Warum IoT?

Das Internet of Things (IoT) ist einer der wichtigsten technologischen Trends unserer Zeit. Der Impact auf Unternehmen und unsere Arbeitswelt ist gewaltig - Industrielle IoT-Prozesse haben das Potenzial, die Art wie wir heute Güter produzieren grundlegend zu verändern. Die Kernidee im industriellen IoT ist dabei recht einfach: Einzelne Dinge ("Things") der Produktion - seien es Anlagen, Maschinen oder Werkzeuge - werden über das Internet an eine zentrale Stelle angebunden und liefern fortan Daten. Diese Daten umfassen beispielsweise den Betriebszustand einzelner Geräte, die aktuelle Position bestimmter Güter und Werkzeuge oder sensorische Messwerte der Umgebung. All diese Informationen werden zentral gespeichert und durch IT-Systeme fortlaufend analysiert und aufbereitet.

Was zunächst nach "Leitstand mit Internet" klingt, liefert bei näherer Betrachtung die Basis für eine ganze Reihe weitreichender Innovationen. Mit Hilfe moderner Kommunikationstechnologien, Cloud-Systemen und Möglichkeiten der Datenanalyse kann der Ablauf in einer Produktion mittels IoT ganzheitlich und zu jedem Zeitpunkt erfasst und im Zeitverlauf automatisiert ausgewertet werden. Diese Informationen bieten Unternehmen vollkommen neue Einblicke in den Produktionsablauf und den Betrieb ihrer Anlagen. Bei der Gestaltung von Produktion, Produkten und Geschäftsmodellen ergeben sich dabei ganz neue Möglichkeiten. Ein Ziel könnte etwa sein, den Automatisierungsgrad der eigenen Produktion zu erhöhen. Die gesammelten Daten bieten eine wertvolle Grundlage für die Prozesssteuerung, etwa für Maschinen, die sich untereinander selbstständig koordinieren. Die gesammelten Daten geben jedoch auch wertvolle Einblicke in den Ist-Prozess: Wie läuft der innerbetriebliche Materialfluss tatsächlich ab? Wo entstehen Abweichungen zum Soll-Prozess? Können Abläufe noch effizienter gestaltet werden?

Doch nicht nur die eigene Produktion profitiert von IoT-Technologien: Anlagen- und Maschinenbauer können Daten ihrer Maschinen vor Ort beim Kunden sammeln, um ihnen bessere Serviceangebote zu machen und die eigene Serviceorganisation zu verschlanken. So können auf Basis sensorischer Informationen und Betriebsdaten etwa notwendige Wartungseinsätze vorausgesagt und vorausschauend geplant werden. Die Daten geben aber auch wertvolle Einblicke in die Verwendung einer Anlage durch den Kunden: Dies erlaubt ein gezieltes Upselling im Vertrieb, aber auch die Einführung nutzungsbasierter Geschäftsmodelle (Stichwort: "Product as a Service"), bei denen eine Maschine günstig erworben werden kann und fortlaufend bedarfsorientiert abgerechnet wird.

Autor

Marco Bürckel
Geschäftsführer

Zu viele Unklarheiten erschweren den Einstieg

Der Einstieg in die IoT-Welt ist jedoch auch mit neuen Herausforderungen verbunden. So müssen sich Unternehmen mit einer großen Anzahl unterschiedlichster IT-Technologien befassen, welche teils neue Herangehensweisen und Methoden erfordern. Es stellt sich die Frage nach der notwendigen Infrastruktur und der Sicherheit derart vernetzter Prozesse. Beim Sammeln von Daten im Kundenbetrieb kommen schnell datenschutzrechtliche Bedenken auf. Je nach Anwendung kommen eine Reihe betriebswirtschaftlicher und organisatorischer Überlegungen hinzu: Ein nutzungsbasiertes Geschäftsmodell führt man beispielsweise nicht von heute auf morgen ein. Eine vorausschauende Wartung kann zwar technisch machbar sein, muss aber auch von der Service-Organisation getragen werden.

