Vom IoT IIoT: Maschinen, Anlagen und IT-Systeme über eine Plattform vernetzen

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Studien zufolge beschäftigt sich in Deutschland rund die Hälfte der Industriebetriebe mit dem Potenzial des Internets der Dinge – andere Länder sind hier bereits deutlich weiter. Um bei den Themen Smart Factory und Industrie 4.0 im globalen Wettbewerb nicht ins Hintertreffen zu geraten, muss insbesondere der deutsche Mittelstand aufholen. Dietechnische Seiteist längst nicht mehr der Engpass: Mit Hilfe ausgereifter IIoT ist es inzwischen für Unternehmen aller Größen mit überschaubarem Aufwand möglich,Maschinen, Anlagen und IT-Systeme zu vernetzen.

„Zwar ist die Technologie vorhanden und ausgereift; allerdings kommen viele Unternehmen aufgrund von organisatorischen Problemen, Cyberrisiken sowie heterogenen Technologie- und Anwendungslandschaften nicht über die Pilotphase hinaus.“

McKinsey

Wie genau können Sie also die Möglichkeiten des IIoT , um Ihr Geschäft zu verbessern? WelcheInfrastrukturbenötigen Sie dafür und wie setzen Sie ein erfolgreiches IIoT um? UnserIIoT erläutertdie Chancen des Industrial Internet of Things und gibt Tipps, wie die Digitalisierung von Industrieprozessen Schritt für Schritt gelingen kann. Ein Glossar und eine FAQ-Liste erklären wichtige Fachbegriffe und beantworten häufig gestellte Fragen rund um die Vernetzung von Maschinen, Anlagen und IT-Systemen. Success Stories Kunden und ein Einblick in die Features IIoT X4 BPMS runden diesen kompakten Leitfaden ab. 

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise: Die IIoT

Damit ein IIoT effektiv funktioniert, muss es zwei Aufgaben erfolgreich bewältigen:

  • Maschinen, Anlagen und IT-Systeme miteinander und mit einer zentralen Plattform vernetzen
  • Daten erfassen, übertragen, speichern, auswerten und für verschiedene Verwendungszwecke aufbereiten

IIoT bestehen aus folgenden Komponenten und Technologien:

  • Cyber-physische Systeme in der Fertigung, z. B. Sensoren und eingebettete Systeme in Maschinen und Anlagen.
  • Industriestandards und Kommunikationskanäle wieOPC UA, die Daten für den Betrieb empfangen und aus dem Betrieb zurück an das System übermitteln
  • Middleware „Übersetzer“ zwischen den Sprachen verschiedener Maschinen oder Hersteller
  • IoT, die alle Elemente integriert
  • Branchenspezifische IT-Systeme, beispielsweise für die Auftragsverwaltung, die Ressourcenplanung oder das Produktlebenszyklusmanagement
  • Big-Data-Anwendungen, die große Datenmengen verarbeiten können
  • Maschinelles Lernen (ML) undKünstliche Intelligenz (KI)für die automatische Selbstoptimierung
  • Cloud-Computing (IaaS, PaaS oder SaaS) und Edge-Computing
  • Leistungsstarke Sicherheitstechnologien und Zugriffsprotokolle

Im Vergleich zum IoT Consumer-Bereich stellt das industrielle IoT höhere Anforderungen an Bandbreite, Konnektivität, Latenzzeiten, Verfügbarkeit und IT-Sicherheit.

Die Chancen: Warum Sie Ihre Maschinen, Anlagen und IT-Systeme vernetzen sollten

Es lohnt sich, das industrielle IoT das eigene Unternehmen zu nutzen und so die eigene Marktposition zu stärken – nicht nur für Großkonzerne, sondern auch für kleine und mittelständische Unternehmen. Besonders groß ist das Potenzial im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der verarbeitenden Industrie, für Logistikunternehmen, in der Agrarindustrie, für Energieversorger und in der Öl- und Gasindustrie, im Automobilsektor und in der Elektronikindustrie. Dabei reicht IIoT über die eigentliche Fabrik hinaus. Es betrifft die gesamte Lieferkette – von Zulieferern über Produktions- und Lieferpartner bis hin zum Kunden.

