Das Internet der Dinge (englisch: Internet of Things, abgekürzt IoT) beschreibt die Vernetzung von physischen Objekten (Fitnessarmbänder, Smart Home, Connected Cars, Industrie 4.0) und der rein virtuellen Welt (Software/Internet). Speziell die physischen Objekte sind mit entsprechenden Technologien ausgestattet, um sowohl Datentransfer als auch Interaktion zwischen Maschinen und Maschinen sowie Menschen und Maschinen zu ermöglichen (siehe dazu auch die im Artikel hervorgehobenen Abschnitte Mensch-Maschine-System (MMS) und Mensch-Computer-Interaktionen (MCI)).

Zu den grundlegenden Technologien des IoT gehören vor allem Sensoren, die in Kombination mit schnellen Prozessoren und großen Speicherkapazitäten eine Übertragungsgeschwindigkeit von Informationen quasi in Echtzeit ermöglichen. Das Internet der Dinge hat dabei zum Ziel, relevante Informationen aus der realen (physischen) Welt automatisch zu erfassen, diese miteinander zu verknüpfen und sie allen Beteiligten über ein digitales Netzwerk zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise verbundene Maschinen bilden eigenständige Systeme, die untereinander oder bei Bedarf auch mit Menschen interagieren.

Laut der Definition des Münchner Kreises kann nahezu jedes analoge Objekt eine digitale Transformation erleben, indem es mit Sensoren, Mikroprozessoren oder anderen technologischen Komponenten ausgestattet wird.

Michaela Tiedemann /alexanderthamm.com

The Internet of Things (IoT) is a novel paradigm that is rapidly gaining ground in the scenario of modern wireless telecommunications. The basic idea of this concept is the pervasive presence around us of a variety of things or objects – such as Radio-Frequency IDentification (RFID) tags, sensors, actuators, mobile phones, etc. – which, through unique addressing schemes, are able to interact with each other and cooperate with their neighbors to reach common goals.

D. Giusto, A. Iera, G. Morabito, L. Atzori (Eds.), The Internet of Things

Innerhalb einer IoT-Infrastruktur erhalten eindeutig identifizierbare physische Objekte eine virtuelle Präsenz in einer vernetzten Struktur. Dafür werden sie zunächst mittels IP-Adresse lokalisiert; und via Codes (RFID, Zweidimensionale Codes) werden sie automatisch identifizierbar und können aktiv von anderen Maschinen zu Interaktionen ‚angeregt‘ werden. Wenn beispielsweise ein Objekt auf einem Förderlaufband eine Lichtschranke passiert und der nachfolgenden Verarbeitungsstation der aktuelle Objektstandort mitgeteilt wird – so können mit den entsprechenden Sensoren und Aktoren automatisch auch Zustände erfasst werden und nötige Verarbeitungsprozesse im Vorfeld vorbereitet und angestoßen werden. Über einen Barcode-Scan können Informationen zum Produkt abgefragt und eventuelle Restriktionen der Anlage oder dem Mitarbeiter mitgeteilt werden. Mittlerweile Standard: In der Produktion oder generell im Industriesektor sind sogenannte maschinelle Zustandsinformationen sehr nützlich, da zum einen die Effektivität des Gerätes/der Anlage fortlaufend verbessert werden kann, zum anderen ist der für eine Industrieanlage verantwortliche Mitarbeiter in der Lage, rechtzeitig über eine nötige Wartung beziehungsweise den Austausch einer Komponente zu entscheiden. Einige Anlagen können diese Prozesse mittlerweile selbst auslösen. Durch die Verbindung zum Internet ist es sogar möglich, dass die Maschine ihre Ersatzteile selbst bestellt.

Internet der Dinge – ein anderes Beispiel

• Die Wiegestation einer Förderstrecke identifiziert die Packung Schrauben als solche (automatische, eindeutige Identifikation).
• Sie erkennt durch das Mindergewicht, dass zu wenig Schrauben in der Packung sind (Zustandserfassung).
• Nach der Wiegestation wird die Packung Schrauben zum Nachfüllen ausgeleitet. (Aktionsausführung).

