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Erfolgreiche “Embedded IoT Integrationen” für die Industrie 4.0

Weg der Daten von der Maschine bis in die Cloud

Das „Internet der Dinge“ ist schon lange keine Fiktion mehr, sondern harte Realität in den Produktionsanlagen und Fabrikhallen (IIoT) vieler Unternehmen. Dies betrifft nicht nur große Industriebetriebe, sondern auch eine steigende Zahl kleiner und mittelständischer Unternehmen aus unterschiedlichsten Branchen. In diesem Beitrag wollen wir einen Überblick zur Frage bieten, was unter “Embedded IoT Integration” zu verstehen ist und welche typischen Herausforderungen bei der praktischen Umsetzung damit verbunden sind. Was bedeutet also “Embedded IoT Integration” im Sinne des industriellen “Internets der Dinge”?

Die 3 Säulen einer Embedded IoT Integration

Im Wesentlichen geht es um das erfolgreiche und effektive Zusammenspiel von drei Technologie-Bereichen:

  1. Datenerfassung mittels Sensoren
    Das „Ding“ beim “Internet der Dinge” ist ein beliebiges Gerät, eine Anlage, eine Maschine in der physischen Welt, deren aktuellen Betriebszustand wir mithilfe von physikalischen Messgeräten (Sensoren) erfassen wollen. In der Regel handelt es sich dabei nicht um einen einzigen Sensor-Messwert, sondern meist um eine Vielzahl unterschiedlichster Sensor-Messwerte - z.B. Temperatur, Dichte, Beschleunigung, Füllstände, Farbe usw.

  2. Datenhandling und Datenkonzentration
    Alle vor Ort gemessenen Daten sollen nun letztlich mithilfe einer (Internet-) Verbindung möglichst in Echtzeit an ein entferntes “Backend” oder “Kontrollzentrum” übermittelt werden. Dazu können die verschiedenen Sensoren einzeln Ihre Messwerte an das Kontrollzentrum übermitteln (was in der Praxis nur selten Sinn macht).

    Viel effektiver ist es, die Daten werden vor der Übermittlung zunächst lokal gesammelt, zusammengefasst und in einer bereits aufbereiteten Form übermittelt. Diese “Zusammenfassung vor Ort” bedarf kleiner, spezialisierter Rechner-Einheiten direkt an oder in den Anlagen. Sie werden also in vorhandene Systeme eingebettet (embedded). Man spricht in diesem Zusammenhang auch von edge computing.

  3. Datenübermittlung (per Funk) - Anbindung an die Cloud
    Der Aufbau einer Verbindung nach außen und die Anbindung an das Cloud-Backend (via Internet) bildet die dritte große technologische Herausforderung beim Aufbau einer gut funktionierenden IoT-Struktur. Geschieht dies - wie meist üblich - kabellos, dreht sich alles um die Frage einer zuverlässigen, sicheren, energiesparenden und optimalen Funkverbindung.

    Einmal mit dem Internet verbunden erfolgt die Anbindung an das Cloud-Backend über eine zentrale Stelle. Als Schnittstelle zwischen den IoT-Geräten und den diversen Cloud-Diensten ist ein gutes Device-Management ein wichtiger Erfolgsfaktor. Unabhängig von der jeweiligen Anwendung werden damit unter anderem Zugangsberechtigungen, Geräteparameter, Verbindungsstatistiken verwaltet und so vor unbefugtem Zugriff geschützt.

Hardware - ready for Embedded Connectivity

Die Hardware muss auch für eine IoT-Integration vorbereitet sein. Eine in sich geschlossene Hardware ohne Kommunikationswege nach außen kann in kein Internet of Things integriert werden. Ob kabelgebunden oder per Funk, ob direkt oder über ein Gateway: eine Internetverbindung muss in jedem Fall aufgebaut werden.

Eine sehr gute und kostengünstige Möglichkeit (insbesondere zum schnellen Aufbau von einfachen Testumgebungen) bietet eine „Out of the Box“ Lösung. Hierbei werden bestehende Geräte, Anlagen oder Maschinen einfach über standardisierte Schnittstellen und mittels Mobilfunknetz an die Cloud angebunden. (Unsere Empfehlung dazu: https://krieger-mis.de/aktuelles/iot-connector-fuer-den-mittelstand).

Embedded Security

Das Thema Security beginnt bereits vor der Verbindung mit dem Internet. Je nach Anwendungsfall muss bereits vor der Datenerhebung für eine angemessene Sicherheit gesorgt werden. Hier kommt die sogenannte “Root of Trust” ins Spiel. Desweiteren bedarf es einer zuverlässigen und sicheren Handhabung der Kommunikationsschlüssel, um potenzielle Sicherheitslöcher erst gar nicht aufkommen zu lassen.

Häufige Herausforderungen und auftretende Fragen bei der individuellen Umsetzung einer Embedded IoT Integration

  • Welche Gesamtstrategie ist erfolgversprechend? Wie können die Rahmenvorgaben in Bezug auf Performance, Kosten, Sicherheit, etc. eingehalten werden?
  • Welche grundlegenden Schnittstellen / Technologien sollen eingesetzt werden (z.B.: kabelgebunden oder kabellos? Bus-verbunden oder nicht?)
  • Bei kabellosen Schnittstellen: welche Netzwerktopologie ist sinnvoll? (z.B.: Mesh Network, Baum, Stern?)
  • Ist ein Gateway notwendig bzw. nützlich oder wird ein Sensor direkt in die Cloud verbunden?
  • Ist eine Interoperabilität mit anderen IoT Modulen notwendig bzw. erwünscht?
  • Wie ist die Energieversorgung geplant? Batteriebetrieb oder Netzbetrieb?
  • Bei Batteriebetrieb: Wie sieht das Konzept zur Verbesserung der Batterielebensdauer aus?
  • Welchen Einfluss haben Montageort und/oder Gehäuse auf die Gesamtleistung des Systems (Stichwort: Funknetz-Störungen)

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