Anforderungen für IoT-Plattformen entwickeln

463616
Bild: ©Peera/stock.adobe.com

Gerade neue digitale Geschäftsmodelle leben davon, dass Betriebs- und Wartungsdaten während des Produktlebenszyklus an den Hersteller zurückfließen. Die Grundlage dafür sind IIoT-Systeme. In der Praxis ist in den letzten Jahren zugleich deutlich geworden, dass jeder einzelne Anwendungsfall seine ganz spezifischen Pain Points hat. Systeme von der Stange gibt es kaum. Hinzu kommen mehrere typische Herausforderungen. Ob bei Remote Services, vorbeugender Wartung oder Fernwartung: Software-Updates und Maschinenzugriff müssen auch aus der Ferne möglich sein. Das Thema Security ist also eng damit verbunden, denn alle Devices und deren Betriebssysteme müssen über den Lebenszyklus einer IIoT-Plattform – also durchaus zehn bis zwanzig Jahre – sicher und aktuell gehalten werden. Bisher wurde im IoT-Bereich vieles erst einmal in Proofs of Concept ausprobiert, die Security stand oft nicht im Vordergrund. Doch der Gesetzgeber hat angesichts der Cyberbedrohungslage nachjustiert. Die EU-Richtlinie des Netzwerk- und Informationssystemgesetzes – kurz NIS2 – legt Cybersecurity-Mindeststandards für kritische Infrastrukturen in der EU fest und greift für viele Unternehmen ab 50 Mitarbeitern und zehn Millionen Euro Umsatz. Es gilt sicherzustellen, dass ein Device nicht gehackt und weder als Teil eines Bot-Netzes missbraucht, noch zum Einfallstor in ein Unternehmensnetzwerk werden kann. Dafür müssen alle Komponenten abgesichert sein, etwa auch IoT Gateways oder Edge-Rechner. Viele Unternehmen haben sich auf diese Herausforderung noch nicht eingestellt – es ist damit zu rechnen, dass es ähnlich wie beim DSGVO-Start ein unangenehmes Erwachen geben wird.

Projektkomplexität ist gestiegen

IoT-Vorhaben bringen in der Regel ein ganz anderes Maß an Komplexität mit, als es bisher bei Elektronikprojekten der Fall war. Sie übersteigt häufig den bisherigen Erfahrungshorizont der Anwenderunternehmen, die sich jetzt mit der Tragfähigkeit neuer Geschäftsmodelle und den Einsatzpotenzialen von Technologien wie AI, Edge und Cloud auseinandersetzen müssen. Es geht weniger um die Features eine Steuerung und mehr um das Potenzial dessen, was beispielsweise wirtschaftlich und hinsichtlich der Kundenbindung mit einem System zu erreichen ist. Mit der Wartung und Pflege einer hohen Zahl an international verteilten IoT-Devices im Feld ist ein erheblicher Aufwand verbunden. Viele Unternehmen wünschen sich diese Leistung als Service, da sie nicht zum Kerngeschäft zählt.

Herausforderungen antizipieren

Doch am Anfang eines IoT-Projektes steht die Definition des digitalen Geschäftsmodells. Hier sollten die wesentlichen Herausforderungen antizipiert werden. Ein Beispiel ist die Umsetzung eines neuen Geschäftsmodells bei einem Molkereiunternehmen. Gemeinsam mit Kontron wurde eine Gastronomiemaschine entwickelt, die aus kleinen Milchkonzentrat-Containern im Bag-in-Box-Format Milchschaum herstellt. Neigt sich das Konzentrat dem Ende zu, können die Geräte automatisch Nachschub bestellen. Ein international aufgesetzter Business Case, der sich bewährt hat: Ziel des Unternehmens ist es, möglichst viele Geräte ins Feld zu bringen und damit den Milchumsatz dauerhaft bei Gastronomiekunden zu platzieren. Bei einem solchen Use Case müssen schon bei der Auswahl der Komponenten viele Fragen beantwortet werden: Wo stehen die Geräte typischerweise? Gibt es Settings, in denen keine Mobilfunkverbindung vorhanden ist, also Offline-Fähigkeit gegeben sein muss? In welche Regionen sollen Geräte verkauft werden? Nur in der EU oder auch in andere Länder? Dafür sind jeweils spezielle Zulassungen erforderlich. Hinzu kommt die Frage, wie der gewählte Mobilfunkpartner aufgestellt ist. Hat er wiederum Roaming-Partner vor Ort in den anderen Zielländern? Dürfen die Endkunden ihre lokalen SIM-Karten in das Gerät stecken oder soll das aus Sicherheitsgründen nicht möglich sein, damit der Anbieter hier die Führung behält? Was genau will man den Endkunden an Funktionalität bieten? Es gibt also eine Vielzahl von Stolpersteinen, die im Vorfeld aus dem Weg geräumt werden müssen, damit ein IoT-System dauerhaft sicher funktioniert und die Endgeräte erreichbar bleiben. In vielen Umfeldern wie etwa Krankenhäusern oder Flughäfen müssen zudem Connectivity-Fragen bedacht werden, beispielsweise wenn es um die Ortung von Devices an Betten, Rollstühlen oder Förderfahrzeugen per WLAN, Funk oder Bluetooth geht.