Agiert der Mensch mit Maschinen, unterscheiden zwei Betrachtungsweisen das eigentliche Fachsegment. So gibt es zum einen das Mensch-Maschine-System (MMS), zum anderen die Mensch-Computer-Interaktionen (MCI).

Mensch-Maschine-System

Das Mensch-Maschine-System setzt auf Interaktionen zwischen Mensch und Maschine; wobei der Mensch in den meisten Fällen als sogenannter Operateur die ausführende beziehungsweise steuernde Kraft darstellt. Die Maschine selbst wird in der Regel als Mittel zum Zweck benötigt und ist heutzutage mit Sensorik, Speicher- und Prozessortechnologie, Mechanik sowie Anzeigehilfsmittel ausgestattet. Bekannte Maschinen sind beispielsweise das Auto, ein Schiff, das Fahrrad und das Flugzeug. Aber auch in der Forschung und im Operationssaal werden immer mehr Roboter eingesetzt. So muss bei einem Krebsverdacht eine sogenannte Biopsie durchgeführt werden. Bei einer solchen Gewebeentnahme ist eine so hohe Präzision nötig, dass der Mensch beim Zeit-Genauigkeitsspiel überfordert ist – „der Roboter manövriert die Nadel schnell und präzise an die optimale Stelle, eine sonst schwierige, zeitaufwendige Aufgabe für den Arzt“, berichtete Spiegel Online bereits 2011. Einzige Voraussetzung für die Mensch-Maschine-Kommunikation: Zu einer Mensch-Maschine-Beziehung gehört grundsätzlich eine ausführliche Beschreibung; etwa durch detaillierte Aufgabenbeschreibungen, Zielvorgaben und Teilhandlungsschritte.

Mensch-Computer-Interaktionen

Zwischen Mensch und Maschine gibt es eine nicht sichtbare Schnittstelle, die über das Design und entsprechende Computer-Technologien beide Welten miteinander verknüpft. Durch die zunehmend digitale Informationsverarbeitung wachsen so klassische Medien (Bild, Text, Video) mit den technischen Arbeitswelten Informatik und digitale Kommunikationstechnik zusammen. Der Unterschied zwischen MMS und MCI ist, dass der Mensch dank MCI mit der Maschine beziehungsweise dem Computer über Hilfsmittel direkt kommunizieren kann. Sprich, Tastatur, Maus, Datenbrille unterstützen die sogenannte personenbezogene Maschinenkommunikation. Speziell die Datenbrille zeigt auf, wie Mensch-Computer-Interaktion zu verstehen ist. Diese Technologien erweitern die Sinne (Augmented Reality, Virtual Reality), zugleich reichern sie bestehende Informationen mit neuen Datensätzen an – der Nutzer erhält dadurch automatisch einen wesentlich größeren Handlungsspielraum. Und Beispiele wie die Unterstützung von Montagearbeiten und Operationen via Datenbrille verweisen auf bestehendes Potenzial. Die Begriffliche Verortung der Mensch-Maschine-Interaktionen zeigt auf, wie Anwendungsreich dieses Fachsegment ist*: Autonome Systeme, Sensoren & Aktoren, Semantischen Technologie, Künstliche Intelligenz, Virtuelle Realität, Usability, Immersion, Augmented Reality, Beherrschbarkeit von Technik, Haftungsfragen, Datenschutz, Datensicherheit und Eingebettete Systeme (*Kompetenzzentrum Öffentliche IT).

