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Digital Business Transformation - Lösungskonzepte für das Internet der Dinge

Das industrielle IoT (IIoT) ist die treibende Kraft hinter einer auf Daten gesteuerten Industrie, die Branchengrenzen neu definiert. Wir sehen diesbezüglich bereits eine Welle von Innovationen, die die eigene Wettbewerbsfähigkeit deutlich verbessern und brandneue Geschäftsmodelle möglich machen kann. Durch die Extraktion von Daten aus Maschinen und Anlagen können Unternehmen ihre Wertschöpfungsketten aus strategischer Sicht sehr viel genauer beleuchten und so Geschäftsprozesse sehr viel effizienter gestalten Dies wiederum ermöglicht es Unternehmen, produktorientierte Angebote in kundenorientierte, integrierte Servicepakete umzuwandeln, die den Einstieg in die aufstrebende Outcome Economy ermöglichen und beschleunigen.


Eine ergebnisorientierte Wirtschaftlichkeit basiert auf der Lieferung messbarer Ergebnisse, die für den Kunden wichtig sind. Das erfordert wiederum ein tieferes Verständnis der Kundenbedürfnisse, zu den jeweiligen Produkte und Dienstleistungen; zur optimalen Quantifizierung der Ergebnisse sind Informationen in Echtzeit durchaus eine kritische Komponente. Diese Anforderungen waren früher schwer zu realisieren, aber Fortschritte bei digitalen Technologien und die Entwicklung einer robusten System-Architektur, haben die Ergebnisökonomie sowohl möglich als auch tragfähig gemacht.


Funktionalität des IoT

IoT-Lösungen ermöglichen es mehreren Gerätetypen, eine Vielzahl von Maschinen (Assets) zu überwachen, und sie mit einer Vielzahl von Anwendungen und Stakeholdern interagieren zu lassen. Die Anforderung an eine diversifizierte, global verteilte installierte Maschinenbasis mit unterschiedlichsten Datentypen, verlangt eine intrinsische Flexibilität der IoT-Architekturen. Die Einstellung bzw. Nutzung eines Assets muss sich außerdem jederzeit verändern lassen, neue Funktionen müssen bei Bedarf hinzugefügt und neue Assets jederzeit integriert werden können.


Eine wesentliche Anforderung besteht darin, die (getrennte) Datenerzeugung von der Datennutzung zu entkoppeln. Die Entkopplung wird in einer mehrschichtigen und hochmodularen Architektur realisiert. Die klassiche and physischen Merkmalen orientierte Automatisierungspyramide wird in diesem Zusammenhang virtualisiert und abstrahiert. Auf diese Weise entsteht ein Netzwerk in dem ein nahtloser Datenaustausch zwischen den verschiedenen Teilnehmern möglich ist.


Diesbezüglich verändern sich Unternehmen in einem noch nie dagewesenen Tempo, hauptsächlich angetrieben von der IT-Technologie, die sich weiterhin exponentiell weiterentwickelt. Um diese Entwicklung ins rechte Licht zu rücken: Wenn wir bei einem relativen Leistungsniveau von etwa vier sind, führt uns der nächste exponentielle Schritt auf acht und dann auf sechzehn. Innovation ist die neue Norm, hat aber zwangsläufig auch zu einem disruptiven Markt Umfeld geführt. Das IIoT hat beispielsweise das Potenzial, bis 2025 30–50 % der weltweiten Logistik- und Versandkosten und 30–70 % der Kosten für die persönliche Mobilität und den Transport einzusparen. (Quelle: „Technology vs Humanity“ von Gerd Leonhard) . Dies sind Entwicklungen, die kein Unternehmen, das im Geschäft bleiben will, ignorieren kann.


Bei der Entwicklung von IoT-Lösungen, die eine ergebnisorientierte Funktionalität ermöglichen, müssen Unternehmen eine Reihe externer Faktoren berücksichtigen, die beispielsweise das Betriebsmodell und seine Rolle in der Wertschöpfungskette des Unternehmens widerspiegeln. Das Modell sollte die Design- und Technologieauswahl leiten und nicht umgekehrt. Darüber hinaus muss der Kontext berücksichtigt werden, in dem die Lösung eingesetzt wird. Wir haben hierzu bereits ausführlich berichtet.


