IoT

IoT Remote Monitoring

Smarte Fernüberwachung von Geräten und Systemen in Echtzeit

Jedes Jahr verliert die deutsche Industrie Milliardensummen, weil Produktionsanlagen aufwendig gewartet werden müssen oder dringend benötigte Ersatzteile fehlen. Dabei ließen sich Ausfallzeiten deutlich verkürzen oder sogar ganz vermeiden, wenn Fabriken engmaschiger überwacht würden.

Eine Umfrage des Wartungsdienstleisters Senseye unter 72 multinationalen Industrieunternehmen aus dem Jahr 2021 zeigt: Große Werke verlieren im Durchschnitt über 300 Produktionsstunden im Jahr allein durch Stillstandzeiten. Die Kosten für daraus resultierende Umsatzausfälle, Konventionalstrafen und personellen Mehraufwand liegen im Schnitt bei mehr als 500.000 US-Dollar pro Stunde – das macht über 150 Millionen Dollar pro Werk und Jahr.

Die Zahlen aus der Industrie zeigen, wie wichtig eine umfassende Maschinenüberwachung und -wartung ist. IoT Remote Monitoring könnte solche Stillstandzeiten in vielen Fällen erheblich verkürzen – und bietet darüber hinaus noch weitere Vorteile.

Inhaltsverzeichnis

Was ist IoT Remote Monitoring?

Das Internet der Dinge (auf Englisch: Internet of Things, kurz: IoT) ist die Menge aller Geräte und Maschinen, die sich mit dem Internet verbinden. Dazu gehören Arbeitsplatzcomputer, Smartphones und Tablets, aber auch immer mehr Produktionsanlagen. Auch viele Autos sind heute IoT-fähig. Sie laden über Mobilfunk Musik aus dem Internet herunter oder aktuelle Verkehrsdaten für ihr Navigationssystem.
Rund 13 Milliarden Endgeräte sind weltweit über das IoT vernetzt. Bis zum Ende des Jahrzehnts sollen es mehr als 30 Milliarden sein. Das schätzen die Marktanalyst:innen von IoT Analytics.
Die Gesamtheit aller IoT-Geräte, die speziell in der Industrie zum Einsatz kommen, wird auch als Industrial Internet of Things (IIoT) bezeichnet. Daneben gibt es weitere IoT-Welten wie das Internet of Medical Things (IoMT), also die Gesamtheit der im Gesundheitssektor verwendeten IoT-Geräte.
In der Industrie sind heute die meisten Arbeitsumgebungen mit dem Internet vernetzt: beispielsweise Büros über LAN und WLAN sowie Produktionshallen und Außenbereiche über den öffentlichen Mobilfunk oder über zusätzlich eingerichtete private 5G-Campus-Netze. Dadurch ist es möglich, immer mehr Geräte mittels IIoT zu vernetzen und so beispielsweise ganze Cluster oder Produktionslinien aus IoT-Geräten zu errichten.
Die Überwachung dieser Geräte aus der Distanz wird als IoT Remote Monitoring bezeichnet. Diese Fernüberwachung bietet Ihnen viele Vorteile:
  • Mehr Sicherheit: Viele Industrieanlagen sind im laufenden Betrieb für Menschen gefährlich. Das gilt beispielsweise für Schweiß- und Fräsroboter, für Lackieranlagen oder auch für automatisierte Hochregallager. Diese Anlagen können Sie mittels IoT Remote Monitoring einfacher überwachen. Sie müssen sie auch nicht mehr abschalten, um beispielsweise Füllstände zu kontrollieren. Alle wichtigen Maschinenparameter können Sie jederzeit aus der Ferne einsehen.
  • Bessere Arbeitsorganisation: Rüstzeiten verkürzen sich. Denn Mitarbeiter:innen können jederzeit auf ihrem IoT-Dashboard sehen, wann ein laufender Auftrag abgearbeitet ist und sie die Maschine beispielsweise neu bestücken oder ein anderes Bearbeitungsprogramm starten müssen. Mitarbeiter:innen müssen nicht mehr vor Ort an der Maschine warten, sondern können in der Zwischenzeit andere Dinge tun.
  • Weniger gesundheitliche Belastungen am Arbeitsplatz: Die Aufenthaltszeiten in besonders lauten und staubigen Umgebungen verkürzen sich durch die Fernwartung erheblich. Das schont die Gesundheit Ihrer Mitarbeiter:innen. Umkleidezeiten für das An- und Ablegen einer Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) verkürzen sich ebenfalls oder entfallen im Idealfall sogar ganz.
  • Schutz empfindlicher Anlagen: Reinraumumgebungen, etwa in der Chipherstellung, lassen sich leichter staubfrei halten, wenn Ihre Mitarbeiter:innen die dortigen Anlagen per IoT Remote Monitoring überwachen und die Räumlichkeiten nur noch selten betreten müssen.
  • Anlegen einer übersichtlichen virtuellen Fabrik: Mittels Remote Monitoring haben Sie eine zentrale Sicht auf alle IoT-Geräte in Ihrem Unternehmen. Selbst Anlagen an unterschiedlichen Unternehmensstandorten können Sie so zu einer virtuellen Fabrik zusammenfassen und gemeinsam überwachen.
  • Erleichterte Fernwartung: Bei Störungen kann sich der jeweilige Hersteller direkt über das Internet mit Ihren Maschinen verbinden und mögliche Fehlerursachen dadurch schneller identifizieren. Ist dennoch ein Reparatureinsatz vor Ort notwendig, können Sie die benötigten Ersatzteile bereits vorab identifizieren und bestellen.
Eine Sonderform des IoT Remote Monitoring ist das sogenannte Real-Time Monitoring (auf Deutsch: Echtzeitüberwachung). Es kommt überall dort zum Einsatz, wo besonders zeitkritische oder kostenintensive Prozesse überwacht werden müssen. Das ist beispielsweise im Energiesektor der Fall, wo selbst kurzzeitige Kapazitätsschwankungen in den Übertragungsnetzen schwerwiegende Folgen haben können.
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Wie funktioniert die Fernüberwachung von IoT-Geräten?

