Industrie 4.0 Produkte und Geräte schnell vernetzen

Autor / Redakteur: Jörg Böttcher / Stefanie Michel

Die fortschreitende Digitalisierung sorgt dafür, dass immer mehr Produkte miteinander kommunizieren müssen und vernetzt werden. Entwickler stehen damit vor der Herausforderung, diese Geräte anzubinden. Eine IoT-Studie soll als Leitfaden diese Arbeit erleichtern.

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Cloudbasierte Datenspeicherung: Damit Datenaustausch, -verarbeitung und Befehlsübertragung optimal funktionieren, ist eine Anbindung der Geräte an das Internet nach Funktionsprinzipien des Internet of Things nötig.
Cloudbasierte Datenspeicherung: Damit Datenaustausch, -verarbeitung und Befehlsübertragung optimal funktionieren, ist eine Anbindung der Geräte an das Internet nach Funktionsprinzipien des Internet of Things nötig.
(Bild: GEFITS)

Ob Sensor, Messgerät, Informationsdisplay, Warenautomat oder Maschinensteuerung: Sollen diese Geräte vernetzt werden, bedeutet dies für den Entwickler, eine Internetanbindung nach den Prinzipien des Internet of Things (IoT) zu berücksichtigen. Zusätzlich müssen spezifische Protokolle implementiert sein, wenn das Gerät in einem virtuellen Netzwerk agieren soll, das über eine cloudbasierte IoT-Plattform verwaltet wird. Damit der Anschluss optimal gelingen kann, braucht es die richtigen Ressourcen und Know-how, um die Produkte smart zu machen. Die Unternehmen müssen viel Zeit und Arbeit investieren, um hierzu benötigte, passende Hardwarekomponenten und Protokoll-Stacks zu recherchieren und in ihre Geräte zu integrieren.

Nun liegt mit der IoT-Studie der Gesellschaft für intelligente technische Systeme mbH (Gefits) ein Leitfaden vor, welcher dem Entwickler die Recherchearbeit abnimmt. Er stellt in Form detaillierter und standardisierter Datenblätter die am Markt erhältlichen Komponenten – aufgeteilt in sieben Produktgruppen vom COM-Controller bis zur cloudbasierten Plattform – vor. In einem zusätzlichen Grundlagenteil werden die bei IoT-Anbindungen relevanten Technologien im Überblick dargestellt.

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Studie soll Hilfe bei der Komponentenauswahl geben

Für die Hersteller von Consumer- oder Industriegeräten ebenso wie für Konstrukteure komplexer Fertigungsmaschinen wird es zukünftig immer wichtiger, ihre Produkte für die gegenseitige Vernetzung kompatibel zu machen. Das erleichtert dem Anwender die Nutzung, indem sich beispielsweise alle Geräte seines Haushalts per Fernzugriff über ein Tablet bedienen lassen. Zudem ist für die Industrie eine cloudbasierte Datenspeicherung, die Möglichkeit der Ferndiagnose und -konfiguration sowie die entsprechende Analyse ebenso wichtig wie die Kommunikation einzelner Geräte und Anlagen untereinander. Damit in all diesen Fällen Datenaustausch sowie -verarbeitung und Befehlsübertragung optimal funktionieren, ist es nötig, die Geräte an das Internet nach den Funktionsprinzipien des IoT anzubinden. Darunter ist aber nicht ein einzelner technischer Standard zu verstehen, sondern vielmehr eine Unmenge an Schnittstellen-, Protokoll- und Cloud-Technologien, aus denen für eine konkrete Lösung letztendlich die passende Kombination gefunden werden muss. Dabei kann schnell der Überblick verloren gehen. Mithilfe der Studie lassen sich jedoch die richtigen Komponenten auswählen und der Entwickler erhält außerdem eine Übersicht, wo diese erworben werden können.

