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CHANNEL FOKUS: IoT & Industrie 4.0 Industrial IoT: Das unentdeckte Land

Autor: Klaus Länger

Das industrielle Internet der Dinge ist verhältnismäßig jung. Daher ist dieses Geschäftsfeld nicht nur für die Industrie, sondern auch für den ITK-Channel noch ein weitgehend unerschlossenes Terrain. Wir geben einen Wegweiser.

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Das industrielle Internet der Dinge ist noch im Aufbau begriffen. Standards werden derzeit entwickelt.
Das industrielle Internet der Dinge ist noch im Aufbau begriffen. Standards werden derzeit entwickelt.
(Bild: zapp2photo - stock.adobe.com)

Als Kanzlerin Merkel noch 2013 „das Internet“ als „Neuland“ bezeichnete, sorgte das in der IT-Gemeinde für Erheiterung – im Jahr 20 nach dem Start des World Wide Web für die Öffentlichkeit. Für erhebliche Teile des ITK-Channels ist das Internet of Things (IoT) aber tatsächlich noch Neuland. Das liegt aber auch daran, dass der Begriff „Internet der Dinge“ sehr unscharf ist und eine Vielzahl von Anwendungsfeldern und Technologien abdeckt. Selbst wenn man sich auf Industrial IoT (IIoT), also die Industrie 4.0, fokussiert und dabei vielleicht noch Teile der Landwirtschaft mit betrachtet, ist das Thema immer noch ziemlich unübersichtlich. Das liegt auch daran, dass sich in der Industrie über die Jahre ein Wust unterschiedlicher Schnittstellen und Protokolle herausgebildet hat, da ja eine übergreifende Kommunikation via Internet nie geplant war. 2014 haben daher Firmen aus Industrie und ITK wie Bosch, Dell EMC, IBM, SAP, Huawei und General Electric das Industrial Internet Consortium (IIC) aus der Taufe gehoben, das Standards für verschiedene Industrial-IoT-Bereiche formulieren soll. Inzwischen haben sich weltweit mehr als 300 Unternehmen dem IIC angeschlossen.

Sensoren und Microcontroller als unterste Ebene

Prinzipiell kann man das industrielle IoT in unterschiedliche Bereiche gliedern. Am nächsten an der Maschine, sei es nun eine Fertigungseinrichtung in der Fabrik oder eine Erntemaschine auf dem Feld, sind die Sensoren angeordnet, mit denen unterschiedliche Arten von strukturierten oder unstrukturierten Daten gesammelt werden, etwa über elektrische Ströme, Druck oder Biegung, Temperatur, Feuchtigkeit, Beschleunigung und Lage, Bild und Ton. Mit geeigneten Sensoren können selbst Maschinen, die noch nicht für die Industrie 4.0 ausgelegt sind, trotzdem in Industrial-IoT-Systeme eingebunden werden. So hat beispielsweise Fujitsu ein Verfahren gezeigt, das über die Erfassung und Analyse der Leistungsaufnahme von Elektromotoren Abweichungen erkennen und auf mögliche Defekte hinweisen kann. Für die ­Erfassung der Daten kommen meist IIoT-Geräte auf Basis von Microcontrollern zum Einsatz. Für deren Entwicklung existieren eine ganze Reihe von Development-Kits, die Embedded-Computer und die nötigen Software-Bibliotheken kombinieren.

Zum Standard-Übertragungsprotokoll für die Kommunikation zwischen IoT-Geräten und Middleware oder Cloud hat sich MQTT (MQ Telemetry Transport) entwickelt. Es wird auch für die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) verwendet, die einen wichtigen Bestandteil der Industrie 4.0 darstellt. M2M war bereits vor dem Internet der Dinge vorhanden, nur eben zwischen Maschinen eines Herstellers und mit proprietären Übertragungswegen. In der Industrie 4.0 sollen auch Geräte unterschiedlicher Hersteller miteinander kommunizieren und an verschiedenste Dienste angebunden werden. Hier spielen Firmen wie Siemens, Bosch oder Schneider Electric eine große Rolle, die schon lange im Bereich der Automatisierungs- und Steuerungstechnik aktiv sind. Siemens hat beispielsweise mit Mindsphere ein cloud­basiertes Betriebssystem entwickelt, das der Hersteller als „Android für Industrie 4.0 und IoT“ durchsetzen will. Es ist derzeit als Vorabversion auf Microsoft Azure verfügbar und soll ab Q4 2018 Mindsphere-Anlagen mit den Cloud-Diensten von Microsoft verbinden.