Moderne IoT-Geräte in der Industrie besitzen eine Vielzahl von Sensoren, Aktoren, Kameras und Füllstandswächtern. Sie sammeln im laufenden Betrieb alle relevanten Maschinendaten wie Drehzahlen, Fließgeschwindigkeiten, Temperaturen, Energieverbräuche oder Materialdurchsatz. Zusätzliche Druck- und Gewichtssensoren erkennen darüber hinaus den Anlagenstaus oder den Ausfall vor- oder nachgeschalteter Baugruppen wie Förderschnecken oder Sortieranlagen.
Alle Informationen laufen entweder direkt im Firmennetz oder in einer geschützten Cloud des Anlagenherstellers zusammen. Besonders große Mengen an Rohdaten können auch per Edge Computing direkt am Maschinenstandort analysiert oder aggregiert (zusammengefasst) werden, bevor sie weitergeleitet werden.
Das Bild zeigt einen Mann mit einem Notebook

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Typische Anwendungsbereiche für IoT Remote Monitoring

Für IoT Remote Monitoring gibt es bereits zahlreiche gewerbliche Einsatzgebiete. Einige davon sind:
  • Industrie: Maschinenüberwachung, vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), Prozessoptimierung und Qualitätskontrolle sind häufige Anwendungsfälle für IoT Remote Monitoring.
  • Energiewirtschaft, Telekommunikation und Verkehrswesen: IoT Remote Monitoring dient zur Überwachung von Stromnetzen, Kommunikationsinfrastrukturen und Verkehrsnetzen. Mittels IoT Remote Monitoring werden Windturbinen und Photovoltaikanlagen in der Energiegewinnung überwacht, aber auch Fahrzeuge auf Schienen und Straßen oder Verteilerknoten in Glasfasernetzen.
  • Gesundheitswesen: Die zunehmende Digitalisierung im Gesundheitswesen eröffnet neue Einsatzgebiete für IoT Remote Monitoring. So werden etwa die Vitaldaten von Patient:innen mittels sogenannter Wearables überwacht. Dabei kommen beispielsweise Uhren (Smartwatches) zum Einsatz, die auch zu Hause regelmäßig Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung im Blut und Blutdruck messen.
  • Gebäudemanagement: Heizungs- und Klimaanlagen, Überwachungskameras, Sonnenrollos oder Beleuchtungstechnik lassen sich mithilfe von IoT Remote Monitoring überwachen und steuern.
  • Logistik und Speditionswesen: Das digitale Flottenmanagement mit Fahrzeugtracking ist bereits heute ein Anwendungsfall für das IoT Remote Monitoring. Die Überwachung autonomer Transportfahrzeuge auch im öffentlichen Raum wird voraussichtlich in den kommenden Jahren als neues Einsatzgebiet hinzukommen.
  • Landwirtschaft: Beim Smart Farming überwachen Landwirt:innen Bodenwerte, Wetterbedingungen und Pflanzenwachstum bis auf die Mikroebene hinunter – und können so ihre Ressourcen effizienter nutzen. Dadurch wird beispielsweise der Bedarf an Pflanzenschutzmitteln reduziert oder der Ernteertrag gesteigert.
Stillstandzeiten sorgen nicht nur in der Autoindustrie für erhebliche Kosten. Eine effizientere Anlagenüberwachung spart somit bares Geld in der Fertigung.

