Produktionsanlagen, Fahrzeuge, Gebäude oder technische Geräte erzeugen heute kontinuierlich Messwerte. Sensoren erfassen Temperaturen, Druckverhältnisse, Laufzeiten oder Energieverbräuche und übertragen diese Informationen an übergeordnete Systeme. Dort werden die Daten gespeichert, ausgewertet und für unterschiedliche Anwendungen bereitgestellt. Damit dieser Ablauf funktioniert, müssen Hardware, Kommunikationsnetze, Software und vorhandene Unternehmenssysteme aufeinander abgestimmt werden. Ein IoT-Dienstleister plant die Verbindung von Sensoren, Kommunikationsnetzen und Software so, dass Daten ohne Unterbrechung vom Endgerät bis zur Anwendung übertragen und verarbeitet werden.
Kurzfassung
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Technische Anforderungen entstehen bereits vor der Installation
Die eigentliche Installation von Sensoren bildet nur einen kleinen Teil eines IoT-Projekts. Bereits im Vorfeld muss festgelegt werden, welche Informationen überhaupt benötigt werden und an welcher Stelle sie entstehen. Anschließend wird bestimmt, wie diese Daten übertragen, verarbeitet und genutzt werden.
Ein Temperaturfühler an einer Maschine liefert beispielsweise zunächst lediglich einen Messwert. Erst wenn dieser Wert über ein geeignetes Netzwerk an ein Gateway übertragen, dort verarbeitet und anschließend an eine IoT-Plattform weitergeleitet wird, entsteht ein nutzbarer Informationsfluss. Jeder dieser Schritte setzt passende Schnittstellen, definierte Datenformate und abgestimmte Kommunikationswege voraus.
Fehlen diese Festlegungen, werden Daten häufig mehrfach gespeichert oder erreichen nachgelagerte Systeme nicht vollständig.
Sensoren, Netzwerke und Plattformen arbeiten als zusammenhängendes System
Ein IoT-System besteht aus mehreren technischen Ebenen, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Sensoren erfassen physikalische Größen wie Druck, Füllstand, Feuchtigkeit oder Stromaufnahme. Aktoren reagieren anschließend auf Steuerbefehle und verändern den Zustand einer Maschine oder Anlage.
Zwischen diesen Komponenten übernehmen Kommunikationsnetze die Datenübertragung. Je nach Einsatzgebiet kommen kabelgebundene Verbindungen wie Ethernet oder drahtlose Technologien wie WLAN, Mobilfunk, LoRaWAN oder NB-IoT zum Einsatz. Welche Technik geeignet ist, hängt unter anderem von Reichweite, Energiebedarf, Datenmenge und den Umgebungsbedingungen ab.
Nach der Übertragung gelangen die Messwerte zunächst an Gateways oder IoT-Plattformen, wo sie verarbeitet, gespeichert und ggf. weitergeleitet werden.
Bestehende Anlagen bestimmen den Integrationsaufwand
Ein Maschinenpark besteht meist aus unterschiedlichen Maschinen, die sich sowohl im Hersteller als auch im Alter unterscheiden. Dadurch entstehen heterogene Systemlandschaften mit zahlreichen Kommunikationsprotokollen und Schnittstellen.
Dadurch ergibt sich ein heterogenes Sprachgewirr, das es zu verarbeiten gilt: MQTT, OPC UA, Modbus oder proprietäre Protokolle, um nur einige zu nennen.
Des Weiteren gibt es für die Daten unterschiedliche Nutzer, wie z. B. Manufacturing-Execution-Systeme (MES), die auf diese Informationen angewiesen sind.
Ein IoT-Dienstleister analysiert deshalb zunächst Maschinen, Schnittstellen und vorhandene Anwendungen. Erst danach lässt sich entscheiden, welche Gateways, Schnittstellen oder Konverter benötigt werden, damit Daten ohne Unterbrechung zwischen Produktion und IT fließen. Dieser Schritt verhindert, dass während der Umsetzung unerwartete Anpassungen erforderlich werden.
Planung und Betrieb müssen gemeinsam betrachtet werden
Nach der technischen Bestandsaufnahme wird festgelegt, wie sämtliche Komponenten miteinander verbunden werden. Dabei wird festgelegt, welche Daten an welcher Stelle verarbeitet werden, welche Informationen lokal auf einem Gateway verbleiben und welche an zentrale Anwendungen oder Cloud-Dienste weitergeleitet werden. Gleichzeitig werden Zugriffsrechte, Sicherheitsmechanismen und Möglichkeiten für spätere Erweiterungen definiert. Eine früh definierte Architektur verhindert, bildet die Basis für eine langfristige Planung und einen stabilen Betrieb der beteiligten Maschinen und Anwendungen.
