Einblicke in die zukünftige Entwicklung der Technologien

Maschine-zu-Maschine-Kommunikation erzeugt ein immenses Geflecht an präzisen Daten: An Land, auf See, in der Luft und im Weltraum. Häuser, Büros und Autos sind vernetzt. Produkte, Umgebungen und Menschen werden intelligenter, sicherer und umweltfreundlicher.

Manches davon lässt sich mühelos nachvollziehen. Anderes übersteigt nach wie vor unser Vorstellungsvermögen. Seit kurzem hält eine grundlegend neue Art der Vernetzbarkeit in den Fabriken Einzug und wirft ein neues Licht auf die industrielle Revolution. Damals durchlief die Gesellschaft einen Wandel weg von der reinen Handarbeit hin zur Nutzung neuer Energiequellen, die für höhere Geschwindigkeiten und mehr Effizienz sorgten. Groß angelegte Fabriken entstanden, und die Maschinen arbeiteten immer effizienter. Dieser Fortschritt führte zu einer zweiten durch Öl und Elektrizität ausgelösten industriellen Revolution. Zurzeit befinden wir uns in einer dritten revolutionären Umbruchsphase, ausgelöst durch digitale Technologien.

Mit dem beständigen Streben nach immer effizienteren Fertigungsmethoden und nach Möglichkeiten einer intuitiveren Problemerkennung wurden die Fabriken zur neuen Herausforderung der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation. 

Für optimale betriebliche Effizienz muss jeder noch so kleine Fertigungsparameter jede Millisekunde überwacht werden, um Echtzeitinteroperabilität in der Produktion zu gewährleisten. Bislang waren Werke und Fabrikanlagen mit älteren Sensoren ausgestattet, die Daten ohne Internetverbindung erfassten. Aber mittlerweile leben wir in einer Zeit, in der die Vorzüge Ethernet-basierter End-to-End-Datenkommunikation über die gesamte Produktpipeline hinweg genutzt werden. Branchenexperten bezeichnen diese riesigen, miteinander verbundenen Netzwerke als das Internet der Dinge.

Diese neuen intelligenten Fabriken verbinden die physische Welt mit der digitalen. Sie vernetzen die Schnittstellen, den Ingenieur und praktisch alle Maschinen und jede Cloud miteinander. Von einfachen Sensoren bis hin zu komplexen Montagerobotern: Die Maschinen in diesen Netzwerken erzeugen Rohdaten, analysieren sie und verarbeiten sie in Echtzeitvirtualisierungen der Produktion. Immer häufiger treffen sie wichtige Entscheidungen selbst und dank der Fülle von Informationen können sie jetzt auch geschickt Ineffizienzen vermeiden.

Über multimodale Sensoren können Informationen zu Produktionsfehlern umgehend zusammengeführt und in entsprechende Aktionen umgesetzt werden. Eine digital vernetzte Fabrik kann auf die Eingaben aus allen Teilen der Lieferkette reagieren, einschließlich der Geschäfte, in denen die Produkte verkauft werden. Da problemlos Daten aus dem gesamten Produktlebenszyklus abgerufen werden können, lassen sich außerdem die tatsächlichen Fertigungskosten einer Einheit leichter nachvollziehen. Mit diesem Wissen können die Hersteller ihre Preise auf Grundlage dieser Echtzeitmetriken immer besser anpassen.

Wir stehen noch am Beginn dieser vierten industriellen Revolution. Produkte und Sensoren müssen auch weiterhin für Anwender gefertigt werden, die nicht das Fachwissen eines Ingenieurs besitzen. Die Bandbreite muss erhöht werden und Signale müssen zuverlässiger sein. Bei einer wirklich konstanten Kommunikation werden Probleme früher erkannt und behoben, die Hersteller können Energie sparen und Fabriken können flexibler produzieren. So können an einem Tag große Mengen von Standardprodukten und am nächsten kleine Stückzahlen einer bestimmten Variante gefertigt werden. Da immer kleinere Elemente vernetzt werden, die Daten erzeugen, übertragen und analysieren, werden die Prozesse sogar noch präziser.

Diese jüngste Innovation kann auch eine Lösung für ältere Werke sein. Hersteller können jetzt dank hochmoderner Technologien auch bislang nicht vernetzbare Geräte für das Internet der Dinge rüsten. Alle erfassten Daten können nun mit den Daten aus neueren Geräten verarbeitet werden, sodass Maschinen, Steuerungen und Laufwerke in Netzwerke und IT-Systeme integriert werden. Auf diese Weise werden die „Offline-Fabriken“ von gestern die intelligenten Fabriken von morgen.

Die Anwendungsmöglichkeiten für Technologien des Internets der Dinge sind nahezu unbegrenzt.  Aber nicht nur in der Fabrik hält die Vernetzung Einzug. Zuhause, am Arbeitsplatz und darüber hinaus erledigen unzählige Sensoren in unterschiedlichsten und teilweise extremen Umgebungen ihre Aufgabe.

