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Ingenieure gehen die Hindernisse auf dem Weg zum IoT an

Die Sicherheit der Systeme gegen Angriffe ist ein sehr sensibles Thema. Bei einer Podiumsdiskussion über die Zukunft des IoT tragen alle Teilnehmer sehr ernste Mienen zu Schau, als das Gespräch auf das Thema Sicherheit kommt. Greg Gorman, Director für das Produktmanagement im Bereich IoT bei IBM, gibt sogar zu, ganz bewusst ein altes Auto zu fahren, weil er das Thema Connected Car derzeit noch kritisch sieht: „Mein Auto ist von 1992, und das hat seinen Grund“, erklärt Gorman vor den versammelten Journalisten.

Die Sicherheit von mit dem Internet verbundenen Geräten und Anlagen gegen Angriffe aus dem Netz ist eine große technische Herausforderung; darin sind sich die Diskussionsteilnehmer einig. Paul Didier, Architekt für Industrielösungen beim Netzwerkspezialisten Cisco, erklärt dazu, dass zur Zeit an besseren Sicherheitsmodellen und –protokollen gearbeitet wird. Insbesondere das Komitee für den  ISA99-Standard (jetzt ISA/IEC 62443) zur Sicherheit von Industrieautomatisierungs- und Steuerungssystemen leiste gute Arbeit, sagt Didier.

Ein weiteres Problem ist die Bandbreite der Netzwerke. „Unsere Netze sind nicht für 50 Milliarden angeschlossene Geräte im Jahr 2025 ausgelegt“, sagt Mark Cudak, Principal Research Specialist beim Telekommunikationsausrüster Nokia. Abhilfe sollen die Fortschreibung des LTE-Standards und Funktechniken, die im Millimeterband operieren, bringen.  Künftige 5G-Techniken werden sich durch größere Zuverlässigkeit und geringere Latenzzeiten auszeichnen, davon ist Cudak überzeugt.

Das ist auch bitter nötig, denn viele der im Zusammenhang mit dem Internet der Dinge angedachten Anwendungen brauchen zuverlässigere Netzverbindungen, als sie heute möglich sind. Andrea Goldsmith, Professorin an der renommierten kalifornischen Stanford University, kann sich zum Beispiel Remote-Operationen vorstellen, bei denen Ärzte ihre chirurgischen Instrumente über das Netz fernsteuern. Goldsmith möchte aber nicht das erste Versuchskaninchen sein, das sich für diese Chirurgie hergibt, da die Verbindungen noch nicht verlässlich genug sind. „Wir schaffen es heute noch nicht mal, Youtube zuverlässig zu betreiben“, sagt Goldsmith auf der NIWeek-Bühne in Austin.

Trotz der nach wie vor bestehenden Baustellen zweifelt aber keiner der Diskutanten und Referenten daran, dass diese Schwierigkeiten zu bewältigen sind. Beim Zeitverhalten verteilter Systeme gibt es zum Beispiel Fortschritte, erklärt Jamie Smith, Director für Embedded-Systeme bei National Instruments. Das White-Rabbit-Protokoll, das das Ethernet um Möglichkeiten zur Synchronisation im Sub-Nanosekundenbereich ergänzen soll und an dem unter anderem das Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz arbeitet, habe großartige Vorarbeiten geleistet, sagt Smith. Smith hofft, dass sich möglichst viele Elemente des White-Rabbit-Protokolls bald auch im Standard-Ethernet wiederfinden werden.

Den größten Optimismus legt Mickey McManus an den Tag. McManus leitet das Maya-Zukunftslabor beim Konstruktionsspezialisten Autocad. Für ihn ist das Internet der Dinge nur einer der drei Megatrends, die bereits ins Rollen gekommen sind beziehungsweise in Kürze in Bewegung geraten werden. Dazu zählen einerseits die digitalisierte Produktion mit Techniken wie dem 3-D-Druck und andererseits lernende Maschinen.

