Internet of Things – von funkbasierten Sensoren bis hin zum Mehrwert für KMUs

Wie steht es um die Digitalisierung?

Laut der Digitalisierungsumfrage 2023 des DIHK geben viele kleine und mittlere Unternehmen (KMU) an, dass ihre aktuelle digitale Situation lediglich als befriedigend (analog zu Schulnoten) einzustufen ist. Dies liegt unter anderem daran, dass die Daten dezentral auf verschiedenen Computern, Geräten und lokal auf Maschinen gespeichert sind, die jeweils unterschiedliche Sprachen sprechen und keine nahtlose Kommunikation ermöglichen. Dies wird durch fehlende Standards und unzureichende Infrastruktur weiter erschwert. Zusätzlich bemängeln die KMU eine unzureichende Datenqualität und fehlendes Know-How zur Verwertung der Daten. Das Internet der Dinge bietet hier eine Lösungsmöglichkeit.

Was ist das Internet der Dinge?

Das Internet der Dinge (englisch: Internet of Things (IoT)) verbindet die physische Welt mit der digitalen Welt. Es besteht aus einem digitalen Netzwerk aus physischen Objekten, wie zum Beispiel stationären und mobilen Geräten, Sensoren, Aktoren, Rechnern, Wearables, Fahrzeugen, Maschinen, Produktionsanlagen und vieles mehr – also aus allerlei Dingen. Die Dinge sind entweder über Kabel oder drahtlose Verbindungen mit dem Internet verbunden, wodurch sie Daten sammeln und über das Internet austauschen und kommunizieren können. Auf Internetplattformen werden die Daten gespeichert, mittels Software, oder künstlicher Intelligenz (KI) analysiert und zur Ausführung von Aktionen verwendet. Die Dinge werden im privaten Bereich (Consumer IoT), sowie in der Industrie eingesetzt, dann spricht man von industriellem Internet der Dinge (IIoT) und bildet die Grundlage für Industrie 4.0. 

Wie funktioniert das Internet der Dinge?

Das Internet der Dinge (IoT) funktioniert durch die Vernetzung physischer Objekte und Geräte, die mit Sensoren, Aktoren und anderen Technologien ausgestattet sind, um Daten zu sammeln, in das Internet zu übertragen und dort zu verarbeiten. Prozesse werden dadurch digital abgebildet, transparent gemacht und intelligenter, so dass jederzeit z.B. ein Produkt nachverfolgt werden kann, oder der Ressourcenverbrauch überwacht werden kann.

Am Beispiel einer vernetzten Produktion (wie in der Grafik dargestellt) funktioniert das IoT im Grunde folgendermaßen:

• Sensoren 
  Die in der Produktionsanlage eingesetzten Maschinen und Geräte sind mit kabelgebundenen oder funkbasierten Sensoren ausgestattet, um produktionsrelevante Daten wie Strom-, Gas-, Wasserverbrauch, Drücke, Beschleunigungen, Temperaturen, Feuchtigkeit, Bewegung, Licht, etc. zu erfassen. 
  
   
• Konnektivität 
  Die gesammelten Daten werden über kabelgebundene oder drahtlose Netzwerke wie zum Beispiel LoRaWAN, mioty, NB-IOT, IO-Link wireless, WLAN, Bluetooth, Mobilfunk oder sogar Satellitenkommunikation auf einen Datenserver im Internet oder andere Geräte übertragen.
  
   
• Datenverarbeitung: Die Daten, die von den Sensoren gesammelt wurden, werden in der Regel lokal oder in der Cloud auf einem Applikationsserver verarbeitet. Dies kann einfache Datenverarbeitung wie das Filtern und Zusammenfassen von Informationen oder auf Basis von künstlicher Intelligenz komplexe Analysen wie maschinelles Lernen umfassen, um Muster zu erkennen oder Vorhersagen zu treffen. Die Daten können parallel hierzu auf einem Dashboard visualisiert werden. 
  
   
• Aktoren
  Die Aktoren sind ebenfalls kabelgebundenen oder funkbasiert mit dem Internet verbunden. Dies ermöglicht es auf Befehle zu reagieren, z.B. durch das Ein- oder Ausschalten von Geräten, um Lastverschiebungen zu realisieren.
  
