IoT-Projekte realisieren

Ab ins Internet der Dinge – vom Klebezettel zum Prototyp

Dr. Bernhard Kirchmair

©Shutterstock / chombosan

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und Industrie 4.0 schaffen neue Chancen für die deutsche Wirtschaft. Viele Unternehmen tüfteln derzeit daran, wie sie ihre Digitalisierung vorantreiben und Projekte erfolgreich realisieren können. Doch der Einstieg wirkt oft wie ein unbezwingbarer Berg. Es gilt, die richtige Route zu wählen, Hindernisse aus dem Weg zu räumen und Schritt für Schritt den Gipfel zu erklimmen. Man muss sich nicht gleich den Mount Everest vornehmen. Auch von einem kleinen Hügel kann der Ausblick fantastisch sein.

Das Internet der Dinge gehört zu den wichtigen Triebfedern der Digitalisierung. Dinge, Geräte und Maschinen miteinander zu vernetzen, bringt Daten. Diese lassen sich sammeln und auswerten. Das liefert Erkenntnisse, um Abläufe zu optimieren oder neue Services zu entwickeln. Es gibt etliche Anwendungsfälle, wie Organisationen IoT-Konzepte bereits erfolgreich einsetzen. Sie zeigen, welches Potenzial in der zunehmenden Vernetzung und Datenanalyse steckt. So nutzt beispielsweise ein Produktionsunternehmen das Industrial Internet of Things (IIoT), um die Fehlerquote in der Fertigung zu reduzieren. Es sammelt Maschinen- und Sensordaten aus allen Stufen des Produktionsprozesses und bringt sie in Korrelation mit Umgebungsdaten wie Luftfeuchtigkeit oder Temperatur. Die Analyse zeigt, welche Parameter für eine Fehlproduktion verantwortlich sind. Treffen sie zusammen, lässt sich mit 80-prozentiger Wahrscheinlichkeit voraussagen, dass Ausschuss entsteht. In so einem Fall können die Produktionsverantwortlichen die Herstellung frühzeitig unterbrechen und Prozesse anpassen. So lassen sich Unkosten vermeiden und die Produktqualität lässt sich sichern.

Vorausschauende Planung dank IoT

Ein anderes Beispiel stammt aus dem Gebäudemanagement. Hier kann IoT unter anderem die Raumauslastung, den Energieverbrauch und die Sicherheit verbessern. IT-Experten vernetzen Sensoren der Gebäudeleittechnik mit weiteren Sensoren, um zu messen, wie viele Leute sich in welchem Raum aufhalten und wie sie die einzelnen Räume nutzen. Die Daten werden in einem zentralen Pool ausgewertet und in Beziehung zueinander gesetzt. Außerdem fließen die Ergebnisse in das Officemanagementsystem ein, über das die Buchung der Räume läuft. Dadurch ergeben sich zahlreiche Vorteile: Wenn zwei Personen einen Raum buchen, der für dreißig Leute ausgelegt ist, werden sie automatisch umgeleitet. Ein Raum, der tagsüber nicht genutzt wird, muss weniger beheizt und auch abends nicht geputzt werden. Sicherheitsverantwortliche können in einem zentralen System sehen, in welchen Räumen sich Personen befinden. Wenn es zum Beispiel einmal brennt und das Gebäude evakuiert werden muss, wissen sie, welcher Gebäudeabschnitt bereits geräumt ist.

Ein öffentlicher Nahverkehrsbetrieb in einer deutschen Großstadt setzt IoT ein, um die Verspätung von Bussen vorherzusagen und die Auslastung der Fahrzeuge zu optimieren. Er stattete seine Fahrzeugflotte und Haltestellen mit Sensoren aus, die das Passagieraufkommen messen. Diese Daten wurden mit verschiedenen anderen Daten zum Verkehr, dem Wetter, Veranstaltungsinformationen und den Buslinien in ein Datenmodell zusammengeführt und ausgewertet. So kann das Unternehmen Zusammenhänge feststellen, Stoßzeiten identifizieren und hohen Fahrgastandrang oder Verspätungen besser vorhersagen. Mithilfe von Augmented-Reality-Technologie lassen sich die Daten sogar in einem 3-D-Modell visualisieren. Wenn Mitarbeiter eine AR-Brille aufsetzen, sehen sie U-Bahn, Bus oder S-Bahn greifbar vor sich und können sich Informationen, Bilder oder dreidimensionale Figuren ins Blickfeld holen. An Haltstellen zeigen interaktive Grafiken nach einer Klickgeste („Air-Tap“) an, wie viele Fahrgäste zu- oder aussteigen. Das Nahverkehrsunternehmen hat damit einen digitalen Leitstand zur Verfügung, in dem es sieht, wo und in welcher Situation sich seine Fahrzeuge befinden. Es kann entsprechende Maßnahmen ergreifen und bei Bedarf Verkehrsströme vorausschauend umleiten.