Die digitale Revolution auf der Produktionsseite führt für McManus dazu, dass praktisch bald jeder in der Lage sein wird, sich Gegenstände des täglichen Lebens zuhause auszudrucken. Jamie Smith von NI pflichtet ihm bei: „Ich freue mich auf den Tag, an dem ich nicht mehr zum Baumarkt gehen muss, wenn ich einen Schraubenzieher brauche, sondern ihn in meiner Garage selber herstellen kann. Das wird noch zu unseren Lebzeiten möglich sein.“

Der Zukunftsforscher McManus geht sogar noch etwas weiter. Trotz aller ungelöster Probleme bietet das Internet der Dinge zusammen mit den beiden anderen Megatrends aus seiner Sicht gewaltige geschäftliche Möglichkeiten. Auch deshalb, weil die Menschheit aus seiner Sicht insgesamt mehr zum Guten neigt als zum Schlechten. „Ich habe Vertrauen in die Menschheit. Wir machen zwar beim ersten Mal alles falsch – das ist die menschliche Natur. Aber wenn man den Menschen die Chance gibt, Dinge zu machen, dann wird man am Ende überrascht sein. Ich jedenfalls habe hohe Erwartungen.“  

Messen ist die Kernkompetenz im Internet der Dinge

Das Internet der Dinge bedeutet letztlich, die Unmenge der Informationen, die die physikalische Welt liefert, zu sammeln, zu filtern, auszuwerten und zu verwalten Letzten Endes geht es im IoT also um das Messen und mithilfe dieser Messdaten bessere und intelligentere Produkte und Systeme zu kreieren.

Ein Schlüssel zu besseren und intelligenteren Systemen liegt in „Big Analog Data“, also der Unmenge von Informationen, die die physikalische Welt liefert, sagte James Truchard, der Mitbegründer und CEO von National Instruments bei seiner Eröffnungsansprache der diesjährigen NIWeek in Austin/Texas. Die Instrumentierung dieser analogen Datenwelt liefere die Grundlage für die nächste industrielle Revolution.

Eric Starkloff, Executive Vice President bei NI, präzisierte: Mithilfe von NI-Werkzeugen seien seit dem Jahr 1986 etwa 22 Exabyte an Engineering-Daten erfasst worden. Das sei die Datenmenge, die anfalle, wenn eine Million Jahre lang Videodaten im HD-Format gestreamt werden. Diese Datenmenge steigt zudem sprunghaft an: Das Kernforschungszentrum CERN in Genf habe, so Starkloff, in den vergangenen 20 Jahren etwa 100 Petabytes an physikalischen Daten erfasst und gespeichert – drei Viertel davon in den letzten drei Jahren.

Diese Datenexplosion wird in den kommenden Jahren ungebremst weitergehen, prognostizierte Starkloff. Der Vice President von NI verglich diese Datenexplosion mit der sogenannten kambrischen Explosion, die vor rund 535 Millionen Jahren zum ersten Mal eine Vielfalt von tierischen Lebensformen hervorbrachte. Ähnlich wie die Revolution im Kambrium das Leben auf der Erde für immer verändert habe, werde die Datenexplosion gewaltige Veränderungen mit sich bringen.

Ein wichtiges Anwendungsfeld des Internets der Dinge sieht NI-Vize Starkloff darin, bestehende Industrieanlagen intelligenter zu machen, um zum Beispiel die Systemzustände von Elektrizitätswerken zu überwachen.

Eine hohe Bedeutung kommt dabei Mess- und Testsystemen zu, die die Entwicklung intelligenter Systeme unterstützen oder die selbst Teil von mit dem Internet verbundenen Systemen sind. Ein aktuelles Messsystem dieser Art stellte NI mit den CompactDAQ-Controllern vor, die mit einem Atom-Prozessor mit Vier Kernen und 1,91 Gigahertz Taktfrequenz ausgestattet sind.

Die Bedeutung dieser Controller unterstrich Bob Koslowitz, der Chef der Medizintechnikfirma Berlin Heart. Berlin Heart stellt Systeme her, die herzkranke Kinder unterstützen, die auf ein spenderherz warten. „Wir können den Übergang zu den neuen CompactDAQ-Controllern gar nicht erwarten, um die Geräte unserer nächsten Produktgeneration testen zu können. Sie werden die Art und Weise verändern, wie Kindern geholfen werden kann, die auf eine Herztransplantation warten“, sagte Koslowitz.

Ein Herzstück bei der Interaktion zwischen der physikalischen und der digitalen Welt stellt aus Sicht von NI die RIO-Architektur dar. Sie kombiniert eine klassische CPU mit einem FPGA-Baustein. Wie wegweisend diese Kombination sei, habe nicht zuletzt die Übernahme des FPGA-Herstellers Altera durch den Chipkönig Intel gezeigt, so NI-Vize Eric Starkloff.

