IoT - Internet of Things: Die Brücke von der realen in die digitale Welt

15. Oktober 2020 von Dr. Ralph Guderlei

Viele digitale Geschäftsmodelle zielen darauf ab, Produkte wie Autos, Maschinen oder Gebäude um digitale Services zu ergänzen. Für die Umsetzung der digitalen Services sind Informationen über die Produkte notwendig. Die für die Gewinnung der Informationen notwendige Vernetzung von Dingen wird als Internet of Things (IoT) bezeichnet. Aber wie gelingt die Vernetzung und Informationsgewinnung und welche Vorteile ergeben sich daraus? Viel mehr noch:

  • Welchen Nutzen kann ich aus Vernetzung und Informationsgewinnung ziehen?
  • Kann ich mit den gewonnenen Daten Geld verdienen und beispielsweise zusätzliche regelmäßige Einnahmen generieren?
  • Welche zusätzlichen Services und Leistungen sind möglich?
  • Schaffe ich durch die Informationsgewinnung eine höhere Kundenbindung?
  • Wie flexibel sind digitale Services hinsichtlich der Anpassbarkeit verglichen mit physischen Produkten?

Mit diesen Fragen beschäftigte ich mich in meinem Vortrag auf dem diesjährigen Digital-Forum "FIBIT-Business 2020", welches unter dem Motto "Was Digitalisierung wirklich ist" im September in Fulda stattfand (Link zur Aufzeichnung der FIBIT Business).

 

Wie schafft man also die Brücke von der realen in die digitale Welt?

IoT-Die Brücke von der realen in die digitale Welt

 

IoT - Die Brücke von der realen in die digitale Welt (© Kanenori - pixabay.com, © eXXcellent solutions)

 

Bei vielen Ansätzen zur Digitalisierung von Prozessen werden aktuelle Informationen über Dinge in der realen Welt benötigt. Um beispielsweise den Energieverbrauch eines Gebäudes zu optimieren benötigt man sowohl detaillierte Informationen über den Energieverbrauch als auch Informationen über deren Einflussgrößen. In einigen Situationen müssen Dinge auch gesteuert werden. So macht es beispielsweise Sinn, zur Verbesserung des Energieverbrauchs Heizung oder Lüftung zu steuern.

Je nach Kontext betrachtet man sehr unterschiedliche Dinge wie Gebäude, Behälter, Stromleitungen, Maschinen oder Autos. Fahrzeuge oder Maschinensteuerungen sind teilweise von sich aus in der Lage, Informationen zu liefern. Andere Dinge, wie z.B. Abfallbehälter oder Brücken, müssen erst mit der passenden Sensorik ausgestattet werden, um Informationen liefern zu können.

Um an die Informationen der Dinge zu gelangen, müssen diese vernetzt werden. Für die Sammlung von Technologien für die Vernetzung von realen und virtuellen Dingen hat sich der Begriff Internet of Things (IoT) herausgebildet. Die Auswahl der richtigen Verbindungstechnologie hat weitreichende Konsequenzen auf das Gesamtsystem. Anforderungen an die Bandbreite der Datenversorgung, der damit verbundene Energieverbrauch und die Kosten für die Vernetzung müssen sorgsam gegeneinander abgewogen werden.

Eine komplette IoT-Lösung besteht aber nicht nur aus Dingen und deren Vernetzung, sondern erfordert zusätzlich eine Plattform zur Verarbeitung und Bereitstellung der Daten und Anwendungen um die Prozesse abzubilden. Letztendlich wird erst in den Anwendungen, die die erfassten Daten verarbeiten und nutzen, der eigentliche Mehrwert eines IoT-Systems geschaffen.

 

Eine IoT-Lösung besteht im Allgemeinen aus 4 Komponenten:

  • Dingen bzw. Sensoren und Aktoren die mit den Dingen verbunden sind,
  • einer Verbindungstechnologie (z.B. WiFi, LoRaWAN, GSM, Bluetooth, Ethernet …),
  • einer sog. IoT-Plattform, welche die Daten verarbeitet und bereitstellt und
  • verschiedenen Anwendungen um die gewünschte Funktionalität abzubilden.

 

 

Komponenten einer IoT-Lösung

 

Komponenten einer IoT-Losung (© eXXcellent solutions)

 

 

Beispiel einer konkreten Ausgestaltung einer IoT-Lösung - Energieoptimierung eines Freizeitbads

Der Betrieb eines Freizeitbades ist sehr energieintensiv: Innenräume und große Mengen Wasser müssen für die Besucher angenehm temperiert sein. Die komplexe Technik des Bades erfordert große Mengen Strom. Teile der benötigten Wärme und des benötigten Stroms werden in diesem Fall durch ein Blockheizkraftwerk selbst erzeugt.

Im ersten Schritt war es notwendig, die Verbräuche an Strom, Wärme und Erdgas detailliert zu erfassen. Verbrauchswerte werden dabei mindestens stündlich aufgezeichnet. In dieser Frequenz ist es nicht mehr möglich, diese Erfassung manuell durchzuführen. Die Erfassung muss also automatisiert erfolgen.