Mit Azure Sphere ist auch Microsoft in die Entwicklung von Microcontroller Units (MCUs) eingestiegen, die über zusätzliche Sicherheitskomponenten gegen digitale Angriffe verfügen. Die Bauteile werden allerdings nicht von Microsoft produziert, sondern von etablierten Chipherstellern, denen die Baupläne lizenzfrei zur Verfügung gestellt werden. Als Betriebssystem für die Azure Sphere MCU hat Microsoft das Azure Sphere OS mit Linux-Kernel entwickelt, das mit einer Reihe neuer Sicherheitsfunktionen ausgestattet ist. Die dritte Komponente von Azure Sphere ist die Cloud. Der Azure Sphere Security Service sorgt für eine sichere Verbindung zwischen den MCUs in IoT-Geräten, anderen Cloud-Diensten und weiteren Endpunkten.

Industrial IoT auf der Kante: Edge-Computing

Als Alternative zu Geräten auf Basis von ­Microcontrollern oder als zusätzliche Instanz vor der Cloud wurden Edge-Computer entwickelt. Während die Entwicklung und der Einsatz von IoT-Geräten auf Basis von Microcontrollern eher die Domäne von Systemintegratoren ist, sind Edge-Computer im Prinzip Industrie-PCs, die auch über Systemhäuser vertrieben und installiert werden. Zu den Pionieren gehört hier Dell mit den Edge Gateways for IoT und dem VMware Pulse IoT Center als Management-­Infrastuktur. HPE hat die Edgeline-Serie im Angebot, das von Gateways bis hin zu Converged-Systemen mit bis zu vier Blades und 64 Xeon-Cores reicht. Die Intelliedge-Plattform von Fujitsu wurde im Augsburger Werk des Konzerns entwickelt. Sie besteht aus der A700-Appliance und dem G700-Gateway. Mit Colmina verfügt Fujitsu zudem über eine eigene Industrie-Plattform, die derzeit in Japan ausgerollt wird. In Deutschland kooperiert der Hersteller für den Entwicklung von Lösungen mit T-Systems Multimedia Solutions. Für die Partner im Channel hat Fujitsu ein Co-Creating-Programm gestartet, das Partner mit unterschiedlichen Kompetenzen für Projekte auch im IIoT-Umfeld zusammenbringen soll. Ein Teil dieser Strategie ist das jüngst in München eröffnete Digital Transformation Center.

Kein Internet der Dinge ohne die Cloud

Die zentrale Komponente des industriellen IoT ist die Cloud. Zu den führenden Anbietern von passenden Cloud-Diensten gehören AWS mit eigenen Diensten für die ­Anbindung, die Verwaltung und die Absicherung von IoT-Geräten. Zudem steht auch ein Dienst für die Datenanalyse zur Verfügung. IBM legt bei Watson für IoT ­einen Schwerpunkt auf AI-Funktionen für Datenanalyse und Machine Learning. Mit diesen Verfahren soll eine besonders effiziente Predictivce Maintenance, also das Erkennen möglicher Defekte von Maschinen im Vorfeld, möglich sein.

Microsoft bietet neben Azure Sphere weitere IoT-Dienste wie den IoT-Hub oder IoT-Edge auf seiner Azure-Cloud an. IoT Edge soll Edge-Geräten zusätzliche Analyse- und AI-Funktionen bereitstellen. SAP ist ebenfalls im IoT-Sektor aktiv und will hier vor allem für eine Verknüpfung von IoT und Supply-Chain-Prozessen sorgen. Die IoT-Cloud-Dienste der verschiedenen Anbieter eröffnen vor allem für Systemhäuser eine Chance für IIoT-Projekte, die bereits im Cloud-Geschäft für IT-Prozesse aktiv sind.

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Redakteur