Anwendungsbereiche: 5 Beispiele für IIoT

  • Zustandsüberwachung:Mit IoT können Sie kritische Komponenten und Funktionen von Maschinen, Anlagen und Systemen in Echtzeit überwachen. Sensoren und Messgeber werden über das IoT , und die Zustandsdaten werden von einem geeigneten Tool zur Zustandsüberwachung gespeichert und ausgewertet. Die Analyse physikalischer Größen wie Temperatur, Schall oder Schwingung ermöglicht es, Abweichungen frühzeitig zu erkennen und so die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Anlagen zu erhöhen.
  • Vorausschauende Instandhaltung:Ein funktionierendes Zustandsüberwachungssystem ermöglicht die vorausschauende Instandhaltung: Mithilfe von maschinellem Lernen (ML) wird die Wahrscheinlichkeit des Eintretens bestimmter Ereignisse berechnet und so eine mögliche Störung proaktiv erkannt. Instandhaltungsarbeiten werden nicht mehr nach festen Zyklen, sondern bedarfsgerecht geplant – möglichst im laufenden Betrieb. Auch Ersatzteile können rechtzeitig bestellt werden.
  • Track & Trace in der Lieferkette:An Produktionszyklen ist nicht nur die eigene Fertigung beteiligt, sondern in der Regel auch mehrere Zuliefer- und Logistikunternehmen. Mithilfe von Track & Trace ermöglicht eine IoT eine werksübergreifende Rückverfolgbarkeit, um festzustellen, an welcher Stelle der Lieferkette sich eine bestimmte Komponente oder ein fertiges Produkt befindet.
  • Qualitätsmanagement:Durch Track & Trace in Verbindung mit den erfassten Prozessdaten, Messwerten und Fehlerinformationen lässt sich das Qualitätsmanagement deutlich verbessern: In der Prozessplanung werden Sollwerte für Maschinenparameter, Prüfmerkmale und Prüfergebnisse hinterlegt und kontinuierlich mit den Ist-Werten abgeglichen. Bei Bedarf können sofort Maßnahmen ergriffen werden, von Reparaturschleifen bis hin zur Sperrung des gesamten Prozesses. Ausschussproduktion und Nacharbeit werden reduziert, und die Produktionskosten sinken.
  • Fertigungsmanagement:Aufträge anlegen, weiterleiten, stornieren, filtern und sortieren, Auftragsspitzen erkennen und mit der Maschinenauslastung sowie dem Materialverbrauch abgleichen: Mithilfe der auf der IoT aggregierten Daten sinken die Reaktionszeiten, und die vorhandenen Ressourcen werden effizienter genutzt. Auch Funktionen für Maschinenführer können intelligent bereitgestellt werden, beispielsweise die Verwaltung von Prüflosen zur Qualitätssicherung oder die automatisierte Werkzeugprüfung. Ziel ist ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess.

Ziele und Vorteile des IIoT

Im Rahmen der digitalen Transformation sind IIoT ein leistungsstarkes Instrument zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit und zur Steigerung der Widerstandsfähigkeit in unsicheren Märkten.

Höhere Effizienz:Mithilfe des IIoT Betriebskosten senken und die Produktivität steigern. Ungeplante Ausfallzeiten werden verkürzt, Maschinen besser ausgelastet, der Durchsatz in der Produktion verbessert, Ausschuss vermieden und die Logistik optimiert. Mithilfe von KI und ML lassen sich maschinelle und menschliche Ressourcen vorausschauend planen und einsetzen. Bei Abweichungen vom Plan können Produktionsprozesse flexibler angepasst werden.

Gesünderer Maschinenpark:Da Sensordaten in Echtzeit wertvolle Einblicke in den Zustand von Maschinen liefern, lassen sich Maschinenausfallzeiten verkürzen und die Lebensdauer der Maschinen verlängern. Durch KI in Form von Predictive Maintenance lässt sich dieser Vorteil noch weiter ausbauen.

