Unsere (Info-)Grafik, kurze Geschichte des industriellen Internets der Dinge

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Das Internet der Dinge (IoT) wird von vielen als die nächste industrielle Revolution angepriesen. Das IoT ist in den letzten Jahren immer mehr zum Mainstream geworden, und führende Analystenhäuser sagen voraus, dass das nächste Jahrzehnt der kontinuierlichen IoT-Entwicklung das weltweite Umsatzwachstum von mehr als 2 bis 3 Billionen US-Dollar ankurbeln wird. Branchenexperten sind sich auch einig, dass der Industriesektor am meisten von dieser technologischen Revolution profitieren kann und dass das industrielle Internet der Dinge (IIoT) wahrscheinlich den Löwenanteil des gesamten IoT-Umsatzwachstums ausmachen wird.

Es war ein langer Weg bis zur heutigen IIoT-Revolution, und obwohl Verbraucherinnovationen eine große Rolle gespielt haben, wurde ein Großteil dieses Weges durch Innovationen im Industriesektor gepflastert. Da sich die Technologie in einem noch nie dagewesenen Tempo weiterentwickelt, beschäftigt sich die Zukunft des IIoT sowohl von Investoren als auch von Technologie-Endbenutzern. Aber wir können nicht wissen, wohin wir gehen, bis wir wissen, wo wir waren, und um die Zukunft des IIoT zu verstehen, müssen wir im Jahr 1968 beginnen.

Bescheidene Anfänge

Trotz eines Katers von den Silvesterfeierlichkeiten der vergangenen Nacht verfasste der Ingenieur Richard (Dick) Morley am 1. Januar 1968 ein Memo, das schließlich zur Erfindung der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) führte. Seine Kreation, der Modicon, trug wesentlich zu den Fertigungskapazitäten von General Motors bei und beeinflusste maßgeblich die Zukunft der Automatisierungsindustrie.

Dick war 1968 nicht der einzige, der beschäftigt war. In der Hoffnung, einen "Apparat zur Erzeugung und Übertragung digitaler Informationen" zu entwickeln, arbeitete der amerikanische Erfinder und Geschäftsmann Theodore G. Paraskevakos an den weltweit ersten Machine-to-Machine-Geräten (M2M). Morleys PLC und Paraskevakos M2M waren die ersten kleinen Schritte auf dem langen Weg zum heutigen IIoT.

Grundstein für Konnektivität legen

Schneller Vorlauf in die 1980er Jahre und zwei kritische IIoT-Meilensteine. Die Standardisierung der Ethernet-Konnektivität im Jahr 1983 legte den Grundstein, Maschinen verschiedener Hersteller physikalisch zu verbinden. Sechs Jahre später verstärkte Sir Tim Berners Lee, Informatiker am CERN, der Europäischen Organisation für Kernforschung, dieses Multi-Netzwerk-Management mit der Erfindung eines kleinen Dings namens World Wide Web. Lee hat das Web konzipiert und entwickelt, um der Nachfrage nach automatischem Informationsaustausch zwischen Wissenschaftlern an Universitäten und Instituten auf der ganzen Welt gerecht zu werden.

Während das „Web“ noch in den Kinderschuhen steckte, setzte die Industrie auf interoperable Konnektivität in der Fabrikhalle. Eine Gruppe von Anbietern, die sich zusammengestellt hat, um wachsende Bedenken auszuräumen, wird als „Gerätetreiberproblem“ bezeichnet. Zu dieser Gruppe gehörten ein halbes Dutzend Unternehmen, darunter unter anderem Fisher-Rosemount, Intellution und Rockwell Software. Dies war das erste Treffen der heutigen OPC Foundation.

Konnektivität, Zusammenarbeit und Kooperation

Als diese Anbieter von Industrielösungen zum ersten Mal zusammenkamen, wurden ihre Human Machine Interface (HMI)- und Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)-Lösungen mit proprietären Kommunikationsprotokollen oder Treiberbibliotheken entwickelt. Als erstklassige Lösungen auftauchten und industrielle Endbenutzer begannen, integrierte Architekturen mit Lösungen von mehreren Anbietern aufzubauen, wurde die Notwendigkeit klar, die Kommunikation zwischen traditionell unterschiedlichen Maschinen zu ermöglichen. Anbieter mussten entweder Ressourcen in die Entwicklung von Funktionen auf Anwendungsebene investieren oder damit beginnen, integrativere Verbindungen zwischen Lösungen herzustellen – einschließlich derer der Konkurrenz.