„Diese Architektur wird das Gehirn der kommenden Industriesysteme sein“, sagte Starkloff im Rahmen einer Pressekonferenz, in der er die diesjährigen Produktankündigungen im Rahmen der NIWeek erläuterte. Die Leistungsfähigkeit der RIO-Bausteine zeigte unter anderem eine Rasen-Erntemaschine der amerikanischen Firma Firefly Equipment, die in der Konferenzhalle aufgebaut war.

Die Maschine kann unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen eingesetzt werden und arbeitet besonders effizient. Diese Vielseitigkeit und Effizienz sei vor allem dem Einsatz der RIO-Module zu verdanken, sagte der Cheftechniker von Firefly Equipment, Steve Aposhian.

Softwareseitig stand der Launch der Entwicklungsumgebung LabView 2015 im Vordergrund. Die aktuelle Version weist zahlreiche Verbesserungen der Ausführungsgeschwindigkeit durch optimierte Compiler auf und bietet zusätzliche Tastenkombinationen für schnelleren Zugriff auf Funktionen der Entwicklungsumgebung und erweiterte Funktionen zur Fehlersuche. Im Vergleich zur Version 2013 wartet die aktuelle Variante mit einer um den Faktor 8,7 schnelleren Ladezeit auf, zudem zeigt sich die Entzwicklungslösung als wesentlich sparsamer beim Verbrauch von Systemressourcen.

Der Informations-Schatz liegt im Datensee

„Der Schatz im Silbersee“ gehört zu den bekanntesten Werken des Abenteuerschriftstellers Karl May, der es bekanntlich mit der Fabulierkunst manchmal übertrieb und es mit der Wahrheit nicht immer ganz so genau nahm. Für Unternehmen dürfte in Zukunft der Datensee den wichtigsten Schatz darstellen. Denn in dem Datensee, den die Sensoren und Geräte aus dem Internet der Dinge speisen, liegen die Informationen, aus denen Firmen die wichtigen Handlungsempfehlungen ableiten können. In diesem See zu fischen, dürfte deshalb in Zukunft eine der zentralen Unternehmensaufgaben sein.

Anders als beim Fabulierer Karl May liegt also im Datensee die Wahrheit, erklärten Jim Heppelmann, Chef des gastgebenden Unternehmens PTC, und Professor Michael Porter von der Harvard Business School. Mit dem „Data Lake“ ist eine neue Art von Datenbank gemeint, in die praktisch alle Informationen einfließen, die die sogenannten „Smart Connected Products“ (intelligente vernetzte Produkte) der Zukunft erzeugen. Als Beispiel für ein solches Produkt wurde in Boston ein Mountain-Bike des US-Herstellers Santa Cruz gezeigt, das mit einer Reihe von Sensoren und einer Raspberry-Pi-Plattform ausgestattet wurde.

An so einem Sportgerät könne man zum Beispiel Daten wie die Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder messen, die Kraft, die auf die Pedale einwirkt, oder aber auch die Beschleunigungswerte an der Federung. Die so gewonnenen Daten könnten dann dazu nutzen, um sie wiederum in das Konstruktionsprogramm einzuspielen – etwa um angenommene Werte mit den in der Realität gemessenen Daten zu vergleichen.

Da die Wurzeln des gastgebenden Unternehmens PTC in 3-D-Konstruktionswerkzeugen liegen, zeigte Heppelmann, wie die Daten direkt im CAD-Werkzeug Creo verarbeitet werden, um Soll- und Istdaten des Produkts miteinander abzugleichen. Mit Hilfe von Augmented-Reality-Technik können diese Daten zudem auf einem Tablet eingespielt werden. Dies unterstützt Service-Mitarbeiter, die das Produkt warten oder reparieren müssen.

Im Rahmen seiner einführenden Ansprache gab PTC-Chef Jim Heppelmann die Akquisition des IT-Unternehmens Coldlight bekannt. Coldlight hat mit der Analysetechnik Neuron ein Verfahren entwickelt, das einen Datenstrom in Echtzeit nicht nur auswertet, sondern das auch dank selbstlernender Verfahren Prognosemodelle entwickle. Auf diese Weise sei es möglich, aus den Daten konkrete Handlungsempfehlungen für geschäftliche Entscheidungen zu generieren.

