Industrial Internet of Things

Digitalisierung und Vernetzung prägen ohne Zweifel schon in naher Zukunft unseren Alltag, aber auch die Art und Weise, wie Industrieunternehmen produzieren. Diese Entwicklung wird unter verschiedenen Begriffen diskutiert: Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und Industrie 4.0 sind die gebräuchlichsten. In Deutschland ist zudem mit Industrial Data Space eine Initiative unter Federführung der Fraunhofer-Gesellschaft entstanden, die eng mit dem Konzept Industrie 4.0 zusammenwirkt. Ziel ist die Schaffung eines einheitlichen Datenraums, der branchenübergreifend den Austausch von Daten zwischen Unternehmen echtzeitnah ermöglicht, und das unter Wahrung maximaler Datensicherheit. Dadurch können neue Geschäftsmodelle entstehen. Angesichts dieser parallelen, teils gegenläufigen, teils komplementären Initiativen und Konzepte stellt sich die Frage, wie sich diese Entwicklungslinien in einen technologisch-wirtschaftlichen Gesamtzusammenhang stellen lassen. Dafür ist aus dem Blickwinkel der hochvernetzten Produktion eine leistungsfähige, durchgängige (englisch: seamless) Vernetzung von zentraler Bedeutung. Nur so lassen sich ""Grabenbrüche"" der Vergangenheit überwinden und neueste technologische Entwicklungen einbeziehen. Eine Kommunikations-Referenzarchitektur schafft den Rahmen für ein Gesamtbild der industriellen Kommunikation von morgen. Ihr kommt vor allem die Aufgabe zu, die wachsende Komplexität zu bewältigen, die durch eine immer größer werdende Zahl von Geräten und Netzwerken entsteht. Anders gesagt: Sie löst die boomenden Insellösungen in der Produktion durch einen einheitlichen Referenzrahmen ab. Darüber hinaus trägt die Referenzarchitektur, in der Standardisierung ein wichtiger Bestandteil ist, mittelfristig zur Kostenreduzierung gegenüber individuellen Lösungen in der Produktion bei. Um die bereits genannte, extrem hohe Anzahl an Geräten und Kommunikationsbeziehungen abbilden zu können, ist in jedem Fall ein hierarchisches Architekturmodell erforderlich. Außerdem stellt die Echtzeitfähigkeit eine wichtige Anforderung dar. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Durchgängigkeit der Datenübertragung, und zwar vom Sensor bis in die Manufacturing Execution Systeme (MES) des produzierenden Unternehmens und, weit darüber hinaus, in die ERP-Systeme von Lieferanten. Oder aber zu neuen Diensten, weil vom heutigen Standpunkt aus nicht klar ist, wie künftige produktionsunterstützende Systeme aussehen werden. Gerade die Anforderung der Durchgängigkeit ist unverzichtbar, um zwei wesentliche Grundbausteine von Industrie 4.0 zu realisieren: die horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke sowie die vertikale Integration der unterschiedlichen Hierarchieebenen von Produktionssystemen. Für eine Kommunikations-Referenzarchitektur bieten sich drei Netzebenen an: das globale Internet, lokale Netze und mobile Netze. Als ergänzende logische Ebenen müssen Edge Computing und Cloud-Computing betrachtet werden. In den lokalen Netzen findet die örtliche Vernetzung mit verschiedenen Zeitanforderungen statt. Kommunikation in harter Echtzeit, also im Mikrosekunden-Bereich etwa bei Maschinen und industriellen Antrieben, wird weiter kabelbasiert bleiben. Jedoch steht dem Bereich Wireless auf der lokalen Netzebene ein starkes Wachstum bevor. Über die Mobilfunktechnologie der 5. Generation ergibt sich eine Überlappung zu den mobilen Netzwerken. Während heutige 4G-Mobiltechnologien wie LTE (Long Term Evolution) im lokalen Bereich nicht so stark vertreten sind, lässt 5G hier eine deutlich höhere Präsenz erwarten. Ab 2020 zeichnet sich eine Verschmelzung von lokaler und mobiler Netzebene ab. Im Hinblick auf die Anforderungen künftiger industrieller Datenübertragung wird sich das globale Internet weiterentwickeln. Speziell in Europa ist eine höhere Leistungsfähigkeit der Netzzugänge dringend erforderlich wie es in vielen asiatischen Staaten bereits heute der Fall ist. Neben den Netzebenen wird es zwei wichtige Hierarchiestufen geben, nämlich Edge Computing und Cloud Computing. Auf der logischen Ebene des Edge Computing werden im Modell der Kommunikations-Referenzarchitektur auch lokale Server IT-Aufgaben übernehmen. Dies kann beispielsweise ein softwarebasierter Instandhaltungsdienst sein, der Hinweise gibt, wann die nächsten Wartungsarbeiten zu erledigen sind. Durch Cloud Computing müssen nicht mehr alle Daten direkt an der Maschine verarbeitet werden, rechnerintensive Prozesse können in öffentliche (Public Cloud) oder firmeneigene Rechenzentren (Private Cloud) ausgelagert werden. Dadurch bleiben die Maschinen selbst schlank, ressourcen- und wartungsarm, und gleichzeitig können die Vorteile der Digitalisierung voll ausgenutzt werden.