Einige Anbieter entschieden sich, ihre eigenen Application Programming Interfaces (APIs) oder Driver Toolkits zu erstellen. Dies löste zwar ihre eigenen Konnektivitätsprobleme, schränkte jedoch die Möglichkeiten der Endbenutzer bei der Integration zusätzlicher Lösungen ein. Glücklicherweise überzeugte der Markt die Anbieter bald, zusammenzuarbeiten und Änderungen vorzunehmen, die im besten Interesse der Endbenutzer waren.

Die OPC Foundation hat viele konkurrierende Anbieter gezwungen, zusammenzuarbeiten, um Verbindungsprobleme zu lösen, die durch proprietäre Kommunikationsprotokolle aufrechterhalten werden. Der Bedarf an interoperableren Lösungen wurde 1995 weiter unterstrichen, als Microsoft Windows die Vorherrschaft im Produktionsbereich erlangte. Windows 95 war das erste kommerziell verfügbare off the Shelf (COTS) Betriebssystem (OS) mit Plug-and-Play-Fähigkeiten zur Unterstützung der einfachen Integration mit Hardware und ermöglichte es Benutzern, mit grafischen Einheiten und Bedienelementen zu interagieren, die den bereits in HMIs verwendeten HMIs ähneln die Fabrik. Windows 95/NT 4.0 war auch entwicklerfreundlicher und billiger als ihre Gegenstücke in der Industrieautomation. Als klar wurde, dass Microsoft Windows das allgegenwärtige Betriebssystem war, auf dem man aufbauen konnte, begann die gesamte industrielle Softwareentwicklung, Microsoft Windows als Plattform der Wahl zum Ziel zu haben.

Die späten 1990er Jahre brachten auch bedeutende Fortschritte in der drahtlosen M2M-Technologie. Ethernet, damals ein Vierteljahrhundert alt, hat sich als universeller Konnektivitätsstandard im industriellen Umfeld herauskristallisiert. Schnittstellenstandards begannen sich nach Branche zu differenzieren – DNP und IEC 61850, die jetzt die Energiebranche dominieren; BACnet in der Gebäudeautomation; und zusätzliche Standards wie Profibus, CC-Link, HART und mehr. Konsortien für jeden dieser Standards begannen sich zu bilden. Der Industriesektor entwickelte sich schnell in Richtung des IIoT, das wir heute kennen.

Das IIoT für die Massen bringen

Mit einem allgegenwärtigen Betriebssystem und einem Ethernet-Backbone wurden immer mehr Industriegeräte verbunden. 1999 führte Kevin Ashton, ein britischer Technologiepionier, den Konnektivitätston bis ins neue Jahrtausend fort und prägte den Begriff „Internet der Dinge“, um ein System zu beschreiben, bei dem das Internet über Sensoren mit der physischen Welt verbunden ist. Konnektivität wurde sogar für ältere Geräte ermöglicht, ein Trend, der sich in industriellen Umgebungen als entscheidend erweisen würde, wo Geräte teuer sind und als längerfristige Investition angesehen werden.

Der vielleicht bedeutendste IIoT-Meilenstein der frühen 2000er Jahre war das Aufkommen und die weit verbreitete Einführung von Cloud-Technologien. Die Einführung von Amazon Web Services im Jahr 2002 brachte die Cloud in die Masse und veränderte die Art und Weise, wie Unternehmens- und Industriearchitekturen erstellt und genutzt wurden, für immer. 14 Jahre später bieten die Cloud und virtuelle Maschinen immer noch neue Möglichkeiten für das IIoT.

Mitte der 2000er Jahre, als die Verbraucherwelt Smartphones erwarb, bekam die industrielle Welt kleinere und intelligentere SPS und verteilte Steuerungssysteme (DCS). Hybridsteuerungen und programmierbare Automatisierungssteuerungen (PACs) entstanden, und Legacy-Hardware entwickelte sich weiter, als Batterie- und Solarstrom zuverlässiger und wirtschaftlicher wurden. Hersteller könnten Sensoren in einer verteilten Architektur wie einer Ölpipeline betreiben, um Intelligenz und Konnektivität in den entlegensten Bereichen eines Unternehmens zu ermöglichen. Die Kombination aus weit verbreiteten Stromquellen und Konnektivität mit intelligenten Geräten fügte den Industriedaten einen sinnvollen Kontext hinzu.