Eine solche Technik sei nötig, um mit den Anforderungen der Zukunft Schritt zu halten, sagte Professor Michael Porter. „Der Kern der intelligenten vernetzten Produkte der Zukunft sind die Daten“, daran ließ der Professor keinen Zweifel. Laut Porter werden bald in vielen Unternehmen sogenannte Chief Data Officers (CDO) Einzug halten, zu deren Aufgabe es gehöre, die gesamten Informationen zu aggregieren. Den CDOs obliegt es also, die Datenseen anzulegen und sie zu pflegen.

Das Neue an der Technik ist, dass diese sogenannten Datenseen aus unstrukturierten und nicht normalisierten Daten bestehen, die in keiner Weise aufbereitet seien. Gerade die Rohdaten würden dazu genutzt, die Prognosemodelle zu erstellen. Das sei wichtig, um zum Beispiel die Informationen aus dem realen Leben in den Produkt-Entwicklungszyklus zurückzuspielen. Für Porter ist nämlich die Produktentwicklung der Zukunft kein abgeschlossener, sondern ein kontinuierlicher Prozess – das sogenannte „Evergreen Design“, das nicht einfach ein Produkt-Release, sondern die ständige Weiterentwicklung zum Ziel habe.

Die mit Coldlight erworbene Datenanalyse-Technik wird voraussichtlich mit der Internet-of-Things-Plattform ThingWorx, die PTC im vergangenen Jahr übernahm, zusammengeführt werden. ThingWorx ist gleichzeitig IoT-Middleware und Applikationsbaukasten: Das Werkzeug erlaubt es, vergleichsweise schnell Applikationen zu erstellen, die die aus dem Internet der Dinge generierten Daten visualisieren und auch auswerten. Kurier- oder Lieferdienste können auf diese Weise zum Beispiel ihre Routenführung optimieren. Coldlight erweitert das Spektrum, indem es in der Lage ist, Ströme unstrukturierter Daten quasi in Echtzeit zu analysieren.

Ein weiterer Anwendungsfall für die Technik ist die Vorhersage von Störungen im laufenden Betrieb, etwa bei Industrieanlagen oder Kraftwerken, und die Einleitung von Gegenmaßnahmen. Durch die Prognosemodelle könnten etwa starre Wartungszyklen an den tatsächlichen Einsatz der Anlagen angepasst werden. Das spart potenziell Geld, stellt aber vor allem die Anlagenverfügbarkeit sicher.

Die „Lennon und McCartney“ des IoT

Porter und PTC-Chef Jim Heppelmann hatten im vergangenen Jahr einen viel beachteten visionären Artikel über die Zukunft des Internets der Dinge in der Zeitschrift „Harvard Business Review“ veröffentlicht. Der Industrieanalyst William K. Pollock des Beratungsunternehmens „Strategies for Growth“ bezeichnete die beiden deshalb in einem Tweet als die „Lennon und McCartney“ des Internets der Dinge – in Anlehnung an die kreativen Köpfe und Vordenker der legendären Beatles.

Heppelmann kündigte weiter an, dass sich sein Unternehmen verstärkt dem Aspekt der Datensicherheit widmen werde. Heutige Datencenter seien gegenüber Hacker-Angriffen nicht unbedingt sicherer, als sie es vor zehn Jahren waren, gab er zu. „Die Herausforderung ist da, und dieser Herausforderung werden wir uns stellen“, sagte er.

An der LiveWorx-Konferenz, die gestern in Boston/Massachusetts begann, nehmen 2300 Entwickler, Führungskräfte, Marktbeobachter und Analysten teil. Damit ist die LiveWorx die vermutlich größte, aber sicher die am schnellsten wachsende Fachtagung zum Thema Internet der Dinge: Im vergangenen Jahr hatten sich noch 350 Teilnehmer für die LiveWorx registriert.
´ „The Woz“ hat noch keine Apple Watch bestellt

Stargast des ersten Konferenztages war Apple-Mitbegründer Steve Wozniak. Er zeichnete drei Entwicklerteams aus, die am vorausgegangenen Wochenende in einem Hackathon-Wettbewerb Lösungen aus dem Bereich des Internets der Dinge programmiert hatten, Das siegreiche Team hatte sich mit einem System beschäftigt, das die Barrierefreiheit von Verkehrszeichen zum Ziel hat.