Technologien und Protokolle für Remote Monitoring

IoT Remote Monitoring nutzt eine Vielzahl unterschiedlicher Technologien und Protokolle. Der Datenaustausch erfolgt beispielsweise über LAN, WLAN, Mobilfunk (LTE/5G), Richtfunk oder LPWAN-Technologien wie LoRaWAN und NB-IoT.
Für größere Distanzen werden häufig Lichtwellenleiter (Glasfaser) verwendet. Denn besonders beim Real-Time Monitoring kommt es auf eine möglichst schnelle Übertragung an. Bei weniger zeitkritischen Verbindungen kommt auch die Satellitenkommunikation zum Einsatz.
Für die Datenübermittlung werden üblicherweise Protokolle wie Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), Constrained Application Protocol (CoAP) oder HTTP/HTTPS (Hypertext Transfer Protocol [Secure]) verwendet. Die beiden erstgenannten Protokolle wurden speziell für die Maschinenkommunikation entwickelt. Einige Hersteller verwenden darüber hinaus eigene, selbst entwickelte und individuell zugeschnittene Protokolle.

Echtzeitdaten, Dashboards und Alerts

Die eigentliche Fernüberwachung von IoT-Geräten erfolgt in der Regel über sogenannte Dashboards. Das sind Übersichtsbildschirme, die von einer entsprechenden Applikation oder als Web-Oberfläche bereitgestellt werden.
Neben den herstellereigenen Dashboards gibt es am Markt auch verschiedene Apps für das IoT Remote Monitoring für Windows und Linux sowie für Android und iOS. Man spricht hierbei auch von Smartphones als mobilen Monitoring Devices für das IoT.
Dashboards lassen sich in der Regel nach Kundenwunsch konfigurieren und parametrieren. Dabei kann das Monitoring mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) auch automatisiert ablaufen. So können Anlagen nicht nur rund um die Uhr überwacht werden. Dank Machine Learning werden sogar mögliche Störungen oder Abweichungen von den vorgegebenen Sollwerten vorhergesagt, bevor sie überhaupt auftreten.
Ein Mann sitzt mit Tablet im Gewächshaus

Narrowband-IoT und­ LTE-M:­ Konnektivität im IoT-Umfeld

Ganz gleich, wo Sie sich aufhalten: Mit Narrowband-IoT und LTE-M gelingt Maschinenkommunikation auch unter schwierigen Bedingungen. Und das bei besonders geringem Stromverbrauch und somit langen Akkulaufzeiten.

  • Narrowband-IoT sorgt für beste M2M-Netzabdeckung
  • Über LTE-M lassen sich auch Sprachdaten übertragen
  • Auch in Kellern oder entlegenen Gebieten einsetzbar
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Vorteile von IoT Remote Monitoring

IoT Remote Monitoring bietet für Unternehmen viele Vorteile:
  • Kostenreduktion durchweniger Ausfälle und eine schnellere und zielgenauere Wartung erhöhen die Maschineneffizienz und im besten Fall auch die Maschinenlebensdauer.
  • Produktivitätssteigerung durch eine bessere Sicht auf Prozesse und deren Optimierungspotenziale. Über IoT Remote Monitoring und mit digitalen Zwillingen werden Prozesse am Computer nachgebildet. Anschließend werden sie durch Einsatz künstlicher Intelligenz erst digital und dann auch in der Praxis optimiert.
  • Höhere Kundenzufriedenheit durch termingenaue Lieferung und niedrigere Herstellungskosten, die in niedrigeren Preisen resultieren.
  • Nachhaltigkeit und Klimaschutz durch sparsameren Energieverbrauch, Einsparung unnötiger Verkehre durch besseres Routing sowie längere Maschinenlaufzeiten und weniger Einsatz von Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft.