Daten werden zu Informationen

Kontext verwandelte Daten in Informationen, und die Branche wandte sich erneut an die OPC Foundation, um neue Herausforderungen bei der Kommunikation dieser kontextbezogenen Daten zu lösen. Im Jahr 2006 reagierte die Stiftung mit dem OPC UA-Protokoll, auf das sich noch heute viele verlassen. Das neue OPC UA-Protokoll baute auf bestehenden Standards auf, befasste sich jedoch mit der Entwicklung neuer Technologien und Fortschritte. OPC UA entkoppelte die API von der Leitung und wurde entwickelt, um in Feldgeräte, Control Layer Applications, Manufacturing Execution Systems (MES) und Enterprise Resource Planning (ERP) Anwendungen zu passen. Sein generisches Informationsmodell unterstützte primitive Datentypen (wie Integer, Gleitkommawerte und Strings), binäre Strukturen (wie Timer, Zähler und PIDs) und XML-Dokumente. Bis heute liefert OPC UA einen Interoperabilitätsstandard, der den Datenzugriff vom Shop-Floor bis zum Top-Floor ermöglicht.

Bis 2010 begannen Maschinen- und Betriebsdaten einen echten Mehrwert zu erzielen, und immer mehr Unternehmen versuchten, ihre Daten im Laufe der Zeit zu speichern und zu analysieren. Als Reaktion darauf stieg der Markt für Datenhistoriker an und die Sensortechnologie erlebte erhebliche Preisrückgänge. Diese erschwingliche und flexible Intelligenz und Konnektivität würde viele „Brownfield“ (vorbestehende) Industriearchitekturen in das IIoT-Zeitalter bringen, da immer mehr ältere Geräte mit Sensorintelligenz und Konnektivität ausgestattet würden. Darüber hinaus ermöglichten Fortschritte bei Personal Computing und Edge-Geräten noch mehr Flexibilität in der Fähigkeit von Unternehmen, von überall und jederzeit auf Daten zuzugreifen und diese zu analysieren. Führende Unternehmen der IT-Branche, darunter Citrix und Intel, begannen, offen über Best Practices für den wachsenden Trend zum Bring Your Own Device (BYOD) zu diskutieren.

IIoT heute, morgen und darüber hinaus

In den letzten sechs Jahren haben sich alle Teile zusammengetan, um eine echte und bedeutungsvolle Vision für die Zukunft des IIoT zu festigen. Robuste industrielle Konnektivität, fortschrittliche Analytik, zustandsbasierte Überwachung, vorausschauende Wartung, maschinelles Lernen und Augmented Reality – dies sind die Zukunft der IIoT-Konzepte, unterstützt durch tragfähige Technologien, die heute verfügbar sind. Technologieführer – darunter GE, IBM, PTC und viele mehr – setzen in großem Stil auf die Zukunft des IIoT. In den letzten zwei Jahren haben umfangreiche Investitionen in Innovation und Akquisitionen diese aufstrebenden IIoT-Plattformen weiter verfeinert.

Es war ein langer Weg seit Richard Morleys katerresistenter Idee für die SPS, aber da der Weiterentwicklung des IIoT mehr Aufmerksamkeit und Ressourcen gewidmet werden, werden noch größere Dinge auf breiteren Märkten erwartet. Laut einem aktuellen Business-Intelligence-Bericht werden in den nächsten fünf Jahren fast 6 Billionen US-Dollar für IoT-Lösungen ausgegeben und Unternehmen werden die Top-Anwender von IoT-Lösungen sein.

Da so viel auf dem Spiel steht, wird es in der industriellen Welt zweifellos zu großen Veränderungen kommen. Da sich Regeln ändern und sich die Technologie weiterentwickelt, werden sich die Rollen entwickeln und die Geschäftsstrukturen werden sich anpassen. So beginnen beispielsweise traditionell unterschiedliche Betriebstechnologie- und IT-Abteilungen zusammenzuarbeiten und sogar zu fusionieren. Wir hören von diesen Rollenverschiebungen von unseren Kunden und die zunehmende Verwendung traditioneller IT-Standards – wie MQTT, WAMP und XMPP – innerhalb der Industrie sind ein weiterer Beweis für diesen Wandel. Und da integrierte, zugängliche Daten zur Norm werden, rücken Datenwissenschaftler, die diese Daten interpretieren können, zunehmend in Führungspositionen mit Entscheidungsfindung vor.

Es ist zwar schwer vorherzusagen, wie sich das IIoT entwickeln wird, aber es ist klar, dass wir in dieser neuen industriellen Revolution einen Wendepunkt erreichen. Da immer mehr Geräte verbunden werden und mehr Daten erzeugt werden, die in immer leistungsfähigere Analyse- und künstliche Intelligenzprogramme einfließen, sind den Fortschritten, die rund um das IIoT möglich sind, scheinbar keine Grenzen gesetzt.