Mit Plug-and-Play schnell und kostengünstig ins IoT

Auf den Spuren des Smartphones: Warum Produkte smart werden müssen und wie das gelingt.

Alles wird vernetzt. Dabei ist längst nicht mehr nur von autonomen Fahrzeugen oder smarten Cities die Rede. Auch Türen, Aufzüge, Werkzeuge, Industriemaschinen und Seifenspender liefern Kunden wertvolle Daten für erweiterte Services oder gänzlich neue Geschäftsmodelle. Doch dem deutschen Mittelstand fehlt für die Entwicklung und Umsetzung smarter Produkte der Fokus und das Know-how. Helfen können integrierte Gesamtlösungen, mit denen Unternehmen ihre Produkte auch in großer Stückzahl schnell, effizient und kostengünstig digitalisieren und vernetzen können.

Nichtvernetzte Produkte werden schon bald nicht mehr zu verkaufen sein. Produkteigenschaften wie Funktionalität, Qualität oder Langlebigkeit alleine reichen dann nicht mehr aus. Kunden erwarten stattdessen, was sie z. B. von ihrem Smartphone schon lange kennen: Kontinuierliche Anpassungsoptionen an die eigenen Bedürfnisse, die Bereitstellung von Services oder Lösungen über ein großes Ecosystem sowie die ständige Versorgung mit verbesserten und zusätzlichen Funktionen. Bei einem Smartphone ist das möglich, weil die Hardware zur Produktplattform geworden ist und die Vernetzung kostenfreie Over-the-Air-Softwareupdates ermöglicht.

Smart Products

Für den Markt der Mobilfunkhersteller bedeutete dieser Schritt eine Neuordnung, bei der einige Big Player auf der Strecke blieben. Zu ihnen zählte z. B. der damalige Marktanführer Nokia. Viel zu spät hatten die Unternehmenslenker erkannt, dass es sich bei Smartphones nicht nur um eine Marktinnovation, sondern Disruption handelte, welche die früheren Produkte verdrängen würde. Weder Kapitalkraft noch Marktanteile oder Patente konnten daher den Niedergang des Champions verhindern. Nur langsam kämpft sich der Her-steller zurück, seine dominierende Führungsposition wird er aber wohl kaum wieder einnehmen. Aktuell ist es die Automobilindustrie, die die Dynamik einer disruptiven Veränderung mit aller Härte trifft. Und auch hier profitieren inzwischen Pioniere wie Tesla und besetzen die neu entstandenen Märkte. Ähnliche Entwicklungen sind in vielen weiteren Sparten zu beobachten, darunter auch die Transformation von Produkten zu elektronisierten, vernetzen Produkten – den Smart Products.

Fest steht: Der deutsche Mittelstand ist in unterschiedlichsten Segmenten gefordert, zu handeln. Dabei sind seine Kernkompetenzen Fluch und Segen zugleich. Denn sie sorgen seit Jahrzehnten sehr erfolgreich für Umsätze. So sind die Deutschen bspw. Meister im Biegen von Blechen, im Bauen von Profilen oder Schraubendrehen. Viele von ihnen sind durch sie die Hidden Champions ihrer Nischen. Und bis heute sind ihre Auftragsbücher gut gefüllt. Doch dieser Erfolg verstellt mitunter auch den Blick für die notwendigen Veränderungen. Erschwerend kommt hinzu, dass jene Fertigkeiten kaum Berührungspunkte zu Informationstechnologien haben. Und so fehlt an allen Ecken und Enden das Know-how für die Digitalisierung und Vernetzung der Produkte. Angefangen bei der Elektronik-Entwicklung über die IT-Security und App-Entwicklung bis hin zum 24/7 ausfallsicheren Betrieb in den globalen Märkten. Gleichzeitig sind Fachkräfte bekanntlich sowohl intern als auch auf dem Arbeitsmarkt teure Mangelware. Was können Unternehmen also tun?

Vorleistungen ins Blaue

Natürlich hat sich längst ein großer IoT-Markt etabliert. Kein Wunder, denn Milliarden von vernetzten Geräten versprechen auch Komponenten- und Lösungsanbietern ein gutes Geschäft. So bieten Chip-Hersteller zum Beispiel die notwendige Hardware, die großen Cloud-Anbieter (Microsoft Azure, AWS) werben für ihre IoT-Hubs, Mobilfunker bieten eine wachsende Palette an Connectivity-Diensten und -Tarifen, und wieder andere Dienstleister spezialisieren sich auf Themen wie App-Entwicklung und IT-Security. Doch was fehlt, ist eine Komposition des Angebots – eine integrierte Gesamtlösung mit allen benötigten Komponenten. Denn für sich alleine sind die einzelnen, zweifelsohne leistungsstarken, Komponenten im Grunde unbrauchbar. Doch viele mittelständische Unternehmen fühlen sich allein mit der Auswahl der passenden Lösungsbausteine für ihren konkreten Anwendungsfall überfordert. Ganz zu schweigen von der Orchestrierung der verschiedenen Komponenten und Player. Hinzu kommt, dass die meisten Unternehmen noch gar keine klare Vorstellung von ihrem „digitalen Geschäftsmodell“ haben. Die zu erbringenden Vorleistungen für die technische Integration sind aber massiv. So lässt sich in einem Hackathon innerhalb von wenigen Tagen ein erster Demonstrator erstellen. Bis zum serienreifen Produkt sind aber alleine für die Vernetzung in aller Regel Budgets im höheren, sechsstelligen Bereich vonnöten. Zudem muss mit einem Umsetzungszeitraum von neun Monaten und länger kalkuliert werden. Im Klartext bedeutet das: Selbst, wenn Unternehmer die Notwendigkeit und Dringlichkeit digitaler Entwicklungen erkannt haben, hält die aktuelle Gemengelage viele vom Start entsprechender Projekte ab.