Vergleich von IoT Remote Monitoring mit klassischer Anlagenüberwachung

Art der Datenerfassung
Manuelle Datenerfassung, häufig nur manuelles Reporting.
Automatisierte Datenerfassung und -speicherung, üblicherweise in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit. Auch das Reporting kann automatisiert werden.
Datenzugriff
In der Regel nur direkt am Anlagenstandort möglich.
Unternehmensweit, optionaler Zugriff auch für Geschäftspartner:innen oder Technikpersonal des Herstellers.
Automatisierungspotenzial
Gering. Meist keine Automatisierung über das gelieferte System hinaus möglich. Schwierige Vernetzung mit anderen Anlagen.
Hoch. Dashboard und Trigger können mit anderen technischen Systemen vernetzt werden. Teilweise auch Programmschnittstellen (APIs) vorhanden.
Wartung und Reparatur
In der Regel nur vor Ort möglich.
Viele Wartungstätigkeiten und teilweise auch Reparaturen über das Internet möglich.
Nutzung künstlicher Intelligenz
Schwierig, Schnittstellen müssen erst hergestellt werden.
In der Regel einfach. Bei vielen Systemen bereits herstellerseitig vorbereitet.
Auswertung per Big Data Analytics
Daten müssen erst weitergegeben werden, Prozesse schwierig automatisierbar.
Über entsprechende Schnittstellen in der Regel möglich.
Klassische Anlagenüberwachung
IoT Remote Monitoring

Herausforderungen und Risiken

Wie jede neue Technologie bringt auch das IoT Remote Monitoring bestimmte Herausforderungen und Risiken mit sich. Deshalb sollten Sie bereits in der Planungsphase besonders auf diese Punkte achten:
  • Datensicherheit und DatenschutzÜberall dort, wo persönliche Daten von Menschen erhoben werden, beispielsweise Bild- oder Bewegungsdaten, müssen Sie die europäische Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) beachten. Also die Daten entsprechend sparsam erheben, sicher und verschlüsselt verwahren und fristkonform wieder löschen. Endgeräte, die solche Daten erheben oder speichern, müssen vor dem Zugriff durch Dritte geschützt sein.
  • Technische InteroperabilitätUnterschiedliche IoT-Gerätehersteller nutzen oft proprietäre Standards, was die Integration erschwert. Einheitliche Protokolle und offene Schnittstellen können notwendig sein, wenn Sie beispielsweise Hardware-Komponenten und Software unterschiedlicher Hersteller kombinieren möchten.
  • Datenmengen und SkalierungManche IoT-Geräte erzeugen sehr große Datenmengen, beispielsweise Netzwerke mit vielen 4K- oder 8K-Kameras. Hierfür bietet sich das Speichern in einer entsprechenden Private Cloud an. Nicht mehr benötigte Daten sollten regelmäßig automatisiert gelöscht werden. Prüfen Sie aber zuerst, ob Sie aus diesen Daten per Big Data Analytics wertvolle Informationen für Ihr bestehendes Geschäft oder zukünftige Geschäftsfelder gewinnen können.
  • Investitions- und BetriebskostenJe nach Komplexität der Systeme und abhängig vom Einsatzzweck kann der Aufwand für die Einführung von IoT Remote Monitoring hoch sein. Kosten entstehen durch den Kauf von Hardware und Software nach Industriestandard sowie durch die Einarbeitung Ihrer Belegschaft. Weiterhin fallen laufende Kosten für Betrieb und Wartung an.

Sicherheit bei der Fernüberwachung von IoT-Systemen

Die Fernüberwachung von IoT-Systemen sollte grundsätzlich über verschlüsselte Übertragungswege erfolgen. Die Hersteller setzen hierbei in der Regel auf etablierte und sichere Kryptographie-Standards:
  • TLS/SSL (Transport Layer Security bzw. Secure Sockets Layer): Dieser Standard kommt häufig im Internet zum Einsatz, beispielsweise beim Datenaustausch mit Webseiten. Im IoT wird TLS/SSL häufig kombiniert mit HTTPS oder MQTT over TLS.
  • DTLS (Datagram TLS): Diese Verschlüsselung kommt vor allem bei verbindungslosen Protokollen wie CoAP zum Einsatz. Sie ist datensparsam und funktioniert auch auf kleineren, leistungsschwachen IoT-Geräten.
  • AES (Advanced Encryption Standard): Diese symmetrische Blockchiffre-Verschlüsselung ist der Nachfolger des bekannten DES (Data Encryption Standard). AES wird auch für bestimmte WLAN-Protokolle, Powerline-Verbindungen, SSH und IPSec genutzt.
  • VPN-Tunnel: Ein VPN (Virtuelles Privates Netzwerk) errichtet innerhalb des öffentlichen Internets eine private Netzwerkverbindung, die per Ende-zu-Ende-Verschlüsselung abgesichert ist. VPN-Tunnel werden auch häufig für die Einwahl aus dem Homeoffice in Firmennetze verwendet.
Eine Frau sitzt lächelnd vor einem Notebook