Herausforderungen und Hindernisse

Die genannten Beispiele zeigen, wie Organisationen aus ganz unterschiedlichen Bereichen vom Internet der Dinge profitieren können. Und das sind nur einige von vielen denkbaren Szenarien. Laut der aktuellen Studie „Internet of Things 2016“ von IDG Research Services halten 72 Prozent der deutschen Unternehmen das IoT für wichtig oder sehr wichtig für ihre Zukunft. Befragt wurden IT-Entscheider in der DACH-Region. Jedoch haben erst 14 Prozent der Studienteilnehmer bereits Projekte umgesetzt.

Wenn die Chancen von IoT auf der Hand liegen, was hindert Unternehmen dann daran, durchzustarten? Die Gründe dafür sind vielfältig. Entscheider betrachten das Internet der Dinge oft wie einen für sie viel zu hohen Berg, dessen Besteigung teuer und ein großes Wagnis zu sein scheint. Sie streben eine perfekte Lösung an und verrennen sich dabei in langwieriger Planung. Doch dadurch blockieren sie sich selbst. Stattdessen ist es viel sinnvoller, mit einem kleinen, wenig komplexen Projekt zu starten und es nach und nach auszubauen. Dafür braucht es kein großes Budget. Oft genügt es schon, eine erste Maschine mit Sensoren nachzurüsten, Daten zu sammeln und auszuwerten.

Auch mit der Unsicherheit, die IoT-Projekte mit sich bringen, müssen Unternehmen umgehen lernen. Wer glaubt, vorab alles bis ins Detail planen zu können, schränkt sich zu sehr ein. Indem man experimentiert und kreativ mit Daten umgeht, ergeben sich oft Möglichkeiten, an die vorher niemand gedacht hat. Auf der anderen Seite kann es auch passieren, dass ein gewünschtes Ergebnis nicht eintritt. Das muss nicht unbedingt negativ sein. Unternehmen sollten sich trauen, Fehler zu machen, aber auch in der Lage sein, sie flexibel und schnell wieder zu korrigieren. Wer am Montag eine schlechte Entscheidung trifft und sie am Dienstag anpasst, ist schneller, als ob er erst am Freitag eine perfekte Entscheidung trifft.

Zu den großen Hindernissen, die IoT-Projekten im Weg stehen, zählen außerdem Sicherheitsbedenken. Denn mit jedem vernetzten Gerät entstehen neue Einfallstore für Hacker. Das wirft berechtigte Sorgen auf, denn Cyberkriminelle könnten die komplette Kommunikation lahmlegen, sensible Betriebsgeheimnisse ausspionieren oder die Produktion sabotieren. Mitte 2017 hat der Kryptotrojaner WannaCry einmal mehr gezeigt, wie angreifbar vernetzte Geräte sind. Die Deutsche Bahn hatte mit Ausfällen ihrer Anzeigetafeln auf deutschen Bahnhöfen zu kämpfen – und kam mit diesem Störfall noch glimpflich davon. Beim Lebensmittelkonzern Mondelez, zu dem Marken wie Milka, Oreo, Toblerone oder Philadelphia gehören, waren neben der Zentrale mehrere Standorte und ein großes Logistikzentrum von der Schadsoftware Petya betroffen. Im Milka-Werk in Lörrach, das täglich bis zu 4,5 Millionen Tafeln Schokolade produziert, standen tagelang die Bänder still.

IoT-Projekte richtig absichern

Bisher sicherte man Maschinen und Geräte durch Isolierung. Sie waren vom IT-Netz getrennt und dadurch nicht von außen angreifbar. Fahrkartenschalter und Anzeigetafeln waren komplett autarke Systeme. Durch die Vernetzung im Internet der Dinge hat sich dies allerdings geändert. Für die Operational Technology (OT) müssen nun dieselben Sicherheitsmaßnahmen greifen wie für die IT. Viele Unternehmen fühlen sich von dieser Komplexität erschlagen. Dabei müssen sie das Rad nicht neu erfinden. In der IT hat man bereits funktionierende Sicherheitsprozesse etabliert. Jetzt gilt es, diese auch auf die OT zu übertragen.