Entwicklungsmethoden abstimmen

Um den Überblick zu behalten, sollten Unternehmen ein Lastenheft mit den Anforderungen an Hardware, Software und Services erstellen. Dies ist besonders wichtig, weil hier Welten aufeinandertreffen, etwa die agilen Entwicklungsmethoden im Softwarebereich und die ganz anderen Anforderungen in der Hardwareentwicklung. Sie lassen sich deutlich weniger hybrid und gleitend gestalten. Um am Ende die Erfüllung aller Anforderungen prüfen zu können, führt an einer ordentlichen Dokumentation kein Weg vorbei. Selbst für die Preisfindung ist eine schriftliche Spezifikation wesentlich. Die Anforderungen an Services, Device-Management und Mobilfunk-Provider müssen definiert werden, damit in der Grundarchitektur alles zusammenpasst.

Hardware-Entscheidungen fallen früh

Insbesondere an der Hardware scheiden sich oft die Geister. Wird ein Mobilfunkgerät gewählt, das nur für die EU funktioniert, dann steht ein Re-Design an, wenn doch der amerikanische Markt adressiert werden soll. In den einzelnen Ländern gibt es spezielle Regularien. In den USA muss ein mobilfunkfähiges Gerät beispielsweise eine FCC-Zulassung (Federal Communications Commission) haben. In manchen Fällen benötigt man zum Betreiben eines Gerätes im Netz eines Mobilfunkproviders auch dessen Freigabe. Liegt sie nicht vor, können Redesigns und Neuzulassungen viel Zeit und Geld kosten. Bei der Hardware müssen also viele Entscheidungen vorab getroffen werden, während sich im Softwarebereich agile Methoden mit Sprints eignen, um auch noch während der Entwicklung weitere Anforderungen an das System einbringen und umsetzen zu können. Dort steht in den Projekten auch der Aufbau von automatisiertem Testing und professioneller Versionsverwaltung auf dem Programm.

463617
Faustregel: Viele Entscheidungen bezüglich der verwendeten Hardware müssen früh fallen. Die Software für das IoT-System lässt sich hingegen über agile Entwicklungsmethoden bis in spätere Projektphasen hinein an neue Anforderungen anpassen. – Bild: ©Grispb/stock.adobe.com

Baukasten für standardisierte Systeme

In der Regel starten IoT-Projekte mit einem PoC, in dem zunächst ein kleines System erprobt wird. Wichtig ist, dass der Systemlieferant ein Portfolio besitzt, das die spätere Skalierung nicht ausbremst. Je nach geplanten Stückzahlen geht es neben der Leistung oft um den Preis. Nur selten passt ein fertiges Produkt, denn die Rahmenbedingungen sind zu unterschiedlich. Oft geht es darum, ein Device auf den Use Case zuzuschneiden. Viele Lieferanten haben auch hierfür mittlerweile unterstützende Instrumente im Angebot.

Lange Lebenszyklen bedenken

Da viele Maschinen 20 Jahre und länger im Einsatz sind und danach oft ein Second Life haben, muss auch bei den IoT-Systemen langfristig gedacht werden. Da sich Mobilfunkstandards und andere Protokolle über die Jahre verändern, müssen sich Hardware, Software und Mobilfunkanbindung aktuell halten lassen. Werden offene Standards wie OSM, SMARC oder COM-HPC sowie standardisierte Schnittstellen verwendet, können sich abgekündigte Prozessoren oder CPU-Boards leichter ersetzen lassen. Auch das Betriebssystem muss sich über den Lebenszyklus hinweg sicher gestalten lassen. Um Weiterentwicklungen bei Mobilfunkstandards abzubilden, könnten vorzertifizierte Mobilfunkmodule verwendet werden, die via Standardinterfaces an die Prozessoren angekoppelt sind. Sollten Änderungen nicht durch ein reines Protokoll-Update erfolgen können, kommt der Austausch des Mobilfunkmoduls in Frage. Welche Möglichkeiten die eingesetzte Hardware unterstützt, sollten die Systembetreiber in Spe ebenfalls früh klären.



  • Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics

    Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics

    Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics Durch die Übernahme des kanadischen Robotik-Spezialisten Clearpath Robotics will Rockwell sein Portfolio für die autonome Produktionslogistik ergänzen.

    mehr lesen: Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics

  • LeanBI und Substring kooperieren

    LeanBI und Substring kooperieren

    IoT-Anwendungen für die Industrie LeanBI und Substring kooperieren Gemeinsam wollen LeanBI und Substring Produkte für das Internet der Dinge entwickeln und anbieten. Dafür haben die Unternehmen eine Entwicklungs- und Vertriebs-Kooperation…

    mehr lesen: LeanBI und Substring kooperieren

  • Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied

    Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied

    VDMA Robotik Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied Der Vorstand von VDMA Robotik hat Thomas Hähn, Gründer & CEO der United Robotics Group, als neues Vorstandsmitglied berufen.

    mehr lesen: Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied

  • IFS übernimmt KI-Anbieter Falkonry

    IFS übernimmt KI-Anbieter Falkonry

    KI-gestützte Anomalieerkennung IFS übernimmt KI-Anbieter Falkonry Der schwedische Softwareanbieter IFS hat die Übernahme von Falkonry bekanntgegeben. Falkonry ist ein kalifornisches Industrie-KI-Softwareunternehmen, das auf die automatisierte Highspeed-Datenanalyse und Anomalieerkennung für die…

    mehr lesen: IFS übernimmt KI-Anbieter Falkonry

  • All About Automation in Chemnitz wächst gegenüber Vorjahr

    All About Automation in Chemnitz wächst gegenüber Vorjahr

    Praxisnah automatisieren All About Automation in Chemnitz wächst gegenüber Vorjahr Am 27. und 28. September 2023 dreht sich in der Messe Chemnitz alles um die Themen Industrieautomation, Digitalisierung und Robotik.…

    mehr lesen: All About Automation in Chemnitz wächst gegenüber Vorjahr

  • Viastore beruft Dominic Daly zum CFO

    Viastore beruft Dominic Daly zum CFO

    Manager in der Intralogistik-Branche Viastore beruft Dominic Daly zum CFO Dominic Daly (Bild) ist neuer CFO bei Viastore Group, einem Anbieter von Intralogistik-Systemen. Zuvor war der studierte Betriebswirt als Führungskraft…

    mehr lesen: Viastore beruft Dominic Daly zum CFO

  • Auftragseingang anhaltend schwach

    Auftragseingang anhaltend schwach

    Der Branchenverband VDMA hat im Juli bei seinen Mitgliedern erneut einen schwachen Auftragseingang ermittelt. Der Monatswert fiel bei den Maschinen- und Anlagenbauern real um elf Prozent niedriger als im Vorjahr…

    mehr lesen: Auftragseingang anhaltend schwach

  • KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

    KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

    Forschung an neuromorpher Hardware im Projekt KI-Flex KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug Im Forschungsprojekt KI-Flex wurde an einer Plattform gearbeitet, die im autonomen Fahrzeug alle Verkehrsteilnehmer sicher orten soll. Entstanden…

    mehr lesen: KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

  • Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

    Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

    Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit für den Industriesektor Hand in Hand? Dies kann Realität werden. Das kürzlich abgeschlossene Forschungsprojekt ’Climate Solution for Industries’ (CS4I) unter Beteiligung des Fraunhofer IPA setzt bereits bei…

    mehr lesen: Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

  • Neil Barua folgt auf James Heppelmann

    Neil Barua folgt auf James Heppelmann

    Nach 13 Jahren als CEO beim Softwareunternehmen PTC verabschiedet sich James Heppelmann in den Ruhestand. Sein Nachfolger wird Neil Barua.

    mehr lesen: Neil Barua folgt auf James Heppelmann

  • Skeptischer Blick auf den Sommer

    Skeptischer Blick auf den Sommer

    Ifo Geschäftsklimaindex im Mai Skeptischer Blick auf den Sommer Nach 93,4 Punkten im Vormonat, fällt der Ifo Geschäftsklimaindex im Mai auf 91,7 Punkte – der erste Rückgang in sechs Montanen.

    mehr lesen: Skeptischer Blick auf den Sommer

  • Kritik am Cyber Resilience Act

    Kritik am Cyber Resilience Act

    Kritik am Cyber Resilience Act Open-Source-Organisationen richten offenen Brief an EU Kommission In einem offenen Brief kritisieren neun Open-Source-Organisationen die EU Kommission, die Perspektive der Community im Rahmen des Cyber…

    mehr lesen: Kritik am Cyber Resilience Act