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Zukunftstrends im IoT Remote Monitoring

Für Unternehmen bietet das IoT Remote Monitoring viele Vorteile auf dem Weg zur Industrie 4.0. Zum einen spart es wertvolle Ressourcen und erhöht die Sicherheit von kritischen Prozessen durch eine bessere und lückenlose Überwachung. Zum anderen liefert das IoT Remote Monitoring passende Schnittstellen für wichtige Schlüsseltechnologien wie:
  • Predictive Maintenance
  • Künstliche Intelligenz
  • Big Data Analytics
Die für das IoT Remote Monitoring benötigten Sensortechnologien sind in den vergangenen Jahren stetig preisgünstiger geworden. Der starke Wettbewerb auf dem Markt für hochauflösende Smartphone-Kameras hat auch die Entwicklung leistungsfähiger IoT-Kameras vorangetrieben. So können Sie Endgeräte heute äußerst preisgünstig mit einer umfassenden Sensorik ausstatten: von GPS und Bewegungssensoren über Mehrfach-Kamerasysteme bis hin zu LiDAR und Radar. Auch bei den Modulen für WLAN, LoRaWAN und Bluetooth gab es zuletzt einen deutlichen Preisverfall.
Viele Hersteller aus dem Maschinenbau haben deshalb ihre noch verbliebenen analogen Gerätelinien inzwischen vollständig durch IoT-gestützte Baureihen ersetzt.
Expert:innen sehen daher folgende Zukunftstrends für das IoT Remote Monitoring:
  • Die IoT-vernetzte Fabrik kommt: Der Anteil der IoT-Systeme in der Industrie wächst weiter stark an. Dies führt mit der Zeit zu einem Wechsel von der IoT-gestützten Fertigung hin zur vollständig IoT-vernetzten Fabrik.
  • Geschäftsbereiche wachsen zusammen: Neue KI-basierte Analysemethoden werden zunehmend in bestehende Prozesse integriert. Produktion und Business Development wachsen in vielen Unternehmen enger zusammen und nutzen dabei dieselben Datenbestände.
  • Die virtuelle Fabrik optimiert die Produktion: Produktionsanlagen innerhalb größerer Unternehmen wachsen über Standortgrenzen hinweg zu virtuellen Fabriken zusammen, die ihre Aufträge arbeitsteilig bearbeiten. Fehlen beispielsweise an einem Standort Ressourcen oder müssen Anlagen für Wartungseinsätze außer Betrieb genommen werden, wird automatisch und in Echtzeit an einem anderen Standort desselben Unternehmens oder eines Partnerunternehmens mehr produziert.
  • Die Anpassung an den Markt wird einfacher: Unternehmen können zukünftig schneller auf sich verändernde Märkte, Regularien oder Zölle reagieren. Denn sie können ihre Produktion per IoT Remote Monitoring engmaschiger überwachen, wodurch ihre Fabriken agiler werden.
  • Die Qualität in der Produktion steigt: Auch das Qualitätsmanagement könnte vom IoT Remote Monitoring profitieren, etwa in der Lebensmittelherstellung oder in der Luftfahrtindustrie. Auf Basis einer lückenlosen Prozessüberwachung via IoT könnten neue, zertifizierte und fernüberwachte Produktionsverfahren entwickelt werden. Dabei könnten fälschungssichere Prüfprotokolle etwa die Güte von Schweißverfahren oder die Einhaltung von Kühlketten lückenlos belegen.

Das Wichtigste zu IoT Remote Monitoring in Kürze

  • Beim IoT Remote Monitoring werden per IoT vernetzte Anlagen aus der Ferne überwacht.
  • Unternehmen sparen durch IoT Remote Monitoring Kosten ein und reduzieren Stillstandzeiten, weil Anlagen besser überwacht werden.
  • Das digitale IoT Remote Monitoring lässt sich mit weiteren Technologien wie Predictive Maintenance oder Big Data Analytics kombinieren, um Prozesse zu optimieren.
  • Durch den allgemeinen Preisverfall bei der Sensortechnik ist IoT-Technik inzwischen vergleichsweise preisgünstig und daher standardmäßig in vielen neuen Industrieanlagen verbaut.
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