Darüber hinaus treibt der Fortschritt in der Chiptechnologie auch eine entsprechende Entwicklung voran – nämlich eine Software-Revolution. Normale Hardwareprodukte und sogar ganze Netzwerke können heute bereits virtualisiert und durch Software abgebildet werden. Und die Embedded Technologie macht kompakte Bauteillösungen möglich , ohne dass die Leistung darunter leidet. Dadurch können neue Funktionalitäten im Labor erstellt und getestet und in Echtzeit bereitgestellt werden - ein bahnbrechendes Konzept.


In einer virtuellen Umgebung wird die Verwaltung und Kontrolle sowohl der Informationstechnologie (IT) als auch der Betriebstechnologie (OT) durch intelligente Software ermöglicht. Die über Software-definierte Maschinen sind Teil dieser Entwicklung. Dies bedeutet nicht, dass Maschinen vollständig über eine Software abgebildet werden können; aber es zeigt deutlich, dass sich Software zur wichtigsten Einzelkomponente entwickelt und letztlich auch die befähigende Rolle für die Produktionsprozessen eingenommen hat. Kurz gesagt, Unternehmen stehen vor enormen Herausforderungen.


Lösungen durch Ökosysteme

Es gibt keine Einheitslösung für diese Herausforderungen. Die Automatisierungsbranche bewegt sich jedoch in Richtung offener, skalierbarer Systeme, die es Unternehmen ermöglichen, die Leistungsfähigkeit verschiedener, vernetzter Ökosysteme zu nutzen. Das ermöglicht wiederum eine erfolgreiche IIoT-Implementierungen.


Red Hat zum Beispiel ist ein häufig auftretender Ecosystem-Partner; die Software Kompetenzen und Produkte des Unternehmens ergänzen die Anforderungen der OT-Seite. Die Lösungen von Red Hat sind sicher, offen; zwischenzeitlich vertrauen bereits mehr als 90 % der Fortune Global 500 den Produkten des Unternehmens. Im Bereich IoT ist es durch die verfügbaren Technologien möglich ein End-to-End-Open-Source-IoT-Stack für Unternehmen zu entwickeln. Heute bereits ein unverzichtbarer Baustein in der Entwicklung von IoT-Geräten, Gateways und Cloud-Plattformen.


Als Ökosystempartner verstehen wir bei Lean.IQ Unternehmen, die die Notwendigkeit erkennen, Intelligenz an den Rand des Netzwerks zu bringen. Sogenannte Edge-Lösungen bieten komplexe Ereignisverarbeitung in Echtzeit, Geschäftsregeln, Datentransformation und Interoperabilität. Die nahtlose Interoperabilität zwischen den einzelnen Bausteinen wird durch eine wohldefinierte, robuste offene Architektur realisiert. Dies führt wiederum zur Schaffung einer agilen Umgebung, die genutzt werden kann, um Chancen zu erkennen, Kunden zu gewinnen und zu bedienen und auf Marktveränderungen und Wettbewerbsbedrohungen zu reagieren.


Nahtlose Integration von IT und OT

Um einen Transformationsprozess im Unternehmen wirklich umzusetzen, müssen Daten aus Assets, Prozessen und Produkten zusammengetragen werden. Dabei gilt es die OT-Domain (Operational Technology), in der die Daten generiert werden, mit der IT-Domain (Informationstechnologie) zu verbinden, um die Daten letzlich zu "konsumieren". In seiner Definition umfasst OT die Industrie- und Fabrikautomatisierung, Lieferkettenmanagement und Anlagenüberwachung. Die IT umfasst hingegen Geschäftsprozessautomatisierung, Büroautomatisierung, Mobile- bzw. Webanwendungen und alle anderen Elemente, die für das digitale Unternehmen erforderlich sind.


Eine nahtlosen Konnektivität zwischen IT- und OT-Domain ist dabei eine zwingende Voraussetzung. Die Verschmelzung wird durch ein Edge-Framework (Middleware) und eine Integrationsplattform realisiert, die sich normalerweise in der Cloud oder im Rechenzentrum befindet. Diese Kombination erlaubt eine Entkopplung der Datenerzeugung von der Datennutzung. In IoT-Umgebungen ermöglicht Middleware die Bereitstellung von End-to-End-Lösungen in einer virtuellen Architektur. Die Kommunikation zwischen Daten-Quellen und Daten-Endpunkten wird dabei in einer virtuellen Umgebung abgebildet, und bieten die Möglichkeit auch komplexe physische Kommunikationsverbindungen zu abstrahieren.