Nach der Inbetriebnahme ist ein kontinuierliches Monitoring aller Komponenten erforderlich. Dazu gehören regelmäßige Prüfungen der Kommunikationsverbindungen sowie die bedarfsgerechte Aktualisierung der Software.
Fällt ein Gateway aus oder ändert sich ein Datenformat, kann dies Auswirkungen auf nachgelagerte Anwendungen haben. Aus diesem Grund endet ein IoT-Projekt nicht mit der Inbetriebnahme, sondern setzt einen geregelten Betrieb einschließlich Wartung und Monitoring voraus.
Praktische Anwendungen zeigen den Nutzen vernetzter Daten
Die Einsatzmöglichkeiten unterscheiden sich je nach Branche deutlich. In der Fertigung überwachen Sensoren Maschinenzustände, erfassen Schwingungen oder Temperaturen und melden Auffälligkeiten bereits vor einem ungeplanten Ausfall. Reparaturarbeiten können dadurch frühzeitig geplant und vor dem Eintreten eines Problems durchgeführt werden.
In der Logistik dokumentieren vernetzte Sensoren den Standort sowie Temperatur- und Feuchtigkeitswerte während des Transports empfindlicher Waren. Die Informationen stehen nahezu in Echtzeit zur Verfügung und lassen sich mit Lager- oder Warenwirtschaftssystemen verbinden.
Auch Gebäude nutzen IoT-Technologien für technische Betriebsabläufe. Sensoren messen beispielsweise den Energieverbrauch einzelner Anlagen oder überwachen Lüftungs- und Heizsysteme. Die erhobenen Daten dienen als Grundlage, um Betriebszustände nachzuvollziehen oder technische Störungen schneller einzugrenzen.
Allen Anwendungen ist gemeinsam, dass die Daten nicht isoliert betrachtet werden. Erst durch die Verknüpfung mit bestehenden IT-Systemen entstehen Informationen, die in Arbeitsabläufe integriert werden können.
Sicherheitsanforderungen betreffen das gesamte System
Jedes zusätzliche Gerät erweitert die Angriffsfläche eines Netzwerks. Deshalb beginnt die Absicherung bereits bei der Auswahl der Hardware. Authentifizierte Zugriffe, verschlüsselte Datenübertragungen und definierte Benutzerrechte gehören ebenso dazu wie regelmäßige Softwareaktualisierungen.
Neben der IT muss auch die Betriebstechnik berücksichtigt werden. Produktionsanlagen arbeiten häufig über viele Jahre hinweg und können nicht ohne Weiteres abgeschaltet werden. Sicherheitsmaßnahmen müssen deshalb so geplant werden, dass sie den laufenden Betrieb nicht beeinträchtigen. Gleichzeitig sollten Netzwerke so aufgebaut sein, dass sich Produktionssysteme und Büro-IT gegenseitig nicht beeinflussen.
Erweiterbarkeit entscheidet über die langfristige Nutzung
Viele Projekte beginnen mit wenigen Maschinen oder einzelnen Produktionslinien. Nach Einführung wächst der Umfang häufig Schritt für Schritt. Zusätzliche Sensoren, weitere Standorte oder neue Auswertungen erhöhen dann die Anforderungen an Datenübertragung, Speicherkapazität und Systemverwaltung.
Schon während der Planung sollte feststehen, wie zusätzliche Geräte und weitere Standorte später eingebunden werden. Standardisierte Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle erleichtern spätere Erweiterungen erheblich, weil bestehende Komponenten weiter genutzt werden können.
Fazit
Ein IoT-Dienstleister verbindet Sensoren, Kommunikationsnetze, Software und vorhandene Unternehmenssysteme so, dass Informationen zuverlässig zwischen allen beteiligten Komponenten übertragen werden. Der Schwerpunkt liegt dabei nicht ausschließlich auf der technischen Umsetzung einzelner Geräte, sondern auf einem durchgängigen Datenfluss vom Sensor bis zur Anwendung. Werden Architektur, Integration, Sicherheit und späterer Betrieb frühzeitig berücksichtigt, entstehen Systeme, die auch bei wachsenden Anforderungen erweitert und zuverlässig betrieben werden können.