Die dazu notwendige Technik wurde im laufenden Betrieb eingebaut. Um den Aufwand dafür so gering wie möglich zu halten, wurde auf LoRaWAN als Übertragungstechnik gesetzt. Bei LoRaWAN handelt es sich um eine Funktechnologie speziell für IoT-Anwendungen. Sie zeichnet sich durch eine große Reichweite (2-15 km) und geringen Energieverbrauch bei der Datenübertragung aus, was auch batteriebetriebene Sensorik ermöglicht.

Der relative Nachteil dieser Technologie ist jedoch die geringe Bandbreite von max. 250kbit/s, was in unserem Beispiel kein limitierender Faktor ist. Die große Reichweite ermöglicht es, dass lediglich 2 Basisstationen ausreichen, um das komplette, weitläufige Gebäude mit dem Funknetzwerk abzudecken.

Ein Teil der Zählerdaten wird allerdings nicht über LoRaWAN übertragen, sondern über Schnittstellen, die vom Energieversorger bereitgestellt werden. Um ein vollständiges Bild der Verbräuche zu erhalten ist es notwendig, die Daten vom Energieversorger mit den Daten der über LoRaWAN angebundenen Zähler zu verknüpfen.

Diese Aufgabe übernimmt unsere IoT-Plattform auf Basis von orchideo | connect. Diese Plattform hat nicht nur die Aufgabe, Daten aus unterschiedlichen Quellen zusammenzuführen. Die Daten werden zusätzlich in Echtzeit aufbereitet und können anschließend über Schnittstellen anderen Systemen zur Verfügung gestellt oder einem Benutzer graphisch dargestellt werden.

Die graphische Darstellung ist in den frühen Projektphasen wichtig, um einen Eindruck von der Qualität der Daten zu bekommen und erste Rückschlüsse über Zusammenhänge zwischen den einzelnen Daten ziehen zu können.

Für die weitere Nutzung der Daten mit dem Ziel der Optimierung der Energieverbräuche ist es aber notwendig, die Daten genauer zu untersuchen. Ziel der Untersuchung ist es, ein brauchbares statistisches Modell der Zusammenhänge zu entwickeln.

Als Ergebnis der Untersuchung wurden Modelle für die Prognose des Energieverbrauchs entwickelt, die gegenwärtig validiert werden. Nach erfolgreicher Validierung können beispielsweise Regeln für die Optimierung des Energieverbrauchs formuliert und für die automatische Steuerung des Betriebs verwendet werden.

 

Durch den Einsatz der IoT-Lösung ergeben sich für das Freizeitbad wesentliche Vorteile:

  • Detaillierte Erfassung von Verbräuchen und Einflussgrößen,
  • Identifizierung von Energie-Einsparpotentialen,
  • Steuerung der Laufzeiten des Blockheizkraftwerkes, so dass möglichst viel der produzierten  Wärme abgenommen wird,
  • Energiemanagement und Prognose für den Energie-Einkauf,
  • Leckage-Erkennung (Gas/Wasser),
  • Bessere Bilanzierung durch bessere und schnellere Daten durch Verringerung von Bilanzrückstellungen

 

In verschiedenen Kooperationen und Partnerschaften arbeiten wir aber auch an IoT-Lösungen für andere Bereiche:

  • Automotive: kostenpflichtige Apps, die einfach und ohne Werkstattbesuch einfach ausgerollt werden können, etc.. Lesen Sie dazu auch unseren Artikel: Beam me up - Softwareupdates ohne Werkstatt
  • Energieversorgung: Energiemanagement für die Kunden, Komfortfunktionen wie die Abschlagswartung, andere Formen der Stromerzeugung (Mieterstrommodelle), etc.
  • Versicherungen: Individuelle Versicherungsbeiträge durch Berücksichtigung des Fahrverhaltens
  • Forschungsprojekte: Förderung der Infrastruktur für die E-Mobilität

 

Haben Sie Fragen zu unseren IoT-Lösungen oder Forschungsprojekten in diesem Umfeld, treten Sie mit mir in Kontakt. Gerne begleiten wir Ihre Journey vom Produkt zum Anfassen bis hin zu Dingen, die nur noch virtuell existieren - eben: IoT-Die Brücke von der realen in die digitale Welt

 

Weiterführende Artikel zum Thema IoT:

video-clip-1Aufzeichnung des Vortrages "IoT-Die Brücke von der realen in die digitale Welt" auf der FIBIT Business 2020 in Fulda

 

Weitere Informationen

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Schreiben Sie mir eine E Mail, ich freue mich auf Ihre Kontaktaufnahme:

emailralph.guderlei@exxcellent.de

 

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Über Dr. Ralph Guderlei

Dr. Ralph Guderlei ist Portfolio Manager IoT und Projektleiter bei der eXXcellent solutions in Ulm. Sein Schwerpunkte sind Digitalisierung und Anwendungen im IoT-Umfeld, unter anderem im Bereich Smart City, Fahrzeug-Telemetrie und Energieversorgung. Seine Erfahrungen gibt er gerne auf Konferenzen und in Fachartikeln weiter.

Tags: Alle Blogbeiträge, IoT

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