Eigentlich klingt es ganz einfach: In einer smarten Produktion arbeiten alle Maschinen vernetzt. Sensordaten werden zusammengeführt, um daraus die Steuerung der Maschinen abzuleiten und die Qualität zu kontrollieren. Doch wie aktuell sind die einzelnen Sensordaten? Warum werden Sensordaten erst zusammengeführt und dann ausgewertet und nicht direkt weiter verwertet? Fakt ist – werden bei der Auswertung Fehler gemacht, kann das teuer oder sogar gefährlich werden. Wie lässt sich das Problem lösen?

Das Problem ist nicht neu. Schon bei der Einführung der Eisenbahn wurde es offensichtlich: Wenn die Zeit in einem Netz nicht hinreichend genau und überall gleich definiert ist, führt das zu Missverständnissen und Fehlern. Damals verwendeten die vielen kleinen Staaten auf dem Gebiet Deutschlands ihre eigenen Ortszeiten. So gab es größere Uhrzeitdifferenzen zwischen Berlin und Köln, zwischen Dresden und Düsseldorf, zwischen München und Stuttgart. Wer mit der Bahn reiste, musste selbst bei kürzeren Fahrten seine Uhr auf die gültige Ortszeit umstellen – sonst hätte er möglicherweise seinen Anschlusszug oder seine Verabredung verpasst.

In Netzwerken ist die Zeitdefinition von großer Bedeutung. Das hat sich von damals bis heute nicht geändert. Allerdings hat sich, je nach Anwendung, die Fehlertoleranz ganz wesentlich reduziert: Gilt bei der Deutschen Bahn heute ein Zug noch als pünktlich, wenn er weniger als sechs Minuten zu spät ankommt, zählen in IT- und Telekommunikationsnetzen Zeitdifferenzen von nur wenigen Millisekunden als akzeptabel. Das Mobilfunknetz der 5. Generation, das häufig als Voraussetzung für die Vernetzung von autonom fahrenden Autos angesehen wird, bietet Verzögerungszeiten, sogenannte Latenzen, von weniger als zehn Millisekunden. Damit sollen schnelle Reaktionen der computergesteuerten Fahrzeuge möglich werden, die Unfälle weitestgehend verhindern. Ähnliche Anforderungen gelten für Produktionsnetzwerke: Wenn eine Maschine auf das Ergebnis einer anderen angewiesen ist, wenn Fehlproduktionen schnell erkannt und unmittelbar korrigiert werden sollen, müssen die Laufzeiten der Daten in der Smart-Factory möglichst kurz sein – und deren Auswertung muss zeitlich präzise zusammenpassen.

Vernetzungstechnologien von Ethernet bis 5G-Campusnetz

Doch diese Gleichzeitigkeit ist in einem Produktionsnetzwerk nicht so einfach herzustellen. Sensoren und Aktoren in den vielen Maschinen unterschiedlicher Hersteller können mit unterschiedlicher Netzwerktechnik ausgestattet sein. Ethernet, WLAN, private Mobilfunknetze als lokale Campuslösung oder das öffentliche Mobilfunknetz – eine ganze Reihe an verschiedenen Lösungen können Maschinen miteinander vernetzen.

5G-Campusnetze gewinnen im Bereich Produktion an Bedeutung: 5G kann als erste der drahtlosen Technologien Garantien für die unterschiedliche Qualität von Verbindungen übernehmen, und das dynamisch und selbst bei Bewegung. Dadurch können große Teile der Produktionstechnik ohne teure und unflexible kabelgebundene Vernetzung miteinander verbunden werden. „Und wenn ein Campusnetz erst einmal besteht, ergeben sich schnell weitere Anwendungsfälle“, weiß Frank Schmidt-Küntzel, Business Owner Campus Networks bei Telefónica Germany. „So lassen sich in einem Campusnetz relativ einfach Sensoren oder hochauflösende Kameras zur Diagnose für die Instandhaltung schneller und unkomplizierter nachrüsten. In der Logistik geht es eher um die nächste Generation autonom fahrender Transporter und Roboter, sogenannte AGV (Autonomous Guided Vehicles) und AMR (Autonomous Mobile Robots), sowie um die Automatisierung der Inventarisierung.“

In den meisten Fabriken werden allerdings, zumindest auf absehbare Zeit, unterschiedliche Vernetzungstechnologien kombiniert. Für die zeitliche Abstimmung der Daten, die in einer vernetzten Produktion gesammelt werden, bringt das eine zusätzliche Herausforderung: Zur spezifischen Latenz, der Übermittlungsverzögerung, in jedem einzelnen Netz einer bestimmten Technologie gesellt sich das Problem, dass die verschiedenen Netze nicht synchronisiert sind.

Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) beschäftigen sich Wissenschaftler und Techniker intensiv mit den Herausforderungen der Smart Factory, auch mit dem Zeitproblem. Hier ist mit dem 5G-Industry Campus Europe eine viel beachtete Installation entstanden, auf der die Möglichkeiten des 5G-Mobilfunkstandards für die industrielle Fertigung erforscht und erprobt werden. „Grundsätzlich bietet 5G mit seiner geringen Latenz sehr gute Voraussetzungen für den Einsatz in der Produktion“, sagt Niels König, Abteilungsleiter Produktionsmesstechnik. „Wenn beispielsweise in einem Fräswerkzeug etwas bricht, muss man sofort reagieren. 5G ermöglicht solch schnelle Reaktionen.“ Außer einer passenden Netzwerktechnik ermöglicht grundsätzlich auch Edge-Computing schnelle Reaktionen: Statt Daten an einen Server zu senden, dort zu analysieren und daraus resultierend Steuerungsbefehle an die Maschine zu senden – in einem Prozess, der zwangsläufig Zeit erfordert –, werden hierbei Daten gleich vor Ort erfasst, analysiert und zur Steuerung der Maschine verwendet.