Gerade kleinere und mittelständische Unternehmen sehen sich bei der Einführung von IoT einem Berg von Aufgaben gegenüber. Ist das Internet der Dinge letztlich nur etwas für große Konzerne? Keineswegs! Gerade KMU können sich mit dem Internet of Things einen schnellen Wettbewerbsvorteil verschaffen, da sie Veränderungen in der Produktion, in der Organisation oder im Geschäftsmodell in aller Regel deutlich schneller umsetzen können, als es in großen Unternehmen der Fall wäre. Mit der richtigen Infrastruktur und einer agilen Vorgehensweise lassen sich IoT-Projekte mit verhältnismäßig geringem Aufwand umsetzen und schrittweise verfeinern und skalieren.

Sie haben prinzipiell Interesse an IoT-Anwendungen, sind sich jedoch unsicher, wie Sie Ihre Projekte konkret gestalten sollen? In diesem Artikel möchten wir Ihnen einige Tipps an die Hand geben.

Ein Proof of Concept ersetzt lange Diskussionen

Zu Beginn muss zunächst einmal der Nutzen eines IoT-Projekts klar umrissen sein. In aller Regel steht am Anfang eine Idee, wie man mit IoT einen bestimmten Mehrwert erzielen könnte. Nehmen wir einmal an, wir möchten künftig Sensoren einsetzen, um Anomalien in einem kritischen Produktionsabschnitt frühzeitig zu erkennen. Die Idee ist dabei, Ausfallzeiten zu minimieren und eine gezieltere Qualitätssicherung zu ermöglichen. Das Vorhaben ist mit einigen Fragezeichen behaftet: Welche sensorischen Messdaten müssen wo erfasst werden? Welche Auswertungsverfahren der Daten werden uns welche Rückschlüsse erlauben? Um wie viel Prozent können wir die jährliche Ausfallzeit letztlich senken?

Vielleicht könnten wir auf Basis vergangener Erfahrungen und Vermutungen eine erste Antwort auf diese Fragen geben. Letztlich wissen wir es aber nicht. Wir können keine belastbare Einschätzung geben, ohne mehr über das Vorhaben und seine praktischen Aspekte zu lernen. Das gilt sowohl für die technische Umsetzung, als auch für betriebswirtschaftliche und prozessbezogene Fragestellungen. Daher ist es wichtig, frühzeitig in eine Experimentierphase zu gehen. Ein Proof of Concept (PoC) liefert den Nachweis, dass die Idee in der Realität tatsächlich den gewünschten Nutzen bringt und gestattet uns eine qualifizierte Einschätzungen zum tatsächlichen Mehrwert. Der PoC sollte dabei möglichst schlank und kostenbewusst gestaltet werden. Dabei helfen folgende Überlegungen:

  • Konzentrieren Sie sich in der Entwicklung auf den technischen Durchstich

    Technisch gesehen sollte im ersten Schritt möglichst minimalistisch vorgegangen werden, denn Entwicklungskosten machen einen PoC schnell teuer. Am Beispiel des obigen Szenarios möchten wir zunächst einmal Sensoren verbauen, von denen wir uns sinnvolle Messdaten erhoffen. Diese Daten möchten wir an eine zentrale Stelle übermitteln und dort auswerten. Im ersten Schritt erfolgt diese Auswertung wahrscheinlich sogar händisch. Auf Basis der gesammelten Daten kann Ihr Entwicklungsteam gemeinsam mit den Experten aus der Fertigung entscheiden, ob die sensorische Erfassung verändert werden muss und auf welche Maßzahlen es bei der Analyse ankommt. Dieser minimale Durchstich aus Erfassung, Speicherung und Sichtung der Daten liefert wahrscheinlich schon nach wenigen Wochen erste Erkenntnisse für die produktive Lösung.