Die OT-Vorteile, die sich aus der nahtlosen Integration mit der IT ergeben, resultieren aus der Verwendung einer effizienteren, besser skalierbaren, gut verwalteten und gesicherten Infrastruktur. Zu den IT-Vorteilen gehören sichere Echtzeit Kommunikation mit den eingebundenen Assets unter Beibehaltung der erforderlichen Effizienz für die Erstellung, Skalierung, Wartung und Sicherung der Infrastruktur. Das Ergebnis lässt sich in durch eine Steigerung der operativen Leistungsfähigkeit, die Sicherung von Gewinnmargen, die Kundenbindung und die Schaffung neuer Geschäftsmodelle abbilden. Offene IoT-Architekturen und ihre spezifischen Eigenschaften sind der Schlüssel zur einer erfolgreichen Transformation. Sie erschließen das Potenzial von IoT-Ökosystemen und verwandeln jedes Unternehmen in ein intelligentes, smartes Unternehmen.


iPaaS (Integration Platform as a Service) ist ein bekannter Begriff aus der Unternehmens-IT. Gartner definiert iPaaS als eine Suite von Cloud-Diensten, die die Entwicklung, Ausführung und Steuerung von Integrationsabläufen ermöglicht; Diese verbinden dabei eine beliebige Kombination von lokalen und cloudbasierten Prozessen, Diensten, Anwendungen und Daten innerhalb einzelner oder mehrerer Organisationen.


Die Kernfunktionalität eines Edge Software Frameworks, ist sehr ähnlich, aber es gibt einen signifikanten Unterschied. Es stellt nämlich alle erforderlichen OT-Informationen bestehend aus Daten-, Geräte-/Asset-, Sicherheits-, Remote-Geräteanwendungs- sowie Verwaltungselementen bereit und ermöglicht die Interaktion mit IT-Anwendungen eines Unternehmens.


OT und Unternehmens-IT

IoT wird normalerweise als End-to-End-Lösung dargestellt, die von Geräten im Feld bis hin zu Unternehmensumgebungen reicht. Das ist die OT-zentrierte Sichtweise. Eine IT-zentrierte Sichtweise geht jedoch in die entgegengesetzte Richtung: nämlich "Enterprise to Field"- und das unterstreicht eine Entwicklung, die die geschäftlichen und technischen Anforderungen neu gestaltet. Kurz gesagt, IoT wird zu einer unterstützenden Komponente eines viel größeren Bildes, um den Transformationsprozess einzuleiten.


Enterprise Computing arbeitet in einer robusten, leistungsstarken, IT-zentrierten Domain, mit etablierten Industriestandards. Um eine nahtlose Integration zu ermöglichen, wird eine ähnliche OT-Infrastruktur benötigt. Sie soll eine schnelle Bereitstellung von Daten aus dem Feld ermöglichen und flexibel sein: Unternehmen müssen dabei auf Veränderungen vorbereitet sein, die zu einem gegebenen Moment einfach (noch) nicht absehbar sind. Die Architektur sollte auch einen anwendungsübergreifenden Zugriff auf Daten von Geräten ermöglichen, Beziehungen zwischen unterschiedlichen Datenquellen aufbauen um basierend auf den Daten dann entsprechende Maßnahmen ergreifen zu können. Und nicht zuletzt: Sie sollen / müssen agil, und nach Möglichkeit maßgeschneidert sein.


Durch die Verbindung von Daten-Produzenten (Sensoren und Aktoren) mit Daten-Konsumenten (Business-Anwendungen) ermöglicht eine Edge Software Lösunge eine Any-to-Any-Kommunikation. Das heißt OT-Geräte können mit allen Anwendungen auf IT-Ebene und umgekehrt in Echtzeit kommunizieren . Neben diesem Aspekt des Datenmanagements wird die Lösung auch für Sicherheit, Remote Asset und Embedded Application Management benötigt.


Komplexität kapseln

Die Ermöglichung des nahtlosen Informationsflusses zwischen den OT- und IT-Domain stellt ein komplexes Aufgabenspektrum dar. Ermöglicht wird dies durch sogenannten Integrationsplattformen. Diese kapselt die Komplexität zur Integration der beiden Domains. Integrierte IT- und OT-Unternehmensumgebungen kombinieren effizienten Betrieb mit Skalierbarkeit und Agilität.