Übersichtlichkeit durch Produktgruppen und Datenblattstruktur

Das von der Gefits für die Erstellung aus Forschung und Industrie zusammengestellte, unabhängige Autorenteam hat nun zusammengetragen, welche die IoT-Integration unterstützenden Produkte es am Markt gibt und wie die Netzanbindung zuverlässig realisierbar wird, indem die genauen Spezifikationen und Kompatibilitätsanforderungen für die einzelnen Komponenten dargelegt sind. Zu diesem wichtigen Thema gibt es bislang nur Markterhebungen ohne technische Details, die aus Herstellersicht wenig Mehrwehrt bieten. Das Anliegen der Gefits war es, einen von der Anwendung unabhängigen Komponentenkatalog zu erstellen, welcher die Entscheidungsprozesse und die Entwicklungsarbeit vereinfachen soll. Damit soll den Planern eines Entwicklungsprojekts, welches IoT-Fähigkeiten in das eigene Produkt bringt, ein effizientes Auswahlwerkzeug an die Hand gegeben werden. Die Studie kann direkt über die Webseite der Gefits bezogen werden.

Leitfaden mit Produktsammlung zu IoT-Komponenten

Herzstück des Leitfadens bildet die Produktsammlung, aufgeteilt in sieben Gruppen: COM-Controller, IoT-COM-Module, System-on-Chip, IoT-Smart-Module, Basisprotokoll-Stacks, IoT-Middleware und schließlich cloudbasierte IoT-Plattformen. Umfangreiche Datenblätter informieren je nach Art der Komponente beispielsweise über Gehäuse, Bauform, Funkstandard, Schnittstellen, Stromverbrauch, NET-Interface, Prozessoraufbau und weitere Merkmale. Die einzelnen Elemente innerhalb einer Gruppe lassen sich über die wichtigsten technischen Eigenschaften und Funktionalitäten vergleichen. Muss ein Gerät beispielsweise ein spezielles IoT-Protokoll wie OPC/UA unterstützen und will man es zudem über WLAN anbinden, kann man schnell über die Datenblätter nachprüfen, welches System-on-Chip am besten geeignet ist, um die notwendigen Voraussetzungen für die Anbindung zu erfüllen.

Zusätzlich werden in einem weiteren Teil des Dokuments die zugrunde liegenden Technologien ausführlich erläutert – also die verschiedenen Kommunikationsschnittstellen, Basisprotokolle und spezielle IoT-Protokolle. Im Zusammenspiel kann der Entwickler die optimalen Komponenten für die Anforderungen seines Gerätes finden, unabhängig davon, ob er eine Kamera oder einen Sensor IoT-fähig macht. Die Studie ist dabei sowohl geeignet für Entwickler, deren Geräte noch keinerlei Netzwerkanbindung haben und daher eine Lösung mit zusätzlichen Chips und Protokollen benötigen, als auch für solche, die bereits netzwerkfähige Geräte mittels spezifischer Protokolle nur noch an cloudbasierte Plattformen anbinden müssen.

Hier können Sie die Technikstudie beziehen

Applikationshinweise helfen bei der Wahl der richtigen Modulkombination

Die Studie ist digital als PDF-Dokument erhältlich. Über die Stichwortsuche oder das Abkürzungs- und Sachwortverzeichnis ist ein schneller Zugriff möglich. Neben diesen allgemeinen strukturellen Hilfen geben die Applikationshinweise am Ende jedes Datenblatts zusätzliche Auskünfte, die es bei der Installation und Nutzung der jeweiligen Komponente zu beachten gilt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch wirklich die zur gewünschten IoT-Umgebung passende Hardware und Software zusammengestellt und mögliche Kompatibilitätsprobleme vorab umgangen werden.

So wird beispielsweise darüber informiert, ob sich das ausgewählte Smart Module auch mit selbst programmierter oder nur mit der fest eingebauten Firmware betreiben lässt und inwiefern Updates unterstützt werden oder nicht. Ebenso ist ersichtlich, ob der Lieferant eines IoT-System-on-Chip ein passendes Entwicklungstool mitliefert. Somit lassen sich für den Entwickler alle technischen Fragen und Anforderungen im Vorfeld bereits klären.

* Prof. Dr.-Ing. Jörg Böttcher ist wissenschaftlicher Geschäftsführer der Gefits Gesellschaft für intelligente technische Systeme mbH in 94469 Deggendorf

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