  • Schenken Sie sich im ersten Schritt langatmige Konzeptüberlegungen und Dokumentationen

    Man kann in so einem Projekt über sehr viele Dinge nachdenken: Die Auswahl der Sensoren, die schnellste Übertragung der Daten, die beste Software-Architektur und ausgeklügelte Analyse-Pipelines in der Cloud. Wenn wir uns auf den Durchstich konzentrieren, sollten wir all diese Dinge im ersten Moment nur so weit betrachten wie absolut notwendig. Insbesondere sollten zu diesem Zeitpunkt keine größeren Dokumente wie Lastenheft, Pflichtenheft oder eine Architekturdokumentation entstehen. Das heißt nicht, dass Architekturüberlegungen nicht wichtig wären. Es ist jedoch meistens besser, mit einem Minimalsetup zu starten und das Konzept später schrittweise zu verfeinern. Meistens sind die Entscheidungen dann auch fundierter, weil man bereits praktische Erfahrungen sammeln konnte.

  • Halten Sie Anforderungen in einem Backlog fest

    Nutzen Sie Methoden der agilen Entwicklung wie Scrum oder Kanban. Der Vorteil ist, dass die Entwicklung in kleinen Schritten verläuft und regelmäßig an neue Gegebenheiten angepasst werden kann. Dabei verzichtet man auf ein klassisches Lastenheft. Stattdessen schneiden Sie Anforderungen und Arbeitspakete in kleine Aufgaben, die Sie an einem zentralen Ort für alle Beteiligten verfügbar machen und in ihrer Reihenfolge priorisieren. Dieses Backlog dokumentiert alles, was im Projekt zu tun ist. Beschreiben Sie in jeder Aufgabe kurz und prägnant, "was" Sie brauchen und "warum" Sie es brauchen. Dabei muss das Backlog zu Beginn nicht komplett sein, sondern kann über die Zeit verfeinert werden. So gelingt ein schneller und unkomplizierter Start im Projekt, bei dem die Projektorganisation, die Anforderungsspezifikation und die Entwicklung gemeinsam lernen und wachsen können.

  • Beteiligen Sie Ansprechpartner der Fachabteilung im Entwicklungsprozess

    IoT-Projekte sind keine IT-Aufgabe. IoT-Projektteams sollten interdisziplinär aufgestellt sein. Binden Sie die Experten des jeweiligen Anwendungsbereichs in den kreativen Schaffensprozess ein. Soll eine IoT-Lösung neue Vertriebschancen eröffnen, sollte von Beginn an ein Vertriebsexperte mit am Tisch sitzen. Kommt eine IoT-Lösung in der Produktion zum Einsatz, brauchen Sie das Know-How eines Produktionsmitarbeiters.

  • Proof of Concept = Proof of Value

    In der PoC Phase sollte neben der Technologie auch der vermutete Mehrwert bzw. betriebswirtschaftliche Nutzen validiert werden. Das geht natürlich am Besten, wenn man tatsächlich einen Prototypen hat, mit dem man experimentieren kann. Wenn Ihre IoT-Lösung beispielsweise eine Effizienzsteigerung in der Produktion bewirken soll, dann sollte dies in einem kontrollierten Umfeld auch getestet und verglichen werden. Wenn Sie innovative Service-Lösungen für Kunden erarbeiten, dann ist es ratsam, schon in der PoC-Phase mit Pilotkunden zu kooperieren, bei denen das entstehende System live ausprobiert werden kann.

Der richtige Mix aus Zukauf und Eigenentwicklung

IoT-Lösungen basieren hochgradig auf den individuellen Gegebenheiten der jeweiligen Fertigung und der heterogenen Systemlandschaft, die einer Produktion zugrunde liegt. Wenn Sie IoT-Projekte umsetzen, ist ein gewisser Grad an Eigenentwicklung also notwendig. Nicht selten geht es beim Internet of Things um kreative Lösungen, die Ihrem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil verschaffen sollen. Für eine nachhaltige Differenzierung zum Wettbewerb scheiden Lösungen "von der Stange" also wahrscheinlich aus.

