenfeuchtigkeit, Pflanzengesundheit usw.) und bei der Automatisierung des Bewässerungssystems unterstützt. Die Landwirte können die Feldbedingungen von überall überwachen und zwischen manuellen und automatisierten Optionen wählen. Auf Grundlage dieser Daten können sie die notwendigen Maßnahmen ergreifen. Wenn zum Beispiel die Bodenfeuchtigkeit abnimmt, kann der Landwirt die Bewässerung sensorgesteuert starten. Smart Farming ist im Vergleich zur konventionellen Landwirtschaft sehr effizient.

Umsetzung von IoT-Projekten – Das Ziel ist entscheidend

Nach einem Bericht von Microsoft aus dem Jahr 2019 scheitern 30 % der IoT-Projekte allein in der Proof-of-Concept-Phase. Die Hauptgründe für das Scheitern sind

1) die Verwendung der falschen Technologien,
2) mangelnde Beteiligung, Unterstützung oder Verwaltung durch die IT und
3) mangelndes technisches Verständnis.

Neben diesen technischen Faktoren ist die Definition der Zielsetzung entscheidend. Die Planung und Umsetzung von IoT-Projekten erfordert zunächst eine Analyse der Wirkzusammenhänge – wie der Erfolg in der Praxis tatsächlich aussehen soll und gemessen werden kann. Soll es die Rationalisierung eines bestehenden Prozesses sein? Oder die Ermöglichung eines neuen Prozesses? Das Ziel könnte aber auch darin bestehen, den Lebenszyklus alter Maschinen durch vorausschauende Wartung zu verlängern.

Es gilt, auf Grundlage des Anwendungsfalles, der spezifischen Branche und der Geschäftsanforderungen zu entscheiden, was den Erfolg ausmacht bzw. das Ziel sein soll. Die Definition des Zieles ist letztlich entscheidend für den Erfolg eines IoT-Projektes.

mm1 hat in der Grafik „Manage the Internet of Things“ die Wertschöpfungsketten und Strukturen von IoT-Geschäftsmodellen zusammengefasst.

Internet of Things

Herausforderungen – es gibt noch viel zu tun

Da sich der IoT-Markt noch in der Entwicklung befindet, ist der Zeitpunkt für eine Beteiligung daran günstig. Interessierte Unternehmen haben dabei jedoch einige Herausforderungen zu bewältigen:

  • Fehlende Standards: Auch wenn IoT-Standards und -Initiativen etabliert sind, bleibt das Fehlen dominanter Industriestandards in Bezug auf Geräteüberwachung und -verwaltung sowie Datenerfassung, -verarbeitung und -analyse ein Problem. Dieses Problem kann allerdings auch eine Chance für große Plattformen sein, ihre eigenen Standards zu setzen.
  • Konnektivität: Das Internet ist immer noch nicht überall mit der gleichen Geschwindigkeit verfügbar. Daher hängt die Qualität der Signale, die von den Sensoren gesammelt und an die Netzwerke übertragen werden, weitgehend von den Routern, LAN, MAN und WAN ab. Diese Netzwerke müssen durch verschiedene Technologien gut miteinander verbunden sein, um eine schnelle und qualitativ hochwertige Kommunikation zu ermöglichen. Problematisch ist, dass die Anzahl der angeschlossenen Geräte viel schneller wächst als die Netzabdeckung, was zu Überwachungs- und Verfolgungsproblemen führt.
  • Lebensdauer der Batterie: Einer der Faktoren, der die Verwendung von drahtlosen Batterien am stärksten einschränkt, ist ihre begrenzte Lebensdauer.
  • Unterbrechung der Verbindung: Wenn die Verbindung unterbrochen wird oder der Cloud-Dienst selbst abstürzt, funktioniert auch die IoT-Anwendung nicht. Kurzfristige Nichtbetriebsfähigkeit mag für bestimmte IoT-Anwendungen, wie z.B. Smart Farming, verkraftbar sein, für andere Bereiche ist sie jedoch verheerend. Anwendungen, bei denen Gesundheit oder Sicherheit eine Rolle spielen, dürfen nicht einmal für Sekunden ausfallen.
  • IoT-Kompetenz: Unternehmen müssen entscheiden, ob sie IoT-Kompetenz einkaufen oder selbst aufbauen, welche Rolle sie im Ökosystem spielen wollen und wie sie ihre Aktivitäten entsprechend anpassen.
  • Datenverarbeitung: Eine angemessene Datenverarbeitung ist in zweierlei Hinsicht grundlegend für den Erfolg:

    • Erstens ist das Dateneigentum eine notwendige Voraussetzung für den (langfristigen) Erfolg. Das gilt insbesonders, wenn IT-Firmen versuchen, sich als Vermittler auf dem Markt zu positionieren. Daher müssen auch traditionelle Branchen Kompetenzen hinsichtlich der Datenspeicherung, -verarbeitung und insbesondere auch -sicherheit aufbauen.
    • Zweitens erfordert die zunehmende Menge und Komplexität persönlicher Daten sowie großer Datenmengen starke Kapazitäten im Bereich der Datenstrukturierung und -analyse.

Keine Zukunft ohne Internet der Dinge

Die meisten Industriezweige befinden sich hinsichtlich Internet of Things bereits mitten in einem gewaltigen Wandel, indem sie ihre Produkte mittels IoT miteinander verbinden und neue Geschäftsmodelle dafür entwickeln. Insbesondere in der produzierenden Industrie erarbeiten sich Unternehmen, die IoT-Innovationen konsequent umsetzen, einen nachhaltigen Wettbewerbsvorteil. Wer hier zu langsam agiert, wird auf lange Sicht nicht bestehen, da nicht mit Qualität oder Preis konkurriert werden kann.

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