Smart Objects, auch als „intelligente Objekte“ bezeichnet, sind eng verknüpft mit dem Internet of Things (IoT) beziehungsweise dem Industrial Internet of Things (IIoT). Je nach Einsatzzweck verfügen diese Objekte über Sensoren sowie Ortungs- und Kommunikationstechnik, um mit anderen Objekten oder auch dem gesamten Netzwerk zu kommunizieren.
Was sind Smart Objects?
Smart Objects erfassen Daten, speichern und verarbeiten Informationen und interagieren mit anderen Gegenständen, Systemen, Produktionsmitteln, Werkzeugen oder Menschen. Sie können für sich allein oder in anderen Objekten eingebettet Daten erfassen und/oder Signale empfangen. Die Vernetzung herkömmlicher Produktionsschritte und die Erweiterung von Werkzeugen, Instrumenten und Messgeräten um neue Features und Netzwerkfähigkeit sind wesentliche Eigenschaften von Smart Objects innerhalb von Produktionsketten.
Ein Beispiel: Ob eine Fräse eine klassische Maschine oder ein Smart Object ist, hängt von deren Fähigkeit ab, Daten zu erfassen, mit anderen Smart Objects zu kommunizieren und automatisiert zu arbeiten. Als Smart Object agiert die Fräse als vernetzter Bestandteil der Produktionskette. Sie kennt nicht nur den aktuellen Auftrag, sondern auch Folgeaufträge, nimmt den dafür nötigen Werkzeugwechsel selbstständig vor und meldet Verschleiß oder Wartungsbedarf an die dafür zuständigen Systeme.
Smart Objects sind zumeist in der Lage, ihre Positionen zu bestimmen, Daten zu erfassen und diese dann zu speichern und zu verarbeiten. Außerdem können Smart Objects mit anderen Objekten im Netzverbund Informationen austauschen. Die Kommunikation findet dabei über lokale Netzwerke oder das Internet statt. Zur Übertragung und zum Empfang von Daten werden Techniken wie Bluetooth, RFID oder NFC (Near Field Communication) verwendet.
Erst die Existenz von Smart Objects ermöglicht das Internet der Dinge (Internet of Things und Industrial Internet of Things), welches wiederum die Grundlage für digitale Geschäftsmodelle ist.
Smart Objects und Operational Technology
Innerhalb der Industrie 4.0 gehören Smart Objects zur Operational Technology (OT), die für die Kontrolle von Produktionsanlagen zuständig ist. Übersetzt heißt der Fachbegriff in etwa „Betriebstechnologie”. OT kommt aber auch im Energiesektor, in der Medizin, im Bauwesen und weiteren Branchen zum Einsatz – im Gegensatz zur IT, der Informationstechnologie, die in erster Linie für Datensysteme zuständig ist.
Operational Technology beinhaltet sämtliche Hard- und Software, die Änderungen im Produktionsablauf durch Anbindung an Geräte, Prozesse und/oder Ereignisse innerhalb einer Smart Factory erkennt und steuert. Voraussetzung für diese Kontroll- und Steuerungsfunktionen sind die von Smart Objects erfassten Daten und Möglichkeiten zur Anlagensteuerung. Erst sie ermöglichen eine Smart Factory.
Kennzeichen „smarter” Objekte
Die als Konnektivität bezeichnete Vernetzung ist ein entscheidendes Kriterium smarter Objekte. Damit ausgestattet können nahezu beliebige Alltagsgegenstände zum Smart Object werden. Dabei verfügen nicht alle Smart Objects über das volle Spektrum der Möglichkeiten. Die Merkmale „smarter” Objekte auf einen Blick:
- Fähigkeit zur Datenverarbeitung (teils in Echtzeit)
- Konfigurierbarkeit
- Omnidirektionale Kommunikation (Datenaussendung in alle Richtungen)
- Fähigkeit, Daten aufzunehmen, zu speichern und auszuwerten
- Fähigkeit, aus der Datenbewertung heraus Handlungsweisen abzuleiten und Prozesse zu starten
- Möglichkeit, Daten mit anderen Systemen auszutauschen
- Ubiquität (standortunabhängige Verfügbarkeit)
Manche Kriterien wie die Ubiquität gelten nicht uneingeschränkt. Ist die Möglichkeit der Vernetzung ortsunabhängig möglich, so endet die Freiheit häufig systembedingt am jeweiligen Einsatzort. Generell können Smart Objects jedoch überall existieren. Die Vision von Ubiquitous Computing im Sinne einer allgegenwärtigen Datenverarbeitung findet in Smart Objects eine praxisnahe Verwirklichung.