Ebensowenig ist es ratsam, eine IoT-Lösung vollständig in Eigenregie zu entwickeln. Die grundlegenden Infrastruktur- und Kommunikationsthemen wie das Gerätemanagement, die sichere Datenübermittlung oder die effiziente Aufbereitung der Daten im Batchprozess sind hochkomplexe Themen. Die Lösungen der großen Anbieter von IoT-Plattformen wie Microsoft, Google oder Amazon wurden oft über Jahre hinweg perfektioniert und haben sich in unzähligen Einsätzen bewährt. Es ist relativ unwahrscheinlich, in einem überschaubaren Zeitraum annähernd vergleichbare Lösungen zu erschaffen. Viel mehr sollte die Eigenentwicklung auf der bewährten IT-Infrastruktur von IoT-Plattformen aufbauen, und sich auf die Aspekte der eigenen Produktion und der eigenen Geschäftsprozesse konzentrieren.

Dieser Mix aus fertiger Infrastruktur und eigener Logik ist auch aus Sicht der Kosten und Flexibilität sehr attraktiv: Auf Basis von Cloud-Plattformen wie Microsoft Azure können zentrale IoT-Dienste binnen weniger Minuten aufgesetzt und im Monatsabonnement verwendet werden. Unterschiedliche Skalierungsstufen erlauben dabei günstige Einstiegspreise. Die teure Anschaffung von IT-Hardware wird damit obsolet.

IoT-Dienstleister können die Entwicklung zielgerichtet beschleunigen und Wissen vermitteln

Beim Thema IoT werden zwei Entwicklungsdisziplinen vereint, welche bislang eher getrennt voneinander existierten: Die Automatisierungstechnik und der Themenbereich der Cloud-/Internettechnologien. Die Entwicklung der Maschinensteuerung wird dabei plötzlich um eine Vielzahl IT-spezifischer Problemstellungen ergänzt. So müssen IoT-Geräte etwa mit einer zentralen Plattform kommunizieren. Dies ist nicht zuletzt eine Frage der Sicherheit. Aber auch der enorme Umfang der Daten erfordert spezielle Herangehensweisen. Die sensorischen Messwerte können je nach Anwendungsfall aus tausenden von Samples pro Sekunde bestehen. Es gilt nicht nur, die Daten vernünftig strukturiert abzulegen, sondern es müssen auch Strategien zur effizienten Analyse entwickelt werden. Derartige Problemdomänen bringen jeweils ihre eigenen Verfahren, Entwurfsmuster und Best Practises mit sich. Wenn Ihre Entwicklungsabteilung in der Vergangenheit eher wenig Erfahrung mit diesen IT-lastigen Themenfeldern sammeln konnte, dann ist es sehr wichtig, dass sie die Zeit bekommt, entsprechende Erfahrungen zu sammeln und das Know-How aufzubauen.

Ein IoT- bzw. Cloud-Dienstleister kann hier wertvolles Wissen zu Best Practises vermitteln und die Kompetenzen Ihres internen Entwicklungsteams in einer gemeinsamen PoC-Entwicklung ergänzen. Wichtig dabei ist, dass der Wissensaustausch zwischen interner Entwicklung und dem externen Dienstleister dann auch konsequent betrieben wird. Im Regelfall werden IoT-Lösungen eng mit den Wertschöpfungsprozessen des jeweiligen Unternehmens verzahnt bzw. sollen sich dahin entwickeln. Es macht daher für die meisten Unternehmen Sinn, entsprechendes IoT-Know-How auch langfristig intern aufzubauen.

Abschließende Worte

Wir hoffen, dass wir Ihnen die ein oder andere praktische Idee zur Umsetzung eines IoT-Projekts mit auf den Weg geben konnten. Wenn Sie weitere Fragen haben oder Beratungs- und Entwicklungsdienstleistungen für Ihr IoT-Projekt wünschen, freuen wir uns auf Ihre Kontaktaufnahme. Mehr zu unseren Dienstleistungen im Bereich IoT finden Sie auch unter diesem Link.

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