Telefónica in Deutschland macht den Einstieg ins Internet der Dinge noch einfacher und bietet unter seiner starken Marke o2 Business den neuen Tarif „o2 Business Easy IoT“: 10 Euro für zehn Jahre Konnektivität mit Datenvolumen je nach Nutzungsgebiet.

Das Internet der Dinge ist in unserem Alltag längst so präsent wie das Internet an sich: Mit dem Smartphone hat fast jede und jeder ein IoT-Gerät immer dabei. Es hat viele Sensoren, ein Ortungssystem, bietet mit NFC, Bluetooth, WLAN und Mobilfunk unterschiedliche Verbindungstechnologien an. Mit seinen vielfältigen Möglichkeiten gehört es gewiss zu den besonders flexiblen und leistungsstarken Geräten im Internet der Dinge.

Dass derartige Hightech-Instrumente vernetzt arbeiten und so Funktion, Komfort und Sicherheit ermöglichen, überrascht nicht mehr und ist Alltagserfahrung geworden. Doch die Bandbreite von Anwendungen, in denen das Internet der Dinge Funktion, Komfort und Sicherheit ermöglichen, ist unbegrenzt, weil sie bis hin zu den vermeintlich einfachsten und banalsten Dingen reichen kann. Ist der Abfalleimer im Park voll und muss geleert werden? Reicht das Wasser in der Regentonne, um die Gemüsebeete zu gießen? Wo ist das teure E-Bike abgestellt? Und wo treibt sich meine Katze gerade herum? Einfache Fragen – Antworten zu bekommen, ist nicht in jedem Fall so einfach. Aber sie bieten die Möglichkeit für neue Services und neue Geschäftsmodelle.

Werden die Gegenstände oder die Haustiere mit dem Internet der Dinge verbunden, lassen sich die Fragen leicht beantworten. Dann kann schon ein Blick aufs Smartphone reichen und schon ist alles geklärt. Das bringt echten Nutzen für den Endverbraucher – und eröffnet neue Geschäftschancen für pfiffige Unternehmer: Verbinden sie ihre Produkte mit dem Internet der Dinge, können sie zum echten Lösungsanbieter für neue digitale Mehrwertdienste werden. Produzenten von Abfallbehältern können ihre Kunden, zum Beispiel Parkverwaltungen und Straßenreinigungsämter, bei ihrer Arbeit entlasten, weil diese durch smarte Müllsammler keine unnötigen Entleerungsfahrten mehr machen und so Zeit sparen. Oder der E-Bike-Hersteller kann seinen Kunden nicht nur ein Fahrrad verkaufen, sondern gleichzeitig einen effektiven Diebstahlschutz. Und auch Produzenten von Regentonnen erweitern ihr Produkt zum Service: Statt nur der Möglichkeit, Regenwasser aufzufangen, bieten sie ihren Kunden zusätzlich Information zur Bewässerungsplanung. Davon können auch Gartenbetriebe profitieren, beispielsweise wenn sie sich über eine vernetzte Füllstandsanzeige ihres Regenwassertanks einfach automatisch informieren lassen.

Das Internet der Dinge sprengt unsere derzeitige Vorstellungswelt: Die fortschreitende Miniaturisierung von Technik, Niedrigenergie-Technologien und überall verfügbare Vernetzung liefern die Grundlage für nahezu unbegrenztes Wachstum des Internets der Dinge.

Dabei profitieren auch die Nutzer des neuen Tarifs o2 Business Easy IoT von der leistungsstarken Infrastruktur von Telefónica: Das moderne Mobilfunknetz bietet Konnektivität per 2G, 4G, Narrowband-IoT und 5G. Damit werden IoT-Anwendungen massenhaft (massive Machine Type Communication, mMTC) und höchst energieeffizient möglich. Und zur Administration der Konnektivität steht Nutzern des neuen IoT-Tarifs von o2 Business die IoT-Plattform Telefónica Kite Essential zur Verfügung. Damit lassen sich SIM-Karten zuordnen, aktivieren und deaktivieren sowie der Datenverkehr kann einfach zentral kontrolliert werden.

„Das Internet ist für uns längst zur täglichen unverzichtbaren Informationsquelle geworden. Mit unserem neuen Tarif o2 Business Easy IoT machen wir es einfach, auch die Dinge ins Internet einzubeziehen und intelligent zu nutzen“, sagt Sven Koltermann, Leiter IoT Competence Center bei Telefónica Deutschland. „Nicht Technik und Konnektivität sollen der Anwendung Grenzen setzen, sondern nur unsere Fantasie. Wir bereiten den Weg von der Welt der Dinge zur smarten Welt.“

Für anspruchsvolle IoT-Anwendungen, die genauere Beobachtung und Auswertung erfordern oder bei denen es sich um geschäfts- oder echtzeitkritische Informationen handelt, bleibt der Tarif Telefónica IoT Connect die richtige Wahl.