In der Praxis dient häufig die Maschine mit automatischer Bestückung und Serviceanbindung oder das Warenlager mit intelligenter Einkaufslogistik als Paradebeispiel für Smart Objects. Die Standortunabhängigkeit ist dort zwar grundsätzlich auch gegeben, aber dennoch ist die Funktion klar an einen definierten Standort und ein vorhandenes Netzwerk gebunden.
Anders sieht es beispielsweise bei Smart Objects aus, die mit Systemen wie RFID als Bestandteil der Kommunikationskette arbeiten. Moderne RFID-Etiketten beispielsweise werden erst dann aktiv, wenn eine Verbindung mit dem Netzwerkpartner möglich ist. Durch den kontaktlosen Datenaustausch zwischen einem RFID-Transponder und einem RFID-Schreib-/Lesegerät findet eine Übertragung erst dann statt, wenn ein RFID-Schreib-/Lesegerät in Reichweite ist. Ansonsten verbleibt der Transponder – also das Smart Object – passiv im Ruhemodus.
Anfangs wurde RFID in der Industrie hauptsächlich zur Betriebsdatenerfassung und im Handel zur Wareneingangs-/Warenausgangskontrolle verwendet. Inzwischen ist der Einsatz jedoch wesentlich weitgehender. Durch RFID ist eine lückenlose Rückverfolgung entlang der Lieferkette möglich. In der Pharmaindustrie und auch in anderen Branchen ist das für bestimmte Produkte inzwischen vorgeschrieben. Hier können die RFID-Technologie und Smart Objects alle Vorteile ausspielen.
Außerdem bieten RFID-Transponder als Bestandteil von Produktverpackungen die Möglichkeit, Fälschungssicherheit zu gewährleisten. Gleichzeitig dienen sie innerbetrieblich und auch im Handel als Diebstahlsicherung. Temperatursensible Produkte sind durch zusätzliche Sensorik zur Überwachung von Kühlketten im Einsatz. Die Transpondertechnologie ist in der Lage, herkömmlichen Barcode ganz oder teilweise zu ersetzen, was Kostenvorteile bringt und Bestrebungen zur umfassenden Prozessdigitalisierung unterstützt.
Das Internet der Dinge verknüpft bekannte Produktionsmittel, Peripherie und Werkzeuge wie Fräsen, Drucker, Fließbänder oder Schweißroboter mit Internetdiensten. Damit das gelingt, muss das bisher nur für einen Zweck genutzte Objekt um Fähigkeiten erweitert werden, digitale Daten zu verarbeiten und zu übertragen, oder sogar (vorab) auszuwerten. Die Auswertung kann dabei in der Peripherie selbst, in angebundenen Zentralrechnern oder auch dezentral in der Cloud stattfinden.
Die Intelligenz von Smart-Objects wird durch die funktionellen Möglichkeiten des Netzwerks bestimmt. Ein RFID-Etikett in der einfachsten Form kann nicht viel mehr als einen spezifischen ID-Code an Transponder senden oder hochfrequente Signale empfangen, die dann Features wie beispielsweise Ortungsmöglichkeiten erlauben. Die eigentliche „Magie“ entsteht aber erst durch die Verknüpfung und Weiterverarbeitung dieser Daten im Netzwerk.
Ein Beispiel: Ein Drucker mit Smart-Object-Funktionalitäten wird auch weiterhin drucken. Allerdings ist er darüber hinaus in der Lage, den Status des aktuellen Druckauftrags zu kommunizieren, eine Übersicht über fertiggestellte Aufträge zu liefern, kommende Aufträge zu planen sowie Wartungszeiten und Umrüstungen autark zu veranlassen oder automatisch durchzuführen. Das fürs Drucken notwendige Material ordert der Drucker selbstständig. Dabei ist es egal, ob es sich um einen einfachen Bürodrucker oder einen industriell genutzten 3D-Drucker handelt.