Sinn und Zweck vom IoT

Dedizierte Netzwerke, also Systeme, Programme sowie Komponenten, die fest zugeordnete Aufgaben erledigen, der Automationstechnik können zwar über einen ähnlichen Dreiklang dieser Funktionen verfügen, doch besteht die Abgrenzung zum IoT darin, dass Letzteres auf eine möglichst breite Verfügbarkeit abzielt; die Nutzung der entstehenden, geteilten und ausgetauschten Informationen soll über eine größtmögliche Breite erfolgen können, beispielsweise über eine komplette Supply Chain hinweg und nicht nur innerhalb der realen und virtuellen Grenzen eines Unternehmens. So ist die Paketverfolgung beispielsweise nicht ausschließlich für unternehmensinterne Prozesse wichtig und entsprechend verfügbar, sondern auch für den Besteller, der sich über den Status seiner Sendung informieren will. In der Umweltvermessung (Temperaturgeführte Logistik) spielt das IoT auch eine immer größere Rolle; ebenso gehören Produktionsprozesse zu den vermehrten Einsatzgebieten des IoT, sowohl in Form einer autonomen Fertigung als auch im Sinne einer breiteren, tieferen sowie schnelleren, also ganzheitlich optimierten Nutzung von Daten. Voraussetzung für dieses grenzenlose Tun: alle beteiligten Komponenten sind untereinander sowie mit dem Internet verbunden.

Im Produktionsprozess sind Daten zur Auslastung, zur produzierten Qualität sowie dem Wartungszustand für Fertigungsunternehmen unerlässlich. Entsprechend sehen diese in der Überwachung der Maschinenzustände und der Planung von Wartungszyklen über vernetzte Sensorik das höchste Potenzial.

Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik / Wettbewerbsfaktor Analytics im Internet der Dinge

IoT und die Industrie zusammengefasst

Das Internet der Dinge automatisiert Teile der industriellen Prozesse oder steuert autonom gesamte Prozesseinheiten, beispielsweise einer Produktionsanlage – bis hin zur automatisierten Wertschöpfungskette, die einen flüssigen und transparenten Informationsaustausch zwischen Maschinen, Anlagen, Waren und Mensch ermöglicht.

IoT und der Endverbraucher zusammengefasst

Der Endverbraucher reduziert die einzelnen Technologien des IoT in der Regel nur auf die Vernetzung seiner im Haushalt (Smart Home) befindlichen Endgeräte, beispielsweise Kühlschrank, Rollladen, Tür, Licht, Heizung (Energie-Management) und Home-Entertainment-Geräte – meist gesteuert über individuelle Apps, dem Smartphone und einer Smartwatch. Zusätzliche Unterstützung erhält der Nutzer mittlerweile von Sprachassistenten wie Alexa (Amazon), Siri (Apple) und Google Assistant.

Internet der Dinge in der Intralogistik

Durch die Vernetzung von Softwaresystemen (ERP, Warehouse-Management-System, Materialflussrechner, Datenbanken) und Anlagen (Fördertechnik wie Hochregallager, Taschensorter, automatisiertes Kleinteillager) lassen sich Abläufe in der Intralogistik deutlich effizienter gestalten. Bei intralogistischen Prozessen werden laufend große Mengen an Daten generiert, so in den Bereichen Wareneingang, Ein- und Auslagerung, Kommissionierung, Warenausgang oder innerhalb der Retouren-Abwicklung. Im Zuge der Digitalisierung hat besonders die Optimierung des Materialflusses an Bedeutung gewonnen. Das Internet der Dinge kann mit den richtigen Technologien und Softwareprogrammen die erwähnten Daten- und Warenströme nicht nur managen, vielmehr werden diese sichtbar, verständlicher und schneller – entweder in der Prozessabwicklung oder im Prozessverständnis. Letzteres ist für eine Prozess- und Maschinenoptimierung von enormer Bedeutung. Des Weiteren wird die Grenze zwischen Produktion und Intralogistik immer weiter aufgehoben, indem Produktionsanlagen mit dem vernetzten Lager kommunizieren, um etwa rechtzeitig Nachschub zu ordern. Letzterer kann auch direkt während des Pickens vom Kommissionierer ausgelöst werden – in der Regel reicht dazu ein Scan des aufzufüllenden Faches sowie ein Tastendruck am Smartphone, Handheld oder MDE.