Wozniak, der zuvor ein wenig aus seinem Leben geplaudert hatte, gab übrigens an, sich noch keine Apple Watch bestellt zu haben. Er werde das zwar auf jeden Fall noch tun, sein Enthusiasmus gegenüber der Datenuhr hielt sich aber in Grenzen. Denn er zweifelte, ob eine Smartwatch sein Leben genauso erleichtern könne wie ein Smartphone. Eine Smartwatch könne zwar potenziell dasselbe tun wie ein Smartphone, sie sei aber durch die Größe ihres Displays limitiert.

Apple-Gründer: „Computer werden den Menschen ersetzen“

Steve Wozniak, der zusammen mit Steve Jobs im Jahr 1976 den heutigen Hard- und Softwareriesen Apple gründete, gestand gegenüber der australischen Zeitschrift Financial Review, dass er sich vor der Geschwindigkeit in der Entwicklung von Maschinenintelligenz und Rechnerleistung fürchtet. „Computer werden die Menschen ablösen, daran besteht kein Zweifel“ sagte der 64jährige Wahlaustralier im Interview.

„Wenn wir Geräte bauen, die alles für uns übernehmen, werden diese bald schneller als wir denken und langsame Menschen loswerden wollen, um Geschäfte effizienter führen zu können“ führte Wozniak weiter aus. Er stimme damit Personen wie Physiker Stephen Hawking oder dem Gründer des Elektroautounternehmens Tesla Motors, Elon Musk, zu. Wie sie ist auch er der Auffassung, dass Computer, die menschliches Verhalten perfekt nachahmen oder ein eigenes Bewusstsein entwickeln, durchaus zur gefährlichen Realität werden könnten.

Miniaturisierung und Quantencomputer entscheidend

Das Einzige, was diese gefährliche Entwicklung aufhalten könne, wäre laut Wozniak ein sich abzeichnendes Ende des Moore‘schen Gesetzes, nach dem sich Komplexität und Leistungsfähigkeit integrierter Schaltkreise regelmäßig verdoppeln. Diese Leistungssteigerung basiert derzeit in erster Linie auf der Miniaturisierung von Transistoren. Unterschiedlichen Prognosen zufolge stößt das Moore‘sche Gesetz allerdings im Jahr 2020 an seine physikalisch möglichen Grenzen: Schreitet die Miniaturisierung bis dahin im selben Tempo voran, besäße ein Transistor nur noch die Größe eines einzelnen Atoms.

Solange Forscher nicht in der Lage sind, Vorgänge auf subatomarem Niveau zu beeinflussen, ist also die Menschheit laut Wozniak vor den Gefahren ständig fortschreitender Rechenleistung sicher. Sogenannte Quantencomputer seien zwar theoretisch in der Lage, diese Einschränkung des Moore‘schen Gesetzes zu überwinden. „Bei all der Zeit, die Forscher in die Entwicklung von Quantencomputern investiert haben, können sie allerdings bislang noch nichts brauchbares für die Anwendungen, die wir brauchen, vorweisen“ schränkt der Computeringenieur ein. „Ich hoffe zwar, dass diese Entwicklung irgendwann einmal kommt. Aber sie könnte letztendlich dazu führen, dass wir eine Spezies erschaffen, die uns überlegen ist“.

Trotz dieser Befürchtungen für die Zukunft bleibt Wozniak allerdings weiterhin ein Befürworter technologischer Entwicklungen. Erst kürzlich habe er sich etwa mit dem Tesla Model S P85 ein modernes Elektroauto angeschafft und bezeichnete das Fahrzeug als das „vorzüglichste Stück Technik, dass er je besessen“ habe. Er hofft daher inständig, dass sich die Gerüchte bewahrheiten, nach denen Apple in die Automotive-Branche einsteigen möchte. „Es gibt inzwischen so viele Firmen, die mit Elektrofahrzeugen experimentieren, und noch viele weitere, die an selbstfahrenden Autos forschen“, meint Wozniak. „Darin liegt die Zukunft, und es könnte eine ganz große Sache werden. Hier liegen so viele Möglichkeiten, die für eine Firma wie Apple wie geschaffen sind“. Ob sich dagegen die Anschaffung einer Apple Watch für ihn lohne, will er dagegen lieber abwarten.