Mehr Arbeitssicherheit:Neben dem betriebswirtschaftlichen Vorteil trägt ein gesünderer Maschinenpark auch zur Arbeitssicherheit der am Prozess beteiligten Personen bei. Das Risiko von Arbeitsunfällen sinkt, Belastungen durch Emissionen lassen sich besser kontrollieren und minimieren. Auch intelligente Wearables können Mitarbeitern dabei helfen, ihre Erfahrungswerte mit der Präzision intelligenter Sensoren zu kombinieren.

Höhere Kundenzufriedenheit:IIoT betreffen nicht nur Maschinen und Anlagen, sondern auch die Kunden des Unternehmens: Industrieportale mit Echtzeitinformationen verbessern das Kundenerlebnis. Die Produktqualität steigt, die Logistik wird zuverlässiger und reaktionsschneller. Kundenpräferenzen und geänderte Kundenwünsche lassen sich besser in die Produktion einbeziehen, bis hin zur Losgröße 1.

Intelligente Bestandsverwaltung:IIoT können dazu beitragen, verteilte Lager, Produktionsstandorte und Liefernetzwerke miteinander zu vernetzen. Logistikmanager wissen in Echtzeit, wo sich die Bestände befinden, und auch die lückenlose Rückverfolgbarkeit ist gewährleistet.

Bessere Strategien:Das IIoT die technologische Grundlage für die Umsetzung zusätzlicher Dienstleistungen (z. B. im Aftermarket) sowie neuer Geschäfts- und Erlösmodelle – mit kurzen Markteinführungszeiten und lernenden Prozessen. Auch der Fachkräftemangel lässt sich durch eine intelligentere Produktion besser abfedern.

Glossar rund um IoT IIoT

Edge-Computing

Eine Form des Cloud Computing, bei der die Datenverarbeitung auf die Endgeräte verlagert wird, sodass der Umweg über die Cloud entfällt.

IIoT

Das industrielle Internet der Dinge (kurz: IIoT) nutzt und optimiert das IoT den industriellen Kontext, also für die Vernetzung industrieller Maschinen, Anlagen und IT-Systeme. IIoT Potenzial für die unterschiedlichsten Bereiche der Industrie.

Industrie 4.0

Der Begriff „Industrie 4.0“ bezeichnet den vierten großen Wandel in der industriellen Produktion, der durch dieMöglichkeiten der Digitalisierung ausgelöst wurde. Im Mittelpunkt steht die intelligente Vernetzung von Prozessen und Maschinen, die miteinander kommunizieren.

IIoT

IIoT(häufig kurz als IoT bezeichnet) sind Dreh- und Angelpunkt, Servicezentrale und Wegbereiter der industriellen Digitalisierung. Zu ihren Hauptaufgaben zählen die Identifizierung und Anbindung von Maschinen, Anlagen und Anwendungen, das Netzwerkmanagement, das Erfassen, Verwalten, Visualisieren und Analysieren von Daten sowie das Reporting. Neben der Offenheit der IoT für eine flexible Skalierung des Netzwerks spielen Sicherheit und Datenschutz eine zentrale Rolle.

IoT

Das Internet der Dinge (IoT, engl. „Internet of Things“) bezeichnet die Vernetzung physischer Objekte mit dem Internet mithilfe von Sensoren. IoT sind auf die Verbraucherbereiche Smart Home und Unterhaltungselektronik ausgerichtet. Typische vernetzte Objekte sind Fahrzeuge, Haushaltsgeräte, Haustechnik und Wearables. Im Sprachgebrauch wird der Begriff IoT auch als Synonym für IIoT, also für den industriellen Sektor, verwendet.

Middleware

Unternehmen setzen Hardware und Software ein, die häufig von unterschiedlichen Herstellern stammen und nicht kompatibel sind. Damit IoT und IIoT dennoch zusammenarbeiten und Daten austauschen können, bedarf es eines Bindeglieds: Die Middleware als „Vermittler“, Middleware die Daten in die jeweils benötigte Sprache Middleware und bildet aus heterogenen Anwendungen eine homogene Systemlandschaft. Beispielsweise kann eine Middleware sorgen, dass Scanner, Etikettendrucker, Maschinensensoren, Datenbanken sowie ERP und MES-Systeme untereinander kommunizieren. Eine spezielle Form der Middleware ist derEnterprise Service Bus ESB).