   
• Anwendungen und Dienste 
  Die verarbeiteten Daten werden genutzt, um bestimmte Aktionen auszuführen, Benachrichtigungen zu senden oder andere Systeme zu steuern. Diese Anwendungen und Dienste tragen dazu bei, die Effizienz, Flexibilität, Qualität und Innovation in der Fertigungsindustrie zu steigern und ermöglichen es Unternehmen, sich den Herausforderungen einer zunehmend vernetzten und digitalisierten Welt anzupassen. Beispiele hierfür können Sie dem Kapitel „Wie das Internet der Dinge einen Mehrwert für Unternehmen schafft“ entnehmen.

• Interaktion mit Menschen 
  Die Menschen können über Anwendungen, Webportale oder andere Schnittstellen mit den IoT-Geräten interagieren, um Einstellungen anzupassen, Daten anzuzeigen oder Befehle zu erteilen.

Zum Thema Sensoren und Konnektivität bietet das Mittelstand-Digital Zentrum Franken einen Workshop  und eine Schulung an.

Wo wird das Internet der Dinge eingesetzt?

Wir haben uns die Marktstatistik rausgesucht, um herauszufinden, wo überall das Internet der Dinge eingesetzt wird. Laut statista sehen die Umsatzzahlen in Deutschland wie in der Grafik dargestellt aus. Dabei teilt statista den Markt in 7 Segmente ein und beschreibt diese wie folgt:
„Das Internet der Dinge Markt besteht aus 7 verschiedenen Segmenten. Consumer IoT umfasst vernetzte Geräte, die von Endverbrauchern für persönliche Zwecke genutzt werden, wie z. B. intelligente Haushaltsgeräte. Smart Finance umfasst IoT-Anwendungen, die im Finanzsektor eingesetzt werden, z. B. im Bereich Versicherungstelematik/Nutzungsbasierte Versicherung, Immobilien, Geldautomaten. IoT im Gesundheitswesen umfasst alle IoT-Anwendungen im Gesundheitswesen, z. B. für die Patientenversorgung, die Fernüberwachung von Patienten und Operationen. Das industrielle IoT umfasst IoT-Anwendungen in der Industrie, z. B. in der Fabrik- und Landwirtschaftsautomatisierung, der Optimierung der Lieferkette und der vorausschauenden Wartung. Automotive IoT umfasst IoT-Anwendungsfälle im Bereich Mobilität und Transport. Das sonstige IoT umfasst Anwendungsfälle, die nicht zu den zuvor genannten Märkten gehören.“ 
Betrachtet man das Jahr 2024 in der Grafik wird ersichtlich, wo derzeit am häufigsten IoT eigesetzt wird. Es handelt sich um Automotive IoT gefolgt von Industrielles IoT und Consumer IoT. Die restlichen Segmente zusammen ergeben etwa das gleiche Umsatzvolumen wie Industrielles IoT. Laut Prognose für 2025-2028 werden die Segmente Industrielles IoT und Automotive IoT weiterhin stark wachsen, gefolgt von Smarte Finanz und Smarte Städte.
 

Welchen Mehrwert bringt das Internet der Dinge den kleinen und mittleren Unternehmen?

Die Integration von IoT-Technologien und Sensoren ermöglicht eine kontinuierliche Datenerfassung in Echtzeit. Dadurch können Unternehmen ihre Produktionsprozesse effizienter, flexibler und intelligenter zu gestalten, Betriebsabläufe optimieren, Kosten senken, die Produktqualität verbessern, innovative Produkte und Dienstleistungen anbieten und neue Geschäftsmöglichkeiten erschließen und somit einen Wettbewerbsvorteil erlangen und langfristigen Erfolg sicherstellen.

Doch wie genau kann das Internet der Dinge den KMUs Mehrwert bringen? Hier einige ausgewählte Beispiele:

• Effizienzsteigerung und Kostenreduzierung
  Durch die Integration von IoT-Geräten in ihre Betriebsabläufe können KMU ihre Effizienz steigern und Kosten reduzieren. Dies umfasst die Automatisierung von Prozessen und Aufgaben, die Überwachung und vorausschauende Wartung von Anlagen und Maschinen, die Optimierung von Lagerbeständen und die Optimierung von Energieverbrauch und Ressourcennutzung.
  
   
• Verbesserte Produktivität
  IoT-Geräte ermöglichen es KMU, ihr Personal produktiver zu machen, indem sie ihnen Tools und Technologien zur Verfügung stellen, die ihnen helfen, ihre Aufgaben effizienter zu erledigen. Beispielsweise können vernetzte Geräte in der Fertigung die Arbeitsabläufe optimieren und die Durchlaufzeiten verkürzen.
  
