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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Internet der Dinge

Trends: Vernetzte Maschinen

Das Internet der Dinge: Experten prophezeien, dass in Zukunft nahezu jedes Objekt in Echtzeit Informationen zu seinem Zustand, seinem Alter, seiner Zusammensetzung, seinen Verbindungen und vielem mehr übermitteln kann.

Maschinen kommunizieren in nie gekanntem Ausmaß miteinander. Sie erledigen nicht nur einfache Aufgaben wie die Verwaltung von Bordkarten und Sitzplätzen im Flugzeug, sondern sind im Begriff, Energiesysteme und ganze Lieferketten zu rationalisieren.

Bald werden sie überall sein: in den Lesegeräten im Handel, in der Straßenbeleuchtung, den Ampeln, den Navigations- und Bremssystemen unserer Autos. Sie werden Informationen zwischen Gebäuden und dem intelligenten Stromnetz austauschen, Fabriken über Produktionsstörungen bei Lieferanten informieren und den Wartungsbedarf von Triebwerken oder Offshore-Windparks bis hin zu Herzschrittmachern und speicherprogrammierbaren Steuerungen melden, daraus lernen und Vorhersagen treffen. Gemeint sind Software-Module, die mitunter auch als Software-Agenten bezeichnet werden. Sie sind Teil einer neuen, unsichtbaren Wirtschaft, in der sich Objekte miteinander austauschen – kurz, des Internets der Dinge. Dieses wächst so rasant, dass die „Internet Society“, eine globale Organisation für Internetstandards mit Hauptsitz in Genf und Reston, USA, Anfang Juni 2012 offiziell einen neuen Internet Protokoll(IP)-Standard namens IPv6 herausbrachte.

Vernetzte Welt

Dank dieser Entwicklung „gibt es nun so viele IP-Kombinationen auf der Welt, dass jeder Mensch auf der Welt in jeder Sekunde seines Lebens 20 Trillionen IP-Adressen besitzen könnte“, berichtete CNN Money bei der Einführung des Protokolls. Insgesamt sind das mehr als 340 Sextillionen Adressen (3,4×1038)! Dass jemals so viele Adressen gebraucht werden, klingt unwahrscheinlich – angesichts einer Weltbevölkerung von 7,2 Milliarden Menschen und mehr als 4,3 Milliarden IP-Adressen. Doch diese Zahl ist nicht mehr allzu abwegig, wenn man auch Dinge mit einbezieht. Laut Cisco Systems, Inc. wird es bis 2020 rund 50 Milliarden vernetzte Geräte geben, die teilweise unsichtbar in Alltagsgegenständen eingebettet sein werden, von unserer Kleidung über Handys bis zu Automobilen.

Bis 2020 wird es rund 50 Milliarden vernetzte Geräte geben.

Automatisierte Wirtschaft

„Wir erleben die Entstehung einer Gesellschaft, die mithilfe von Sensoren automatisiert sein wird“, sagt Prof. W. Brian Arthur, Ökonom und Technologie-Vordenker am Santa-Fe-Institut. So kann ihm zufolge zum Beispiel ein mit RFIDs ausgestatteter Lkw seine Ankunftszeit optimieren, wenn sein Navigationssystem mit Sensoren am Straßenrand kommuniziert. Diese wiederum vergleichen die Fahrzeugposition mit dem Verkehrsaufkommen in Richtung der Orte, die der Lkw beliefert – das alles in Echtzeit und in Abstimmung mit den Computern der Lieferkette.

Intelligente Lieferketten

In jedem Teil dieses Kommunikationsnetzwerks war bislang menschliches Eingreifen nötig, was zu Fehlern und zusätzlichen Kosten führte. Heute hingegen finden diese Prozesse immer häufiger zwischen Maschinen statt. Das bringt der Gesamtwirtschaft deutliche Vorteile und könnte zu tiefgreifenden Veränderungen auf Arbeitsmärkten überall auf der Welt führen. Doch natürlich kommunizieren künftig nicht nur unsere Fahrzeuge mit ihrer Umgebung, sondern auch die elektronischen Systeme im Auto selbst. Unterstützt durch eine Förderung des deutschen Wirtschaftsministeriums in Höhe von 10 Millionen Euro ermitteln Siemens und andere Unternehmen den Softwarebedarf der Elektroautos von morgen. Dies geschieht im Rahmen des Projekts „Robust and Reliant Automotive Computing Environment for Future eCars“ (RACE).