OPC UA

OPC steht für „Open Platform Communication“ und ist einer der wichtigsten Kommunikationsstandards für IoT, um den Datenaustausch zwischen Maschinen, Geräten und IT-Systemen im industriellen Umfeld zu ermöglichen. UA steht für „Unified Architecture“ und bezeichnet die neueste Spezifikation des Standards. Mit OPC UA lassen sich Maschinen und Anlagen einfacher und sicherer vernetzen und umgestalten – plattformunabhängig, herstellerübergreifend und von der Feldebene bis in die Cloud.

In 4 Schritten zur IIoT

Unternehmen, die eine eigene IIoT planen, sollten lösungsorientiert vorgehen. Die Implementierung birgt nicht nur praktische, sondern auch strategische Herausforderungen: Es reicht nicht aus, Sensoren in Maschinen einzubauen oder große Datenmengen zu sammeln. Zunächst müssen Unternehmenklären, was sie mit der Vernetzung ihrer Maschinen, Anlagen und Systeme genau erreichen möchten. Geht es um mehr Transparenz, Effizienz oder Flexibilität? Der Beitrag der IIoT zum Unternehmenserfolg sollte während des gesamten Projekts klar im Fokus bleiben – denn die Möglichkeiten des IIoT groß und nicht alles ist für jedes Unternehmen sinnvoll.

Ein systematischerAnsatz in vier Phasenhat sich bewährt:

1. Smartifizierung

Neue Maschinen sind heute in der Regel serienmäßig mit integrierten Sensoren und anderen Mess- und Kommunikationstechniken ausgestattet. Die Maschinenparks des produzierenden Mittelstands in Deutschland sind jedoch häufig sehr heterogen – sowohl hinsichtlich des Alters als auch hinsichtlich der Hersteller und Systeme. Das sogenannte „Retrofitting“ ermöglicht es, analoge Maschinen IIoT zu machen. Wichtig ist, dass die Maschinen und Anlagenzielgerichtet aufgerüstet werden: Welche Prozessparameter sollen in Zukunft zur Optimierung der Produktion erfasst werden? Welche Signale sind dafür erforderlich und wie können diese Signale gemessen oder ausgelesen werden? Ist eine externe Sensorik erforderlich oder sind die Parameter bereits in der Maschinensteuerung vorhanden?

2. Konnektivität

Für IIoT Maschinen und Anlagen in der Lage sein, mit anderen Maschinen und IT-Systemen zu kommunizieren und Daten auszutauschen. Die Grundlage für zukunftsfähige Konnektivitätslösungen bilden in der Regel ein lokales Maschinen- oder Anlagennetzwerk, Edge-Hardware und/oder eine Public Cloud sowie eine IIoT als verbindende „Zentrale“ aller Komponenten.

3. Arbeiten mit Daten

Sobald die technologische Infrastruktur steht, können Unternehmen damit beginnen, ihre Maschinendaten zu nutzen. Die definierten Prozesse aus Fertigung und Logistik werden digital auf der IIoT abgebildet, Dashboards eingerichtet und Berichte erstellt. Welche Datenanalysen werden benötigt? Wie sollen diese visualisiert werden? Wer hat Zugriff auf welche Daten – intern und extern? Welche Abläufe werden automatisiert und wo ist menschliches Eingreifen erforderlich?

4. Lernendes System

Wenn das Erfassen, Aufbereiten und Auswerten der Daten reibungslos funktioniert, kann ein Lern- und Optimierungsprozess in Gang gesetzt werden: Wie lassen sich aus dem Datenpool Prognosen ableiten, beispielsweise für die vorausschauende Instandhaltung oder die Lieferkette? Wie kann das System mithilfe von KI maschinell lernen und sich so kontinuierlich verbessern? Beispielsweise können Maschinen lernen, die Reihenfolge der geplanten Fertigungsaufträge zu ändern, weil der Ausfall einer Maschine prognostiziert wird oder im Lager eine Komponente fehlt.