Somit sind selbstorganisierende Logistiksysteme, also ohne menschliches Zutun, schon längst Realität. Effiziente und vor allem störungsfreie Prozesse entstehen in der Intralogistik durch die Vernetzung von Produkten, Bauteilen, Maschinen, menschlichen Nutzern und Transportmitteln. Die daraus resultierende digitale Einheit wird auch als digitale Fabrik (Smart Factory) bezeichnet. Der Mensch agiert dabei lediglich als Prozessbeobachter und greift nur im Notfall ein. Heutzutage gibt es allerdings noch immer unzählige Prozesse innerhalb eines Lagers, bei denen der Mensch nicht durch Sensorik geschweige denn Maschinenkraft komplett ersetzt werden kann. So ist beispielsweise ein Kommissionierer innerhalb der Kommissionierung ein wichtiger Bestandteil des eigentlichen Prozesses, dem Picken von Waren. Kommissionier-Roboter haben auch heute noch immer Probleme, gerade beim Greifen und bei der Warenführung, mit unterschiedlichen Verpackungsgrößen, Verpackungsbeschaffenheiten wie auch mit den verschiedensten Verpackungsmaterialien.

Anwendungsbeispiele von IoT in der Intralogistik

Augmented Reality innerhalb der Kommissionierung / im Lagerbetrieb

Der Nutzer erhält nicht nur die optimale Wegbeschreibung auf dem Display der Datenbrille angezeigt; vielmehr werden ihm bei Bedarf zusätzliche Informationen im Blickfeld/Display angezeigt. Das können Bilder zur Identifikationsunterstützung sein; aber auch allgemeine Informationen – Menge, Größe oder nächster Pick. Mittels Spracheingabe oder Smartphone/MDE/Handheld wird dem übergeordneten System (WMS/ERP) zum Beispiel die Entnahme der Ware bestätigt. Der eigentliche Scan der Ware beziehungsweise des Faches erfolgt entweder über den in der Datenbrille eingelassenen Scanner oder über einen externen Scanner (Ring-Scanner, Scanner im Smart Device). Siehe dazu auch die Kommissionier-Art Pick by Vision.

Fahrerlose Transportleitsysteme (FTS) und Transportroboter

Fahrerlose Transportsysteme führen einerseits zu einer Reduzierung von Transportschäden und sparen andererseits auch Personalkosten. Durch den kontinuierlichen Austausch von Daten und die routenoptimierte Steuerung mittels eines Transportleitsystems (siehe auch Materialflussrechner) verkürzen sich die Fahr- und Wartezeiten; so wird eine reibungslose Produktion, insbesondere ein schnellstmöglicher und dauerhaft konstanter Materialfluss gewährleistet – und zwar rund um die Uhr. Solche Transportroboter gibt es mittlerweile für jede intralogistische Aufgabe: das Bewegen kleiner Boxen und Behälter, dem Transport von Paletten (siehe dazu Förderhilfsmittel in der Intralogistik) oder von tonnenschweren Gütern.

Zusammenfassung Internet der Dinge

Das Internet der Dinge lässt Maschinen mit Maschinen interagieren und kooperieren; und das in der Regel automatisiert. Einzelne Objekte oder ganze Produktionsanlagen sind mit Sensoren und Aktoren ausgestattet, die ein Objekt automatisch, eindeutig identifizierbar machen sowie den jeweiligen Zustand erfassen und darauffolgend auch entsprechende Aktionen ausführen können. Zudem hat jedes IoT-Objekt eine eindeutige IP-Adresse, um im Netzwerk/Internet ansprechbar zu sein. Mittels IoT-Anwendungen bilden die verknüpften Maschinen eigenständige Systeme, die beispielsweise in der Intralogistik für effiziente und reibungslose Arbeitsabläufe sorgen, indem durch die Verarbeitung großer Datenmengen optimale Entscheidungen in Millisekunden getroffen werden; diese werden entweder automatisch umgesetzt oder den entsprechenden menschlichen Mitarbeitern als Handlungsempfehlung am Leitstand dargelegt.

Sie interessieren sich für das Thema rund ums Internet der Dinge, dann lesen Sie auch die Artikel Mensch-Maschine-Schnittstellen in der Industrie sowie Cyber-physische Systeme und Logistik.