Bei der Startfreigabe eines Raumschiffs werten Sensoren bei der Zündung des Motors mittlerweile Temperaturen von mehr als 1.700 °C aus, während ein anderes vernetztes Sensorsystem sicherstellt, dass die immense Hitze nicht die Ladung beschädigt. Selbst die riesigen, 184 Tonnen schweren Raketenhüllen werden von Sensoren geschützt, die die beim Start ausgeübte Druckkraft messen.
 

Ein anderes Beispiel sind die elektrischen Formel E-High-Tech-Rennwagen, die mit 225 km/h ihre Runden drehen. Bei der Auswertung der Fahrten des Fahrzeugs auf seinen Testrunden werden wichtige Temperatur- und Druckdaten in einer engen Schleife zwischen dem 200-KW-Fahrzeug und der Box übertragen – und dies nahezu in Echtzeit. Zudem werden weitere Diagnosedaten zu den Eingaben des Fahrers und dem Verhalten der Aufhängung erfasst, die nach einer Testfahrt von den Technikern heruntergeladen und analysiert werden können.
 

Formel E-Teams arbeiten sogar daran, diese Schleife durch einen nahezu nahtlosen Datenfluss zwischen Fahrzeugen und Technikern noch enger zu gestalten. Mit dem bevorstehenden Start von Roborace will die Formel E eine gesamte Klasse von mit Sensoren gespickten selbstfahrenden Autos auf die Rennstrecke bringen. Bei einem Wettkampf, bei dem leistungsstarke autonome Superrennautos in Sekundenbruchteile Entscheidungen treffen, wird die datengesteuerte Vernetzung zwischen Fahrzeug und Crew noch wichtiger.
 

Im Autorennsport kommt es auf alle Faktoren an, wenn schnellere Geschwindigkeiten nicht auf Kosten der Sicherheit gehen dürfen. Mehr Informationen bedeuten intelligentere Entscheidungen und einem schnelleren Passieren der Zielflagge. Die meisten Menschen werden zwar niemals einen Rennwagen lenken, aber die datengestützte Optimierung dieser Boliden kommt auch ihnen zu Gute, denn sie führt zu Funktionsverbesserungen im gesamten Internet der Dinge.

Im Motorrennsport ist die Bedeutung hochpräziser Maschine-zu-Maschine-Kommunikation offensichtlich. Aber sie erfüllt auch an weniger naheliegenden Orten wie Bürogebäuden ihren Zweck. Die neuesten vernetzten Gebäude wie das App-gestützte Edge in Amsterdam sind ganz auf unser Verhalten abgestimmt und liefern datenintensive Muster, mit denen Maschinen besser fundierte Entscheidungen treffen können. Bereits jetzt sind viele Thermostate, Smartphones, Lampen und Sicherheitssysteme Teil dieser Kommunikation, sodass die einzige Einschränkung bald nur noch die Qualität dieses Zusammenspiels sein wird.
 

Nehmen wir z. B. einmal an, dass Sie meist um 19 Uhr von der Arbeit nach Hause kommen. Ihr Thermostat weiß das und stellt alles auf Ihre bevorzugten Wohlfühlwerte ein. Was aber, wenn Sie im Verkehr feststecken? In diesem Fall verschwendet Ihre Klimaanlage eine halbe Stunde lang Energie und somit Ihr Geld. Dank der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation bricht ein neues Zeitalter an, in dem Ihr Auto die Situation einschätzen, die Verzögerung berechnen und eine aktualisierte Ankunftszeit an das Thermostat in Ihrer Wohnung übermitteln kann. Ihr Thermostat plant die Einschaltzeit entsprechend Ihrer neuen voraussichtlichen Ankunft. Nur durch einen kleinen Maschine-zu-Maschine-Austausch und intelligente Entscheidungsfindung haben Sie Geld gespart und die Umwelt geschont. Multiplizieren Sie dieses Ergebnis mit den geschätzten 124 Millionen Haushalten in den USA und Sie können das wahre Ausmaß ermessen.

Eine Reihe von Sensoren arbeiten unermüdlich in der Datenerfassung. Sensoren überwachen Feuchtigkeit, Position, Druck, Vibration und Geschwindigkeit bis hin zu Drehmoment, Temperatur und Bewegung nahezu alle Parameter und erfassen die Rohdaten, die die Grundlage für maschinelles Lernen bilden. In einer Büroumgebung z. B. kann die Mikrokamera in der Lobby Videodaten in ein Lichtmanagementsystem einspeisen, das LED-Einbauleuchten immer dann einschaltet, wenn Gäste eintreten. Das Kommen und Gehen der Menschen im Gebäude wird effektiv überwacht. Ein besonders durchdachtes System könnte sogar den Zugang anhand der Identität der im Gebäude erkannten Person gewähren.

Wo immer wir moderne Werkzeuge einsetzen (nicht nur bei der Entwicklung von Raumschiffen und Hochleistungs-Elektroantrieben), sind die Herausforderungen beträchtlich. Das Energiemanagement wird im Hinblick auf neue Effizienzen und die Sicherheit gründlich geprüft und angepasst. Unsere Lebens- und Arbeitsweise und unsere Freizeitgestaltung werden durch winzige Komponenten revolutioniert, die mit endlosen, komplexen Interaktionen untereinander beschäftigt sind – und dies alles dank des heimlichen Dialogs zwischen unserer Maschinen.