Ein Digitaler Zwilling ist das virtuelle Abbild eines Objekts der Realwelt, wie z.B. Prozesse, Personen, Orte, Systeme, Maschinen und Geräte. Er stellt zum einen die statischen Elemente und Strukturen, wie z.B. den Aufbau einer Maschine oder die Bestandteile einer Logistikkette dar, zum anderen aber auch das dynamische Verhalten, z.B. den Produktionsdurchlauf oder den Ablauf einer Warenlieferung. 

Dennoch schaffen es etwa 70% der Unternehmen, die bereits IoT nutzen, ihre Daten nicht hinreichend zu analysieren. 99% der Daten bleiben davon ungenutzt. Mit den notwendigen Potenzialen und Ideen zu IoT-Daten können Unternehmen jedoch ihre Produkte verbessern und maßgeschneiderte Lösungen über den gesamten Produktlebenszyklus erstellen. Darüber hinaus helfen IoT-Daten im Entwicklungsprozess neuer Produkte, schnelleres Aufdecken von Problemen im Feld und fördern die Entwicklung neuer datengetriebener Dienste. 

Zusammengefasst gibt es drei Werttreiber zur Nutzung von IoT-Daten: Kostensenkung, Qualitätssteigerung und Innovationen. Die folgenden Abschnitte illustrieren typische Beispiele aus verschiedenen Branchen.

Branchenübergreifende Anwendungsfälle

Produktstammdaten als Basis für Digitale Zwillinge

Für viele Zwecke sind Produktstammdaten eine entscheidende Grundlage. Diese sind unerlässlich für Enterprise-Systeme, wie ERP und Warenwirtschaft aber eben auch für digitale Services, die ein Kunde zu seinen Produkten in Anspruch nimmt. Die dafür spezialisieren Systeme – Product Information Management oder kurz PIM-Systeme – sind für diesen Anwendungsfall ideal und erlauben die Abbildung komplexer Daten, verfügen über integrierte Workflowsteuerungen sowie Exportmöglichkeiten in standardisierte Katalogaustauschformate, wie z.B. BMEcat, ETIM oder eCl@ass. 

Für hochskalierende Cloud– und IoT-Anwendungen sind die Produkte jedoch nicht ausgelegt und bieten deshalb Exportmöglichkeiten in weitere Datenbanken an. So bietet z.B. die Lösung STEP von Stibo Systems eine integrierte Exportmöglichkeit zu modernen Datenbanksystemen wie MongoDB. Somit stehen die Produktdaten für konsumierende Systeme in einer hoch skalierbaren Datenbank bereit, die für E-Commerce, IoT-Clouds und weitere Downstream-Systeme genutzt werden können. 

Software-Updates over the Air

Im dynamischen IoT-Umfeld sind kontinuierliche Verbesserungen an Produkten unerlässlich. Software- und Firmware-Updates werden zu kritischen Erfolgsfaktoren: Sie bieten neben wichtigen Security-Updates die Möglichkeit, neue Funktionalitäten auszurollen. Dennoch erfordert eine erfolgreiche Strategie ein umfassendes Management digitaler Zwillige, denn Devices sind meist global verteilt und müssen entsprechend verwaltet werden. Dazu gehört auch das Management verschiedenster Device-Typen und die genaue Konfiguration des jeweiligen Assets. Potenzielle Sicherheitslücken oder Bugs müssen schnell behoben werden. Ein manuelles Ausrollen von Software-Updates wäre viel zu zeitaufwändig und ist nicht kundenfreundlich. Ebenso ist ein sicherer und zuverlässiger Update-Prozess unerlässlich.

Software oder Firmware Updates Over the Air (SOTA/FOTA), d.h. das sichere Ausrollen von Software über das Internet, bringt Unternehmen eine Reihe von Vorteilen: Der Update-Prozess wird extrem kundenfreundlich, da ein Device nicht zum Hersteller oder in eine Service-Station gebracht werden muss. Das schnelle Schließen von Sicherheitslücken und Beheben von Fehlern erfolgt ohne den Einsatz von Service-Technikern und erlaubt darüber hinaus geänderten Anforderungen von Kunden mithilfe von automatisch eingespielten Software-Patches zu begegnen. 

Der Einsatz von aktueller Software verlängert ebenso den Lebenszyklus eines Produkts: Neue Features sind oft durch Software umsetzbar, ohne das physische Device zu ersetzen. Durch zusätzliche Serviceangebote entstehen neue Umsatzquellen für Hersteller. Nicht nur die Produktivität der Entwickler wird gesteigert, sondern auch die Produktivität des eingesetzten Devices: Software-Updates lassen sich zu Zeiten einplanen, in denen sie nicht mit dem Betrieb kollidieren.