Beim IIoT geht es IIoT nicht nur um technischen Fortschritt auf der Produktionsebene, sondern auch um die Weiterentwicklung auf der Geschäftsebene. Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse aus den Daten sollten das Geschäftsmodell und die Monetarisierungsstrategie immer wieder auf den Prüfstand gestellt werden: Wünschen sich Kunden oder Lieferanten ein Portal, oder lässt sich ein bestehendes Portal verbessern? Lassen sich durch digitale Dienste neue Einnahmequellen erschließen?

Maschinen, Anlagen und IT-Systeme über die IoT X4 BPMS vernetzen

Voraussetzung für IIoT des Potenzials des IIoT ist eine stabile und flexible Plattform. Das X4 BPMS von SoftProject kann über den X4 ESB ( Enterprise Service Bus Aufgaben einer integrativen und hochflexiblenDigitalisierungs- und IoTübernehmen:

  • Kommunikation zwischen physischen Geräten, die mit Sensoren ausgestattet sind
  • Speicherung und Verwaltung von Geräte- und Sensordaten
  • Integration interner und externer Datenquellen über standardisierte Adapter
  • Entwicklung individueller Adapter ohne Programmierkenntnisse (Low-Code)
  • Visualisierung von Betriebs- und Maschinendaten in Echtzeit
  • Absicherung des Systems durch unterschiedlichste Sicherheitsmaßnahmen (Verschlüsselung, Authentifizierung, Proxy-Server, …)
  • Modellierung intelligenter IoT an der Schnittstelle zum Nutzer/Kunden
  • Digitalisierung komplexer Industrieprozesse mithilfe von Standards aus demBusiness Process Management (BPM)
IoT

Diemehr als 200 Adapterdes X4 BPMS verbinden Maschinen, Technologien und externe Dienste zu einer individuellen Datenplattform:

  • Adapter für Big Data und Data Mining
  • Adapter für KI
  • Adapter für leistungsstarke Public Clouds
  • Adapter für industrielle IoT(OPC-UA, MQTT, ModBus, S7 …)
  • Adapter für die Kommunikation (TCP/IP, FTP, ERP )

Mit der Abonnementfunktion des OPC-UA-Adapters steigert das X4-BPMS seine IIoT weiter: Über Filter werden gezielt ausgewählte Nachrichten abonniert (z. B. Sensordaten oder Maschinendaten aus der Fertigung) und können so sofort in X4-Prozessen weiterverarbeitet werden. Dadurch werden typische IIoT wie Track & Trace oder Condition Monitoring noch leistungsfähiger.

Typische Anwendungsbereiche der IoT X4 BPMS in der Industrie:

  • Vorausschauende Instandhaltung
  • Werksinterne Nachverfolgung
  • Nachverfolgung in der Lieferkette
  • Fertigungsmanagement
  • Kunden- und Vertriebsportale
  • Externe Service-Portale
  • Datenanalyse
  • Stammdatenmanagement

IIoT -Anwendungsfälle: Beispiele aus der Praxis

Vom Einkauf bis zur Fertigung, vom Supply-Chain-Track-&-Trace bis zur vorausschauenden Instandhaltung: Die intelligente Vernetzung von Maschinen und IT-Systemen steigert den digitalen Reifegrad in der Produktion. Wir stellen Ihnen zwei Beispiele aus unseren Kundenprojekten vor.

Projektbeispiel 1: Einsatzplanung von Prüfmitteln bei Testo Industrial Services

Die Testo Industrial Services GmbH ist einer der führenden deutschen Anbieter von messtechnischen Dienstleistungen, unter anderem in den Bereichen Kalibrierung, Prüfmittelmanagement, Qualifizierung und Validierung. Im Prüfmittelmanagement-Portal PRIMAS verwalten rund 4.600 Kunden ihre Prüfmittel, planen Aufträge, erstellen Lieferscheine und können Zertifikate einsehen. Das Portal wurde mithilfe der Low-Code-Digitalisierungsplattform X4 BPMS umgesetzt und modernisiert. Alle Partner des Portals – Kunden, Lieferanten, Logistikpartner und Industrieservice – sind über die ESB-Funktionalität angebunden, ebenso wie verschiedene Backend-Systeme wie SAP und SharePoint DMS. Alle Daten werden in Echtzeit aktualisiert.