Im Automotive-Bereich zeigen die Entwicklungen im Segment „Connected Car“, wie sich Digitalisierung bis hin zur kleinsten Funktionseinheit umsetzen lässt. Im Fahrzeug selbst findet ein reger Datenaustausch zur Fahrzeugsteuerung statt, oder das Auto wird wie beim OneNumber Car gewissermaßen nebenbei selbst zum Smartphone. Gleichzeitig steht die Anbindung an externe Rechner und Datenbanken, die für Navigation, den kommenden Werkstatt-Termin oder automatische Softwareupdates und autonomes Fahren sorgen. So werden aus Gebrauchsgegenständen und Industriegütern durch intelligente Anteile die beschriebenen Smart Objects.
So funktioniert die Technologie hinter Smart Objects
Intelligente Objekte gehören inzwischen in vielen Unternehmen und Produktionsanlagen dazu. Das Herz dieser Smart Objects steckt im Detail und der ausgeklügelten Sensor- und Kommunikationstechnik. Werkstücke oder Alltagsgegenstände werden mit elektronischen Tags, welche Kommunikations- und Ortungsfunktionalitäten besitzen, ausgestattet. Beim Start der Produktion verfügen die Werkstücke dank des Smart Production Tag über alle relevanten Produktdaten und Kontextinformationen zum Produktionsprozess.
Diese Daten können Smart Objects innerhalb des Produktionsnetzwerkes mit anderen Smart Objects oder zentralen Rechnern austauschen. Ziel ist es, Prozesse einfacher und kosteneffizienter zu gestalten, beispielsweise in der Materialwirtschaft, der Produktion und/oder der Logistik.
Anwendung von Smart Objects im IoT und IIoT
Die durch Smart Objects, IoT und IIoT geschaffenen neuen Anwendungsmöglichkeiten verändern die Produktionswelt und den Dienstleistungssektor nachhaltig. Durch Fortschritte in den Bereichen Augmented Reality, Sensorik und KI-Technologien öffnen sich für zahlreiche Akteure am Markt erhebliche Wachstumschancen. Hier ein paar Branchenbeispiele:
Bekleidungsindustrie
Die Modeindustrie nutzt zunehmend IoT-Technologie, um smarte Textilien zu entwickeln. Die Modemarke Spinali ist bekannt für smarte Kleidung, wie Badetextilien, die über UV-Sensoren verfügen. Stellt der Sensor fest, dass die Träger:innen zu lange der Sonneneinstrahlung ausgesetzt waren, sendet das Smart Object automatisch einen Sonnenschutzalarm an das gekoppelte Smartphone.
Der „Entfernungsalarm“ ist ein weiteres Kleidungsfeature, das viele Eltern zu schätzen wissen: In Kinderkleidung integrierte Smart Objects senden Eltern oder Betreuer:innen eine Benachrichtigung, sobald sich das Kind über einen eingestellten Abstand hinaus entfernt.
Chancen für Industrie 4.0 und IIoT
Trifft die industrielle Fertigung auf Smart Objects, spricht man von einer Smart Factory. Im Produktionsprozess stehende Produkte werden dabei zu „Intelligent Objects″ (IO). Diese IOs kommunizieren mit den Produktionsmitteln in der Smart Factory und gestalten oder steuern den Fertigungsprozess.
Werkstücke und Maschinen sind eingebunden in einen stetigen Kommunikationsfluss und wissen beispielsweise, welche Produktionslinie aktuell läuft, welche Anpassungen demnächst anstehen, wann neues Material zu bestellen ist und welchem Verschleiß die Werkzeuge zum aktuellen Zeitpunkt unterliegen. Werkzeugwechsel und Wartungszeiten lassen sich so agil organisieren, und die statische Planung weicht immer mehr einer dynamischen bedarfsgerechten Produktionsplanung im Unternehmen.