   
• Verbesserte Produktqualität
  IoT-Geräte ermöglichen eine bessere Überwachung und Steuerung von Produktionsprozessen, was zu einer höheren Produktqualität und geringeren Ausschussraten führt. Durch die kontinuierliche Überwachung von Produktionsparametern können Fehler frühzeitig erkannt und behoben werden. Dies trägt dazu bei, die Kundenzufriedenheit zu steigern und das Image des Unternehmens zu stärken.
  
   
• Predictive Maintenance (Vorausschauende Wartung)
  Durch die Integration von Sensoren in Maschinen und Anlagen können Daten über deren Zustand gesammelt werden. Anhand dieser Daten können vorausschauende Wartungsmodelle entwickelt werden, um potenzielle Ausfälle vorherzusagen und Wartungsarbeiten zu optimieren, indem sie genau dann durchgeführt werden, wenn sie benötigt werden.
  
   
• Digitale Zwillinge
  Digitale Zwillinge sind virtuelle Repräsentationen von physischen Produkten, Prozessen oder Systemen. Sie ermöglichen es, reale Produktionsanlagen und -prozesse digital nachzubilden, um Simulationen durchzuführen, Optimierungen vorzunehmen und Entscheidungen zu treffen, ohne physische Experimente durchführen zu müssen.
  
   
• Smart Manufacturing Execution Systems (MES)
  MES-Systeme überwachen und steuern die Fertigung auf der Shop-Floor-Ebene. Sie ermöglichen eine Echtzeit-Überwachung von Produktionsprozessen, die Erfassung von Daten zur Leistung und Qualität sowie die Steuerung von Fertigungsabläufen, um die Effizienz zu maximieren und Engpässe zu minimieren.
  
   
• Supply Chain-Optimierung
  Durch die Vernetzung von Lieferanten, Herstellern und Kunden entlang der gesamten Lieferkette können Produktionsplanung und -steuerung optimiert werden. Dies umfasst die Echtzeit-Überwachung von Lagerbeständen, die Just-in-Time-Lieferung von Komponenten und die Anpassung von Produktionsplänen basierend auf sich ändernden Nachfrage- und Lieferbedingungen.

Fazit

Das Internet der Dinge (IoT) hat sich zu einem entscheidenden Instrument für Unternehmen, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU), entwickelt, um Effizienzsteigerungen, Prozessoptimierungen und neue Geschäftsmodelle zu realisieren. Angesichts der digitalen Herausforderungen, denen viele KMU gegenüberstehen, bietet das IoT eine vielversprechende Lösung, um den aktuellen und zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden.

Wer heute von künstlicher Intelligenz (KI) spricht, kommt am Internet der Dinge nicht vorbei. Das IoT ist eine essenzielle Komponente für die Umsetzung und Weiterentwicklung von KI-Anwendungen. Es ermöglicht die Vernetzung von physischen Objekten und Geräten, um noch effizienter zu werden und datengesteuerte Entscheidungen zu treffen. Daten bilden die Voraussetzung für den Einsatz von künstlicher Intelligenz, und das IoT liefert diese Daten in einem nie dagewesenen Ausmaß und in Echtzeit.

Die Kombination von IoT und KI ermöglicht es Unternehmen, komplexe Probleme zu lösen, Muster zu erkennen, Vorhersagen zu treffen und sogar autonome Entscheidungen zu treffen. Beispielsweise können vorausschauende Wartungsmodelle entwickelt werden, die Ausfälle von Maschinen vorhersagen, bevor sie auftreten, oder intelligente Algorithmen können den Energieverbrauch in Gebäuden optimieren, um Kosten zu senken und die Nachhaltigkeit zu verbessern. 

Von Predictive Maintenance über digitale Zwillinge bis hin zur Smart Manufacturing Execution, das IoT bietet eine Vielzahl von Tools und Lösungen, die es KMU ermöglichen, sich den Herausforderungen einer zunehmend vernetzten und digitalisierten Welt anzupassen und einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen. Durch die strategische Nutzung von IoT-Technologien können KMU langfristigen Erfolg sicherstellen und ihre Position im Markt stärken.

Quellen:

https://www.dihk.de/resource/blob/111692/c2c84c03f399bb4c8bf59dd199426c29/dihk-digitalisierungsumfrage-2023-data.pdf (zugegriffen am 03.05.2024)

https://de.statista.com/outlook/tmo/internet-der-dinge/deutschland

https://de.statista.com/outlook/tmo/internet-der-dinge/deutschland (zugegriffen am 03.05.2024)