Projektbeispiel 2: Störungsmanagement in der Leitzentrale bei BMW

Im Falle einer Panne lokalisiert das weltweit einzigartige Einsatz-, Leit- und Ortungssystem ELOS von „BMW Mobile Service“ innerhalb weniger Sekunden das nächstgelegene BMW-Servicemobil und schickt dieses zum Pannenort. SoftProject entwickelte eine leistungsstarke Anwendung auf Basis der Plattform X4 BPMS: Die Auswahl des Servicemobils erfolgt anhand von Ortungs- und Statusdaten sowie des in die Lösung integrierten Kartenmaterials. Der passende Kartenausschnitt wird bei der Erfassung der Adresse des Pannenfahrzeugs automatisch ermittelt und zeigt neben dem aktuellen Standort des defekten Fahrzeugs auch alle BMW/Mini-Dienstleister wie z. B. Abschleppunternehmen an. Anwender innerhalb des BMW-Netzwerks sowie externe Nutzer greifen sicher auf die Anwendung zu. Die X4 BPMS unterstützt zudem den gesamten Prozess des zentralen Pannenmanagements, wie die Datenerfassung, die Fahrzeugkoordination und den Schadensbericht.

Häufig gestellte Fragen zur Vernetzung von Maschinen, Anlagen und IT-Systemen

Was ist der Unterschied zwischen IoT IIoT?

IoT Internet der Dinge) und IIoT Industrielles Internet der Dinge) basieren auf denselben Konzepten und Technologien: Im Mittelpunkt stehen intelligente und vernetzte Geräte und Systeme. Das IoT auf Smart-Home-Anwendungen und intelligente Unterhaltungselektronik ab. Beim IIoT hingegen industrielle Prozesse und Abläufe im Mittelpunkt – Stichwort Industrie 4.0. Beim IIoT daher die Datenmengen und der Rechenaufwand deutlich größer und die Sensoren empfindlicher und präziser.

Nein, nicht ganz. Während bei M2M (Machine to Machine) der Schwerpunkt auf der Kommunikation zwischen Geräten innerhalb desselben Netzes (Mobilfunk, WLAN, Bluetooth…) liegt, umfasst IIoT die Vernetzung über Systemgrenzen hinweg – wenn beispielsweise die Maschine eines Unternehmens X Daten mit dem externen Servicepartner Y austauscht und so automatisch einen Reparatur- oder Wartungsauftrag auslöst.

Ein hoher Entwicklungsaufwand und ein Mangel an IT-Fachkräften zählen zu den größten Hindernissen bei der Umsetzung von IIoT. Vor allem mittelständische Maschinenbauer sind sich zwar des Potenzials von IIoT bewusst, doch eigene Initiativen werden entweder gar nicht erst gestartet oder kommen nur schleppend voran. Mit Low-Code-Tools können Mitarbeiter auch ohne Programmierkenntnisse in kurzer Zeit intelligente IIoT entwickeln und umsetzen.

Meistens ist es unwirtschaftlich, beim Start eines IIoT den Maschinenpark komplett auszutauschen. Beim digitalen „Retrofit“ geht es darum, Altsysteme kostengünstig mit der erforderlichen Sensor- und Steuerungstechnik nachzurüsten – wenn möglich im laufenden Betrieb ohne Ausfallzeiten.

Worauf warten? Nutzen Sie das Potenzial des IIoT!

Die Zahl der vernetzten Geräte und Sensoren im Industrial Internet of Things wächst rasant, und das IIoT als einer der prägendsten Technologietrends der Zukunft. Für Unternehmen stellt sich daher nicht die Frage, ob sie die digitale Transformation in Angriff nehmen möchten, sondern wann. Auch wenn der Fertigungssektor nach wie vor der dominierende Anwendungsbereich ist, erkennen auch andere Märkte wie Logistikdienstleister, die Agrarindustrie und Energieversorger das Potenzial des IIoT ihre Geschäftsmodelle. Verlassen Sie die Proof-of-Concept-Phase und starten Sie mit der Umsetzung! Unsere IIoT beraten und begleiten Sie dabei gerne – von der Strategie bis zur technologischen Umsetzung.

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