In der IT sind Administratoren zum Beispiel bereits daran gewöhnt, Systeme regelmäßig zu patchen und auf dem neuesten Stand zu halten, um Sicherheitslücken zu schließen. Bei Maschinen und Geräten ist das meist noch nicht der Fall. Sie haben andere Abschreibungszyklen und damit Laufzeiten. Industriegeräte wie Lasercutter sind bis zu dreißig Jahre oder länger in Betrieb. Sicherheitsverantwortliche müssen auch sie in ihrem Gesamtkonzept berücksichtigen und kontinuierlich auf dem neuesten Sicherheitsstand halten.

Das größte Sicherheitsrisiko aber ist und bleibt der Mensch. Viele Mitarbeiter sind sich der Risiken nicht bewusst, die ein unbedachter Umgang mit Daten oder vernetzten Geräten mit sich bringt. So öffnet ein Angestellter, der sein Handy mal eben schnell zum Laden per USB an eine Fräsmaschine anschließt, Tür und Tor für Cyberkriminelle. Eine wichtige Sicherheitsmaßnahme muss daher die Mitarbeitersensibilisierung sein. In den meisten Unternehmen gibt es für den IT-Bereich bereits etablierte Sensibilisierungsmethoden, die sich auch auf alle künftig betroffenen Mitarbeiter übertragen lassen.

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Von der Idee zur Umsetzung

Jede IoT-Initiative beginnt mit einem kreativen Prozess. Zunächst müssen sich die Verantwortlichen darüber klar werden, was sie eigentlich erreichen möchten und welche Möglichkeiten am erfolgversprechendsten für das Unternehmen sind. Dafür empfiehlt es sich, Workshops durchzuführen, in denen die Beteiligten Ideen sammeln und Ansatzpunkte diskutieren. IoT-Projekte erfordern interdisziplinäre Teams. Sie verknüpfen IT mit OT. Deshalb müssen Experten aus beiden Bereichen eng zusammenarbeiten. Alle relevanten Fachabteilungen sollten von Anfang an mit einbezogen werden. Denn sie können am besten beurteilen, welchen Mehrwert ein Projekt für das Unternehmen und seine Kunden bringt. Dieser Mehrwert sollte immer im Mittelpunkt stehen. Im Kreativworkshop darf ganz klassisch mit vielen Klebezetteln gearbeitet werden. Es ist empfehlenswert, sich außerdem einen spezialisierten Dienstleister mit an Bord zu holen. Er bringt sein IoT-Know-how ein und weiß, ob und wie sich die Ideen technisch umsetzen lassen.

Aus dem Sammelsurium an umsetzbaren Ideen gilt es anschließend, ein bis zwei auszuwählen, die möglichst schnell Erfolge versprechen. Erst jetzt werden auch die Ziele für die Erprobung der Projekte definiert. Dann geht es an die Validierung der Ideen durch die Umsetzung von Prototypen. Ein Prototyp ist ein vollständiges, kleines Projekt, das bereits vom Sensor bis zur Analytics-Lösung und der Benutzeroberfläche alle wichtigen Komponenten umfasst. Er arbeitet aber erst einmal nur exemplarisch mit wenigen Sensoren. Ist der Mehrwert validiert, wird der Prototyp ausgebaut und zu einer größeren Lösung skaliert. Dieses Vorgehen unterscheidet sich grundlegend vom sonst in der IT üblichen Proof-of-Concept. Hinter einem Proof-of-Concept steckt eine Machbarkeitsstudie, die dazu dient, eine Annahme zu bestätigen oder zu widerlegen. Sie wird auf einem Testsystem durchgeführt und anschließend wieder verworfen. Die eigentliche Lösung wird dann noch einmal komplett neu aufgebaut. Im Vergleich zum Proof-of-Concept ermöglicht ein Prototyp ein effizienteres Vorgehen, da er sich weiterentwickeln lässt. Empfehlenswert bei der Umsetzung sind agile Methoden wie Scrum, bei denen das Projektteam in kleinen Iterationen arbeitet. Jeder dieser sogenannten Sprints liefert ein fertiges, sauber getestetes und dokumentiertes Ergebnis, das für sich genommen schon einen abgegrenzten Mehrwert liefert. Dadurch geht man sehr strukturiert vor, bewahrt sich gleichzeitig aber Flexibilität. Schon im Prototyp müssen Unternehmen an die Security denken und ein Sicherheitskonzept entwickeln, das sowohl IT als auch OT umfasst. Sicherheitsvorkehrungen dürfen nicht erst im Nachgang sattfinden. Wer sich vor Investitionen in die Security scheut, geht ein hohes Risiko ein. Denn die Kosten, die etwa durch einen Hackerangriff auf einen Maschinenpark entstehen können, übersteigen die Investitionen in ein Securitykonzept deutlich.