Energy & Supply

Eine der größten Herausforderungen im 21. Jahrhundert ist die Reduktion von CO2-Emissionen. Die Betreiber von Fabriken, Bürogebäuden und Stromnetzen müssen mit steigenden Preisen und volatilen erneuerbaren Energiequellen umgehen, um ihren Energiebedarf zu decken.

Digitale Zwillinge kommen zum Einsatz, um Energieflüsse und Energieverbrauch zu messen – bei immer steigender Bedeutung, da für CO2-Emissionen hohe Preise gezahlt werden müssen. Herkömmliche IT-Systeme sind durch IoT-Lösungen zu ergänzen, um mit dieser Komplexität umgehen zu können: Alle Energiequellen und Verbrauchsstellen sind anzuschließen, Energieflüsse zu optimieren und moderne lokale Speichermöglichkeiten zu nutzen. Zusätzlich müssen Produktions- und Logistikprozesse sowie Gebäude einer eingehenden (Energie-) Optimierung unterzogen werden. 

Die Vorteile einer digitalen Lösung liegen klar auf der Hand: Einfache Messung, Analyse und Optimierung der Energieflüsse; präzisiere Vorhersage von Energieverbräuchen; sowie Monetarisierung von Flexibilität, z.B. im Stromhandel oder spezielle Service-Angebote.

Energiemanagement in komplexen Systemen, wie lokalen Stromnetzen die durch Smart Meters unterstützt sind, erlaubt die Reduktion von CO2. Dies geschieht maßgeblich durch die gestiegene Transparenz zu Energieverbräuchen sowie der Maximierung lokal generierter erneuerbarer Energien. Eine Grundlage dafür sind präzisere Vorhersagen, die eine genauere Planung ermöglichen. Ebenso können Smarte Geräte, wie Waschmaschinen, zu Zeiten laufen, wenn Stromüberschüsse existieren (z.B. mittags bei hoher Sonneneinstrahlung) oder E-Autos können mit günstigem Nachtstrom geladen werden. Diese Lasten können wiederum zur Monetarisierung durch die Reaktion auf Strompreise am Markt optimiert werden.

Retail

Die Anwendungsbereiche im Retail sind mannigfaltig und umfassen beispielsweise das Management von Kühlketten, Shop-Auslastung oder auch das Tracking von Artikeln.

Das automatische Kühlkettenmanagement ist die Basis für effiziente und sichere Kühlsysteme. Kein Kunde darf verdorbene Ware erhalten, frische Produkte sind heute einer der Hauptdifferenzierungen des stationären Einzelhandels gegenüber Online-Anbietern. Um dieses Potenzial zu heben ist der 24/7-Betrieb von Kühlanlagen der gesamten Kühlkette ein kritischer Faktor sowie ein erhebliches Effizienzpotenzial. Geschäfte benötigen eine langfristige Dokumentation der Temperatur sowie eine permanente (Remote-) Kontrolle, dass alle Kühlsysteme die Anforderungen der Behörden erfüllen. Echtzeit-Alerts erlauben es dem Personal, im Falle von Fehlern unverzüglich einzugreifen. Somit wird nicht nur der Verschwendung von Lebensmitteln vorgebeugt, sondern auch der Energieverbrauch gesenkt und somit Kosten gespart. Ein umfassender Digitaler Zwilling ermöglicht das Zusammenfassen der Informationen verschiedenster Hersteller – nur ein einheitliches Dashboard ermöglicht effizientes Monitoring – und spart bis zu mehreren Tagen Arbeitsleistung, die das Personal auf andere kundenorientierte Tätigkeiten konzentriert anwenden können. Diese Anwendungsfälle lässt sich problemlos übertragen, so sind heute smarte Regale, fernüberwachte Leergutautomaten sowie intelligentes Parkplatzmanagement bereits im Einsatz.

Tracking von Kunden ohne den Einsatz dedizierten Personals ist nicht nur in Zeiten der Coronavirus-Pandemie unerlässlich, um dessen Ausbreitung zu minimieren. Es gibt natürlich eine ganze Reihe weiterer Einsatzfelder, so z.B. die Optimierung der Kundenströme, optimierte Warenplatzierung sowie das effiziente Management von Warteschlangen.

