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Industrial-IoT Gateway Q-loud dient als Sammelstation

So kommt der Mittelstand ins IIoT
Moderne Lösungen im IIoT sind kosteneffizient

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Eine mittelstandstaugliche Lösung für das Industrial IoT besteht aus wenigen Elementen, die aber in der richtigen Weise kombiniert werden müssen – inklusive Maschinenidentitäten und Verschlüsselung. Mithilfe eines Edge-Gateways können die Datenmassen effizient auf den Weg in die Cloud und die IT-Welt geschickt werden. Moderne Edge-Gateways benötigen jedoch Reserven an Rechenkapazität für zukünftige Anwendungen.

Dr. Myriam Jahn ist Geschäftsführerin von Q-loud in Köln

Inhaltsverzeichnis

1. Lösung von der Stange? Fehlanzeige
2. Wichtige Rolle der Edge-Gateways
3. Der Markt für IoT-Plattformen
4. Datensicherheit durch Verschlüsselung

Industrie 4.0 und Industrial IoT (IIoT) sind vieldiskutierte Ansätze zur Digitalisierung von Unternehmen in Industrieproduktion, Automatisierungstechnik und Maschinenbau. Sie eignen sich gerade für den Mittelstand, weil – außer Know-how – wenig Ressourcen dafür benötigt werden. Ein Beispiel aus der Industrie: Ein Produzent von Stanzteilen will ein Dutzend Stanzautomaten und Hydraulikpressen überwachen und die Messdaten zentral auswerten. Ein vereinfachtes Setup besteht aus Sensoren und einer Analytics-Anwendung in der Cloud. Die Sensoren ermitteln Maschinen- und Produktionsdaten wie Temperatur oder produzierte Menge und senden sie über eine Zwischenstation, ein Edge-Gateway, via Mobilfunk in die Cloud – auf Anforderung. Es gibt keine Datensilos, keine Strichlisten des Maschinenbedieners. Wenn dann noch ein „Equipment-as-a-Service-Modell“ dazu kommt, sind die Anfangsinvestitionen nahe Null.

Lösung von der Stange? Fehlanzeige

Solche IIoT-Lösungen im sogenannten Brownfield (mit vorhandenem Maschinenpark) sind für den Mittelstand wichtig, um Produktionsprozesse zu automatisieren und effizienter zu gestalten oder neue digitale Produkte und Services zu entwickeln. Dank der niedrigen Hardware-Kosten und As-a-Service-Abrechnungsmodellen sind moderne digitale Lösungen im Industrial IoT sehr kosteneffizient – in allen Branchen.

Oft ist eine IIoT-Anwendung individuell auf die aktuelle Fragestellung in einem Unternehmen ausgerichtet. Insbesondere die Anforderungen an die Weiterbearbeitung der Daten sind unterschiedlich. So könnte ein Unternehmen bestimmte Messwerte überwachen, Störungen im Vorhinein entdecken, Wartungstechniker unterstützen oder Nutzungsdaten auswerten, um Betreibermodelle zu verwirklichen.

Trotzdem müssen die Unternehmen das Rad nicht neu erfinden, so wie ein Handy auch nicht immer neu sein muss, wenn man eine neue App braucht. Von Sensoren für alle Arten von Maschinendaten war bereits die Rede. In vielen Fällen sind sie in den Maschinen schon vorhanden, müssen aber nachträglich über eine zusätzliche Schnittstelle für die IT abgefragt werden. Der Weg über herkömmliche SPS-Systeme kann lediglich einen kleinen Teil der potenziell verfügbaren Daten für die IT-Welt ermitteln. Dabei ist es hilfreich, aber nicht notwendig, wenn die Sensoren dem weltweiten Standard IO-Link angehören. Die Sensoren können dann einfach mit einem IO-Link-Master verbunden werden. Über die Zeit – Sensoren messen typischerweise in Millisekunden – und durch die Masse der Messpunkte – 20.000 Sensoren in einer einzigen Stahlwalzanlage – entstehen immer größere Datenmassen. So produzieren Hochgeschwindigkeitskameras ein Terabyte pro Stunde. Ein Edge-Gateway kann diese Datenmassen effizient auf den Weg in die Cloud und die IT-Welt schicken.

Wichtige Rolle der Edge-Gateways

Die vorhandenen Sensoren werden nachträglich per Kabel, IO-Link-Master oder Funk mit einem Edge-Gateway verbunden – zusätzlich zur vorhandenen Verbindung mit der SPS. Das Edge-Gateway befindet sich am „Rand“ des IT-Netzwerks und hat zwei wichtige Aufgaben, vergleichbar mit dem eines PCs im Büro: Erstens dient es als Sammelstation, die Daten von beliebig vielen Sensoren entgegennimmt, zwischenspeichert und unter Umständen auch vorverarbeitet und Parametersätze zur Sensorik weitergibt. Welche Daten wie lange und mit welcher Vorverarbeitung auf dem Edge Gateway vorgehalten werden, wird vollständig von der Cloud bestimmt. Denn das Edge-Gateway sollte nicht die gesamten Datenmassen ungefiltert in die Cloud senden. Deshalb müssen Edge-Devices ausreichend Rechenkapazität vor Ort besitzen und die Daten nach Vorgabe der Cloud-Plattform vorverarbeiten und filtern. Ein Beispiel: Messdaten von Sensoren sind oft nur dann interessant, wenn sie sich verändern. Um die Netze nicht zu überlasten und eine ständig performante Datenübertragung zu garantieren, sollten nur die Änderungen übertragen werden.