Intelligente Gateways, die sich in dem Edge-Layer befinden, ermöglichen beispielsweise die Durchführung von Datenanalysen in einer lokalen Instanz und erzeugen so aufschlussreiche Business Intelligence in Echtzeit. Dies kann man sich für die Erstellung von vorbeugenden Wartungsprogrammen zu Nutze machen, oder um potenzielle Leistungsprobleme zu erkennen. Entscheidungen in Echtzeit können je nach Anwendungsfall eine wesentliche Komponenten für den Geschäftserfolg darstellen. Solche IoT-Architekturen liefern dabei sowohl die Rohdaten der Geräte als auch individuelle Echtzeitanalysen. Sie bilden den Übergang zu einer datengesteuerten Plattform-Ökonomie.


Eine zukunftssichere Architektur

Wie bereits erwähnt, müssen Unternehmen auf Veränderungen vorbereitet sein, die einfach nicht vorhersehbar sind. Auf den ersten Blick erscheint dies angesichts der Geschwindigkeit, mit der sich das Wirtschaftsklima verändert, eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Die marktbestimmenden Entwicklungen deuten darauf hin, dass die Annahme eines linearen Verlaufs wahrscheinlich zu ernsthaft falschen Annahmen über das Ausmaß, die Geschwindigkeit und die möglichen Auswirkungen von Innovationen führen wird. Unternehmen müssen dies in der Gestaltung von System-Architekturen berücksichtigen, und diese auf dem weiteren Weg den Veränderungen anpassen.


Aus unserer Sicht ist klar, dass die Architektur ein Ökosystem sein muss, das auf Standards wie MQTT und Open-Source-Technologien wie Linux und den unternehmenstauglichen Softwarebausteinen basiert. Offene und branchenspezifische Standards sind der Schlüssel: Sie machen IoT-Infrastrukturen zukunftssicher und können ohne Anbieterbindung bereitgestellt werden. Dieser Ökosystem-Ansatz ermöglicht auch die Entwicklung in einer abstrakten, offenen, gut verstandenen Programmiersprache und Entwicklungsumgebung. Dies wiederum minimiert das Time-to-Market Szenario. Darüber hinaus bietet der Ökosystemansatz eine Softwarevalidierung und gewährleistet die Interoperabilität auf allen Ebenen, einschließlich der schnellen Implementierung neuer Protokolle und Standards.


Daraus resultieren dann individuelle IoT-Bausteine ​​die zu kommerziell unterstützten und kundenspezifische Lösungen optimiert werden können. Eine Schlüsselfunktion ist die Bereitstellung einer sicheren Ausführungsumgebung und der erforderlichen Funktionalität zum Entwickeln, Bereitstellen, Verwalten und Sichern der Software (Betriebssystem, Middleware, Anwendungen).


Schlussfolgerungen

Das Extrahieren von Daten aus Assets ist die Grundlage, auf der das Industrial Internet of Things aufbaut. Diese Entwicklung ist die treibende Kraft hinter einer datengetriebenen Transformation, mit einerexponentiell wachsenden Mengen an IoT-Daten.

Um das Potenzial des IoT (das schneller voranschreitet, als viele es sich vorstellen) zu nutzen, müssen Unternehmen eine zukunftssichere IoT-Architektur einsetzen, die sicher und einfach zu verwalten ist. Diese muss offen und intrinsisch flexibel sein, damit Assets jederzeit verändert, neue Funktionen bei Bedarf hinzugefügt und neue Assets integriert werden können. Kurz gesagt, Unternehmen müssen auf Veränderungen vorbereitet sein, die im Moment einfach nicht vorhersehbar sind. Nur so sind niedrige TCO (Total Cost of Ownership) möglich.


Auf dem IoT Marktplatz stellen wir in diesem Zusammenhang Applikationen vor, die sich für die Entwicklung moderne IoT Architekturen eignen. Dabei handelt es sich um branchenerprobte Dienste, Produkte und Inhalte, die es Unternehmen ermöglichen, gängige IoT-Herausforderungen schnell zu lösen. Der Marktplatz unterstützt bei der Implementierung eines zentralisierten Ansatzes für die IoT-Entwicklung, der sich auf Standardisierung, Wiederverwendung und Zusammenarbeit konzentriert, um Kosten zu senken und Doppelarbeit zu vermeiden.

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