Ladungsträger, wie Paletten, Containern, Stahlwagen und Kartons befinden sich permanent in Bewegung. Ihre exakte Position sowie der konkrete Inhalt bleiben meist unbekannt und verursachen hohen Aufwand bei Herstellern, Logistikunternehmen und Retailern, um sie aufzufinden. Echtzeit-Tracking versorgt alle Beteiligten einer Supply-Chain mit präzisien Informationen und automatisiert Suchvorgänge, Check-in und Check-out-Prozesse sowie die Inventarisierung von Waren. Auf den Ladungsträgern angebrachte IoT Devices senden via Gateways in regelmäßigen Abständen Daten in die Cloud, wo ein digitales Abbild der gesamten Supply Chain entsteht. Es ergeben sich Vorteile von 50 % weniger verlorenen Ladungsträgern, 25 % höhere Verfügbarkeit und somit weniger Investitionen, bis zu 80 % weniger Zeitaufwand für die Suche, Inventarisierung und Check-in/Check-out-Prozesse und 50 % schneller Koordination von Warenflüssen.

Smart Buildings

Die Ausstattung von Gebäuden mit Sensorik verschafft nicht nur einen guten Überblick zum aktuellen Zustand des Gebäudes, sondern erhöht auch die Sicherheit – z.B. durch Zutrittskontrollsysteme und Kenntnisse über die Anzahl von Personen in den einzelnen Gebäudeteilen. Das Monitoring von Raumklima und automatisches Steuern von Außenjalousien, Heizungen und Lüftungen hilft, den Energiebedarf zu senken und somit Kosten zu sparen, aber auch den CO2-Ausstoß zu senken.

Ein IoT-basiertes und automatisierten Incident Management hilft dabei, Ausfälle schneller und konsistenter zu lösen; Geld durch zentralisiertes Reporting zu sparen sowie die Planung und Ausführung von Wartungsarbeiten effizient zu gestalten. Nicht zuletzt ergeben sich auch haftungsrelevante Fragen – so wird im Falle eines Brandes durch die Versicherung genau geprüft, ob Feuermelder und automatische Löscheinrichtungen korrekt instand gehalten worden sind.

Indoor-Navigation ist die digitale Landkarte eines Gebäudes und erlaubt es gerade in großen Gebäuden, schnell den richtigen Weg zu finden. Nicht nur das effiziente Auffinden von Räumen steht dabei im Mittelpunkt, sondern auch das aktive Steuern von Personenflüssen in Gebäuden. Dienstleister können ihre Aufgaben schneller und besser erledigen – sei es für die Reinigung von Gebäuden oder auch Instandhaltungsaufgaben und Patrouliengänge durch Wachpersonal. Auch die Reinigung von Gebäuden kann durch eine nutzungsbasierte Reinigung die Hygiene im Gebäude sowie die Qualität der Arbeitsumgebung steigern.

Gute Luftqualität durch Umgebungsmonitoring erhöht unsere Produktivität und Fähigkeit zur Konzentration. Die konstante IoT-basierte Überwachung des Raumklimas schließt Heizung, Ventilation und Klimaanlagen ein. Diese Einrichtungen sind für ca. 40% des gesamten Energieverbrauchs in Bürogebäuden verantwortlich. Die Optimierung und Senkung dieses Verbrauchs senkt Kosten und mindert den CO2-Ausstoß – bei gleichzeitiger Verbesserung der Arbeitsumgebung.

Smart Cities

Eine Intelligente Stadt vereint die verschiedenen Einsatzfelder von IoT: Hier geht es um komplexe digitale Zwillinge zum Management von Assets, Ressourcen und Dienstleistungen. Die gesammelten Informationen von Einwohnern, Fahrzeugen und Infrastruktur werden kombiniert und analysiert, um Verkehrs- und Transportsysteme zu steuern, Kraftwerke sowie Wasser- und Stromversorgung zu optimieren, Abfallmanagement und Kriminalitätserkennung zu betreiben, öffentliche Einrichtungen, wie Schulen, Büchereien und Krankenhäuser zu verbessern und weitere Services anzubieten, wie beispielsweise Parkplatzleitsysteme.

Die Technologien einer Smart City, d.h. Die Vernetzung von physischen Assets durch das Internet of Things erlaubt die Steigerung der Effizienz von Städten und Dienstleistungen sowie einen engeren Kontakt zwischen Administration und Einwohnern. Ein genaues Bild über die Vorgänge innerhalb der Stadt liefert die Basis zur Verbesserung der Qualität urbaner Dienstleistungen sowie die Reduktion von Kosten und genutzten Ressourcen. 

Aktuelle technologische, wirtschaftlichen und gesellschaftliche Entwicklungen erhöhen den Bedarf nach intelligenten Städten: Klimawandel, wirtschaftliche Umstrukturierungen, mehr und mehr Online-Händler, alternde Bevölkerungsstrukturen und Druck auf öffentliche Kassen haben die EU dazu bewegt, internationale Förderprogramme aufzulegen, der globale Markt für Smart City-Applikationen wird auf 400 Milliarden Dollar pro Jahr geschätzt.

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