In etwas fernerer Zukunft liegt eine Welt der automatisierten Kommunikation und Optimierung, die eines Tages ganze Lieferketten miteinander verbinden und optimieren könnte. Das ist das Ziel eines ebenfalls vom deutschen Wirtschaftsministerium geförderten Projekts mit einem Volumen von 20 Millionen Euro. Das als „RFID-based Automotive Network“ (RAN) bekannte Programm soll ein Informationsmanagementsystem für die Autoindustrie entwickeln. Man möchte erreichen, dass die Produktionslinien von Lieferanten ihre Kunden automatisch über größere Verzögerungen informieren. Intelligente Systeme werten die Information dann aus und passen die Produktionspläne der Autohersteller flexibel an. In dieser Echtzeitkommunikation zwischen unterschiedlichen Ebenen von Lieferanten und Herstellern dürfte ein enormes wirtschaftliches Potenzial liegen.

Das Mischen echter und virtueller Welten

Eines der spektakulärsten Ereignisse der jüngeren Vergangenheit war die erfolgreiche Landung des „Mars Science Laboratory“, besser bekannt unter dem Namen „Curiosity“, auf dem Mars. Mithilfe von PLM-Software-Lösungen von Siemens wurde die Produktion der Einzelteile, der Subsysteme und sogar der kompletten Baueinheit in der virtuellen Welt so exakt simuliert, dass dieselben Datensätze dann von numerisch gesteuerten CNC-Maschinen verwendet werden konnten, um ihre realen Gegenstücke zu fertigen. Auch das Verhalten der Systeme in der rauen Umgebung des Mars wurde vorab digital getestet – allein die entscheidende Phase der Landung rund 8.000 Mal. Prof. Siegfried Russwurm, Vorstandsmitglied von Siemens, meint dazu: „Was der NASA mit dem Mars Rover gelungen ist, war ein Paradigmenwechsel, ein integrierter Ansatz von Produktdesign zu Produktionsdesign – ein reibungsloser Übergang von der virtuellen Welt in die reale Produktion mit einem konsistenten Datenbestand.“

Daren Rhoades, Produktentwicklungsmanager bei PLM Software in Cypress, Kalifornien, und bis vor kurzem Mitglied des NASA-Teams, das den Rover entwickelte, fügt hinzu: „Neuentwicklungen für Raumfahrtmissionen sind aufgrund des Technik- und Prüfaufwands extrem teuer. Mit unserer Technologie kann die NASA jedoch leicht auf Informationen und Kenntnisse aus der Entwicklungs- und Testphase von Curiosity zurückgreifen und diese erneut verwenden. So sind enorme finanzielle Einsparungen möglich.“

Von der Dritten zur virtuellen Welt

Nicht nur die NASA hat die Effizienzsteigerungen dank der präzisen Entwicklung und Tests in der virtuellen Welt erkannt. Auch in China entsteht durch den Übergang von Lowtech-Branchen mit niedrigen Löhnen zu Hightech-Branchen mit höheren Löhnen ein wachsendes Interesse an Lösungen aus der virtuellen Welt. Die noch junge Autoindustrie des Landes, besonders Chery und FAW, setzt auf Tecnomatix, eine Technologie von Siemens PLM Software, die Entwicklungsabteilungen mit Produktionsstätten vernetzt – von der Prozessdefinition und -planung bis zu Simulation und Produktion.

Objekte mit Adressen

Doch die Verbindung von virtueller und realer Welt beschränkt sich nicht nur auf die Industrie. Prof. Elgar Fleisch, Direktor des Instituts für Technologiemanagement der Universität St. Gallen, erklärt: „Da das Internet der Dinge die physische Welt mit dem Internet verbindet, wird die Anzahl der Geräte, die eigene Homepages und Apps haben, immens zunehmen.“ Laut Fleisch wird in Zukunft vom Spielzeug bis zu Medikamenten nahezu jedes Objekt Echtzeitinformationen zu seinem Alter, den enthaltenen Materialien und seinem Zustand übermitteln können. Pilotprojekte aus der Pharmabranche zeigen, dass sich in naher Zukunft sogar bei jeder Tablette die Herkunft und Qualität der verwendeten Substanzen zurückverfolgen lassen wird. Wer weiß, vielleicht werden wir die Abermilliarden IP-Adressen letzten Endes doch noch brauchen.

Arthur F. Pease
Picture credits: Blickwinkel