Die Smart Factory selbst steuert und überwacht die Produktion, stellt Einzelteile zur Verfügung und sorgt für den Nachschub und die Beschaffung bei Zulieferern. Alle Maschinen und Systeme in Produkt und Zulieferkette sind dabei unternehmensübergreifend miteinander vernetzt.
Die dabei anfallenden Daten helfen, Produktionsprozesse laufend zu verbessern, Kosten zu senken und Flexibilität sowie Qualität der Produkte zu steigern. Der Bereich Industrie 4.0 und das Industrial Internet of Things mit neuen digitalisierten Produktionsprozessen macht aus einer starren Fertigungskette ein hoch flexibel und agiles Fertigungsnetzwerk. Smart Objects unterstützen dabei die zusätzlich die Dezentralisierung von Produktionsprozessen, da alle Bereiche unabhängig vom Standort miteinander vernetzt sind.
Alexa, persönliche Assistenten und Smart Objects im Unternehmen
Erstaunlicherweise haben KI-Assistenten mit Sprachsteuerung wie Alexa, Cortana oder Siri bisher vorwiegend im Consumer-Bereich Erfolge gefeiert. Dabei bietet die dahinter stehende Technologie das Potenzial, auch die Digitalisierung in Unternehmen voran zu bringen. Mit den Fähigkeiten von Sprachassistenten lassen sich Arbeitsanweisungen und Steuerungsanweisungen erteilen, ohne das Gerät anfassen zu müssen. Support-Personal kann sich über Sprachfunktionen direkt mit Kolleg:innen in der Produktion vernetzen und weitere Arbeitsschritte ließen sich durch Zuruf starten.
Entsprechende Lösungen sind derzeit in der Entwicklung. Amazon bietet beispielsweise durch die Amazon Voice Services eine offene Schnittstelle an, die sich für alle (also nicht nur endanwenderbezogene) denkbaren Fälle nutzen lässt. Das Alexa Skill Kit wiederum bietet Python-Entwickler:innen die Möglichkeit, direkt auf die Spracherkennungsfunktionen zuzugreifen und dieses Audio-Interface als universelle Schnittstelle zu nutzen.
Zusammenfassung: Das können Smart Objects
Digitalisierung und Automatisierung sind die Gamechanger in Unternehmen und auf dem Weg zu Industrie 4.0. Wer es versteht, die riesigen Mengen an erzeugten Daten im Industrial Internet of Things (IIoT) auszuwerten und effektiv einzusetzen, zählt zu den Gewinnern der Branche. Smart Objects bieten neue Funktionalitäten durch:
- Datenerfassung innerhalb der betrieblichen Prozesse
- Übermittlung der Daten zu einer dezentralen Informationsverarbeitung
- Möglichkeit, auf Basis der Datenlage automatisch Entscheidungen zu treffen
- selbstständiges Starten und Ausführen und von Prozessen
- Kommunikation und Netzwerkfähigkeit mit anderen Smart Objects und Knotenpunkten innerhalb des Netzwerks
Durch diese Features ergibt sich ein Mehrwert für Unternehmen in den Bereichen:
- Arbeitsunterstützung: Intuitiv bedienbare Geräte und neuartige Dienste erleichtern die Arbeit sowie die Einarbeitung von Mitarbeitenden
- Prozessdigitalisierung und Optimierung: Durch die Fülle der gelieferten Daten aus laufender Produktion ist es möglich, Abläufe besser zu bewerten und Prozesse zu verbessern
- High Resolution Management: Das Management bekommt durch die automatisierte Datenerfassung detaillierte Daten, um damit Produktions-Planung, -Führung und -Controlling zu optimieren
Smart Objects ermöglichen entlang der gesamten Wertschöpfungskette ein nachhaltigeres, sicheres sowie zeit- und kosteneffizienteres Produktions- und Qualitätsmanagement. Intelligente Objekte bieten die Chance, klassische Produktionsprozesse umzuformen. Die dabei anfallenden Daten sind dabei das Mittel der Wahl, um Produktionslinien zukunftsweisend auf die Anforderungen einer Smart Factory vorzubereiten.
Quelle:
https://www.vodafone.de/business/featured/technologie/smart-objects-einfach-erklaert/