Finanzierung und Erfolgsmessung

Wie viel Geld braucht ein Unternehmen, um ein IoT-Projekt zu starten? Viele befürchten, dass dafür große Budgets nötig sind. Vor allem kleinere Mittelständler lassen sich deshalb abschrecken. Dabei machen die Entscheider einen Denkfehler. Hohe Kosten entstehen, wenn man zu viel will, Projekte zu groß anlegt und sich in langwieriger, aufgeblasener Planung verrennt. Wer stattdessen klein startet und mit agilen Methoden schnell Prototypen auf den Weg bringt, kann schon mit geringem Aufwand Erfolge erzielen. Ein Budget von ca. 50 000 Euro reicht im mittelständischen Bereich meist aus, um Workshops durchzuführen und gemeinsam mit einem Beratungs- und Implementierungsspezialisten ein erstes Projekt umzusetzen. Häufig lassen sich auch die Einsparungen, die durch die Optimierung entstehen, zur Refinanzierung einsetzen. Außerdem können Unternehmen Unterstützung beim EU-Forschungs- und Entwicklungsprogramm Horizont 2020 beantragen. Es bietet spezielle Fördermöglichkeiten für IoT-Innovationen an.

Wer Geld ausgibt, möchte auch Ergebnisse sehen. Wie aber lässt sich messen, ob ein IoT-Projekt erfolgreich ist? Auch hier muss das Management umdenken. Gängige KPIs wie kurzfristiger Umsatz oder Marge lassen sich nur bedingt anwenden. Denn solche Planzahlen basieren auf Erfahrungswerten, die es für das digitale Neugeschäft schlichtweg nicht gibt. Stattdessen empfiehlt es sich, strategische, qualitative Ziele festzulegen und den Erfolg daran zu messen. Diese können für jedes Projekt anders aussehen, zum Beispiel, ob die Kundenzufriedenheit gewachsen ist oder sich Prozesse verbessert haben. Auch wenn ein Projekt am eigentlichen Ziel scheitert, kann es dennoch ein Erfolg sein. Vielleicht hat man dabei ja wichtige Dinge gelernt, sodass man beim nächsten Mal deutlich schneller und effizienter unterwegs ist.

Wer wagt, gewinnt

Mit IoT-Projekten können Unternehmen ihre Digitalisierung voranbringen und ihre Wettbewerbsfähigkeit sichern. Dabei sollten sie sich nicht von Hindernissen abschrecken lassen. Für eine erste Initiative ist kein riesiges Budget erforderlich. Wichtig ist, pragmatisch anzufangen, agile Methoden anzuwenden und dadurch schnell einen Prototyp auf den Weg zu bringen. Dieser lässt sich später nach und nach ausbauen. Sicherheitsfragen müssen von Anfang an berücksichtigt werden. Grundsätzlich sollten sich Unternehmen trauen, auch einmal zu experimentieren und Fehler zu machen. In kleinen Projekten bleibt das Risiko überschaubar. Das Ergebnis aber kann ganz neue Erkenntnisse liefern und unvermutete Perspektiven eröffnen.

Geschrieben von
Dr. Bernhard Kirchmair
Dr. Bernhard Kirchmair
Dr. Bernhard Kirchmair ist Chief Digital Officer bei Vinci Energies Deutschland. Zuvor war der Informatiker und promovierte Ökonom nach Gründung eines Start-ups und einem Aufenthalt im Silicon Valley als Unternehmensberater sowie in mehreren leitenden Funktionen bei großen Unternehmen, zuletzt beim Mobilfunkanbieter O2, tätig. Bei Vinci Energies Deutschland verantwortet er die Digitale Transformation des Konzerns und das Wachstumsfeld Internet of Things (IoT).
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1 Kommentar auf "Ab ins Internet der Dinge – vom Klebezettel zum Prototyp"

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