Die Notwendigkeit der Vor-Ort-Datenverarbeitung sowie die langen Laufzeiten von Industriemaschinen bedeuten zudem: Ein Edge-Gateway benötigt Reserven an Rechenkapazität für zukünftige Anwendungen. Ein mittelständisches Unternehmen wird kaum alle paar Jahre sämtliche Gateways austauschen. Dies zeigt: Das Industrial IoT gibt es trotz allem nicht zum Nulltarif. Mittelständler sollten deshalb ihre Investitionen auf die richtige Ausstattung mit Edge-Devices konzentrieren. Sie sind der Kosten-Kern beim Einstieg des Mittelstandes in das Industrial IoT.

Zweitens bildet das Edge-Gateway damit auch den Übergang in die Cloud. Via Ethernet, Mobilfunk, WLAN oder anderen Funktechnologien baut es eine sichere, verschlüsselte Datenverbindung auf. Da die einzelnen Maschinen und ihre Sensoren selbst nicht an das IT-Netz angeschlossen sind, bietet das Edge-Gateway auch einen zusätzlichen Schutz vor Cyberangriffen. Erst auf der Cloud muss dann in Anwendungen unterschieden werden. Die Apps werden von dort dem Anwender zur Verfügung gestellt – auf einer IoT-Plattform. Hierbei handelt sich also um Anwendungen als „Software as a Service“ (SaaS)

Der Markt für IoT-Plattformen

Die am Markt dominierenden IoT-Plattformen sind in der Public Cloud verfügbar. Diese Lösungen sind in der Implementierung unkompliziert, aber nicht unbedingt kosteneffizient für den Mittelstand, da der Anbieter alle IT-Ressourcen verwaltet und nutzungsbasiert, aber meist recht intransparent abrechnet. Wichtig ist somit immer Preistransparenz und Portabilität von Daten und Algorithmen bis hin zur KI, so dass kein Lock-in-Effekt für den mittelständischen Anwender entsteht.

Ein Vergleich der IoT-Plattformen ist nicht einfach, denn der Markt für solche Plattformen ist unüberschaubar. Im Moment gibt es in Deutschland einige hundert unterschiedliche Anbieter. Darunter befinden sich kleine IT-Unternehmen ebenso wie die großen Cloudprovider. Ein wichtiges Kriterium für die Auswahl sind die Kosten: Mittelständler sollten ein klares Preismodell wählen, das nicht zu Überraschungen führt. Empfehlenswert ist ein von der Anzahl der installierten Maschinen abhängiger Preis, unabhängig von der übertragenen Datenmenge oder dem genutzten Speicherplatz. Denn die Maschinenanzahl hat der Anwender selbst in der Hand, während der Plattformbetreiber durch den Zugriff auf das Edge-Gateway letztendlich über die übertragene Menge, den genutzten Platz und damit seinen Preis selbst bestimmt.

Ein weiteres Auswahlkriterium ist die Datenhoheit. Unternehmen sollten eine Vertragsgestaltung wählen, bei der die Daten ausschließlich von ihnen genutzt werden. Die DSGVO bietet hier keine regulatorische Grundlage, denn sie schützt nur Personendaten und keine Maschinendaten. Ohne spezielle Vereinbarungen mit dem Provider können Daten, die in Industrial IoT-Anwendungen generiert werden, legal für andere Zwecke genutzt werden – bei den großen Cloud-Anbietern beispielsweise zur Verbesserung von Anwendungen für Machine Learning.

Datensicherheit durch Verschlüsselung

Noch wichtiger ist die Datensicherheit. Entscheidende Kriterien für die Betrachtung des Gesamtsystems aus Sensor, Edge-Gateway und Cloud sind Identitäten und Verschlüsselung. Die eindeutige Identifikation einer Maschine ist grundlegend für die Weiterverarbeitung der Daten. So kommen valide Analysen nur dann zustande, wenn die einzelnen Daten einer Maschinen- oder sogar Sensorenidentität zugeordnet werden können. Darüber hinaus sollte das gesamte System eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung bieten. Dabei werden die Daten im Edge-Gateway vor dem Versenden in die Cloud verschlüsselt und erst vor der Weiterbearbeitung in einer Analyse-Anwendung wieder entschlüsselt. Eine Permissioned Blockchain bietet letztendlich sogar eine Lösung, die Datensicherheit und -hoheit garantiert. Ein Edge-Gateway, das Blockchain, KI und 5G im Zusammenspiel mit einer IoT-Plattform beherrscht, ist letztendlich die sicherste Zukunftsinvestition, auch und besonders für den Mittelstand. ge

www.q-loud.de

Weitere Details

http://hier.pro/C3L4o

Q-loud GmbH

Mathias-Brüggen-Str. 55

50829 Köln

Tel. +49221 669 8411

Fax. +49221 669 85446

Geschäftsführung: Dr. Myriam Jahn, Thorsten Raquet, Christoph Reif, Frank Thelen


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