Mit Plug-and-Play ins IoT

Experten raten daher zu Ende-zu-Ende-Angeboten, also zu Lösungen, die das gesamte IT-, Elektronik- und Hardware-Spektrum zwischen dem Produkt und der Cloud mitbringen. Oftmals können diese wenige Zentimeter großen IoT-Bausteine direkt in ein Produkt verbaut werden – eine ausreichende Energieversorgung über einen Stromanschluss oder eine leistungsstarke Batterie vorausgesetzt. Nach wenigen Wochen können Unternehmen Showcases bewerten und Funktionstests durchführen. Der Start in die Serienproduktion ist nach sechs bis neun Monaten möglich für einen Preis, der durchschnittlich 80 Prozent unter den aktuellen Kosten für Digitalisierungsprojekte liegt.

Bild 1: Beispiel einer Ende-zu-Ende-Lösung im Vergleich zu einer EIn-Euro-Münze (Quelle Grandcentrix).

Das Herzstück des Cellular Twins der grandcentrix bspw. ist eine klein dimensionierte Platine. Die Platinen, auch Mainboards genannt, sind das Bindeglied zwischen dem Produkt und dem Internet. Die Verbindung zur Steuerung des Produktes erfolgt über eine mehrpolige Schnittstelle, die Verbin-dung zum Internet über ein integriertes Modem. Experten raten zudem darauf zu achten, dass die Schnittstelle möglichst viele der gängigen, professionellen Anwendungen abdeckt. Auch weitere Anschlüsse für Antennen, etwa zum Empfang eines GPS-Signals, sollten gute Ende-zu-Ende-Produkte mitbringen. Das Gleiche gilt für Erweiterungen zur Integration spezieller Industrie-Standards wie z. B. RS485, RS232 oder 24V I/O. Doch hier ist durchaus auch Vorsicht geboten. Denn manch ein Hersteller bläht die Hauptplatine hierfür künstlich auf bzw. erzeugt durch den Verbau vieler Teile unnötig hohe Produktionskosten.

Bild 2: Cellular Twin – Beispiel für eine integrierte Ende-zu-Ende Lösung (Quelle Grandcentrix).

Die Verbindung zum Internet sollte über neue, auf LTE basierenden Standards wie Narrowband-IoT (NB-IoT) und Cat-M1 erfolgen. Die wurden speziell für die Nutzung in IoT-Anwendungsfällen entwickelt und sind, anders als 5G, bereits heute weltweit nutzbar. NB-IoT birgt jedoch auch einige technische Hürden, etwa im Zusammenhang mit großen Firmware-Updates. Von Vorteil sind daher Lösungen, die den für Updates relevanten Teil der Firmware vom Betriebssystem entkoppeln. Denn das spart Datenvolumen. Nicht zuletzt gilt die Carrier-Integration als zentraler Kostenfaktor. Vorrang sollten Produkte erhalten, die bereits über eine SIM-Karte verfügen. Die Aktivierung erfolgt dann automatisch, sobald das Gerät das erste Mal eingeschaltet wird. Und erst dann fallen auch Kosten an.

Den eigentlichen Mehrwert erbringen die über das Mobilfunknetz übertragenen Daten der vernetzten Produkte aber erst dann, sobald sie schließlich in IoT-Plattformen oder andere Analyse-Systeme übertragen werden. Daher ist auf die native Einbindung in die gängigen Cloud-Systeme wie z. B. Microsoft Azure zu achten. Diese ermöglichen eine Auswertung in Kombination mit Ergebnissen anderer Business-Prozesse – in aller Regel via APIs oder Message Broker. Daher sollten End-to-End-Produkte unbedingt beliebige HTTP(s)- Endpunkte oder MQTT-Server ansprechen können. Diese wird durch Middleware ermöglicht, die die entsprechenden Schnittstellen ansprechen kann.

Kein Grund mehr für Zurückhaltung

Disruption statt Innovation – wer das erkannt hat, ist auf einem guten Weg. Künftig gilt dann auch das derzeitige Totschlagargument des Mittelstands der zu hohen Projektaufwände nicht mehr. Denn inzwischen können Plug-and-Play-Angebote mit einer orchestrierten IoT-Gesamtlösung schnell zu spürbaren Ergebnissen führen. Hier sind es dann nur noch wenige Aspekte, die es zu berücksichtigen gilt, u. a. die einfache Integration über Schnittstellen, die Nutzung lizenzierter IoT-Mobilfunkstandards oder der Einbezug von Global Carriers. Nach nur sechs bis neun Monaten können auf diese Weise auch Unternehmen ohne umfassendes I(o)T-Know-how ihre Produkte erfolgreich vernetzen und sparen dabei über 80 Prozent der gängigen Projektkosten.

Christian Pereira, SVP Sales & Operations bei grandcentrix GmbH

Fabian Kochem, Business Development Team Leader bei grandcentrix GmbH