Im Zusammenspiel mit der richtigen IT-Infrastruktur spielt das industrielle Internet der Dinge (IIoT) die zentrale Rolle bei der Umsetzung von Smart Industry-Konzepten. Durch Echtzeit-Sammlung & -Analyse großer Datenmengen lassen sich etwa Prozessabweichungen schneller erkennen und korrigieren. IIoT-Anwendungen ermöglichen die vorausschauende Wartung von Anlagen oder stellen Produktqualität sicher. Industrial IoT ermöglicht die Material- & Produkt-Nachverfolgung entlang der gesamten Liefer- & Produktionskette.

Dieser Artikel ist für IT-Verantwortliche, IT-Projektleiter und IT-Manager gedacht, die sich mit IIoT-Projekten und industriellen IT-Infrastrukturen befassen. Als zentrale Anlaufstelle zum Thema IIoT liefert er Grundlagenwissen für die Entscheidungsträger der Industrie. Zudem finden sie aktuelle IIoT Use Cases aus dem Standortverbund CHEMPARK.

Mehr als 70 Unternehmen an drei Standorten in Nordrhein-Westfalen bilden den wichtigsten Chemiestandort der Region. Neue Technologie und digitale Transformation eröffnen Innovationsmöglichkeiten, legen den Grundstein für Krisenresilienz oder nachhaltiges Wachstum. Smarte Konnektivität, welche auch die besonderen Anforderungen innerhalb des Hochsicherheitsbereiches löst, bietet den teilnehmenden Unternehmen enormes Potenzial.

Begriffsklärung: Internet of Things (IoT)

Mit Internet of Things ist vor allem die Vernetzung physischer Objekte mit dem Internet gemeint. Das können Maschinen, vernetzte Alltagsgegenstände, Geräte und Wearables, aber auch Kleidung  sein. Daten, die diese Objekte sammeln, werden für verschiedene Zwecke verwendet.

IIoT, das Industrial Internet of Things, steht als Teilbereich für die Anwendung von IoT-Technologien in der Industrie. Ziel des IIoT ist es, industrielle Prozesse effizienter und produktiver zu gestalten.

Übersicht

• IIoT-Einführung im Chempark: Besondere Herausforderungen
• Anforderungen an industrielle IT-Infrastrukturen im Chemie- & Pharmasektor 
• Anwendungsbereiche von IIoT-Lösungen im Chempark
• Die wichtigsten Unterschiede zwischen IoT & IIoT inklusive Beispiele
• IIoT-Integration: Bereiche des Industrial Internet of Things
• Smarte Konnektivität: IIoT-Anwendungsfälle - Technologie für exakte Prognosen
• Smarte Konnektivität: Typische IIoT-Szenarien
• Zwischenfazit: Ohne Konnektivität keine digitale Transformation
• Lösungen für beste Konnektivität: Wired & Wireless IT-Infrastruktur
• Smarte Konzepte: Sensor Cloud as a Service (Edge & Cloud)
• Fazit: Neue Chancen durch IIoT-Einführung im Chempark

IIoT-Einführung im Chempark: Besondere Herausforderungen

Die Implementierung von IIoT-Lösungen in Hochsicherheitsbereichen der chemischen und pharmazeutischen Industrie erfordert unsere besondere Aufmerksamkeit. Die Sicherheit kritischer Infrastrukturen muss jederzeit gewährleistet sein, um Risiken für die Produktion, Umwelt und die öffentliche Sicherheit zu minimieren.

Ansässige Unternehmen investieren daher in zertifizierte Sicherheitslösungen, um IIoT-Vorteile ausschöpfen und regulatorische Anforderungen erfüllen zu können.

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Anforderungen an industrielle IT-Infrastrukturen im Chemie- & Pharmasektor

Angesichts eines zunehmenden Effizienzdrucks sind Unternehmen darauf angewiesen, Innovationen voranzutreiben. Eine passgenaue IT-Infrastruktur ist dabei ein entscheidender Faktor für Wettbewerbsfähigkeit und Zukunftssicherheit. Nur eine robuste IT-Infrastruktur eignet sich für den Einsatz von Industrie 4.0 & 5.0-Technologie und schafft die notwendigen Grundlagen für IIoT-Anwendungen.

Dabei umfasst der Bereich der industriellen IT-Infrastruktur ein breites Technologie-Spektrum: ob traditionelle LAN-Netzwerke, moderne Cloud Connect- & Edge Computing-Services oder fortschrittliche LoRaWAN-Lösungen - verschiedene Technologien ermöglichen eine sichere Datenübertragung sowie die reibungslose Integration typischer IIoT-Komponenten.

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Anwendungsbereiche von IIoT-Lösungen im Chempark:

Die erfolgreiche Implementierung von IIoT-Technologien in veraltete Produktionsanlagen stellt einen Wendepunkt hinsichtlich Modernisierung, Digitalisierung von Produktionsprozessen und Datennutzung dar. Konkrete Einsatzszenarien und Beispiele für die Verbesserung der Produktionsleistung oder die Steigerung der Energieeffizienz finden sich im CHEMPARK viele. 

Industrie 4.0 ist durch Digitalisierung und Vernetzung der Produktionsanlagen und Produktionsprozessen gekennzeichnet. Hauptziel ist es, die Effizienz und Produktivität zu steigern und neue Geschäftsmodelle zu entwickeln.

Typische Anwendungsbereiche von Industrie 4.0

• Vernetzung von Maschinen, Anlagen und Geräten
  Einzelne Komponenten von Produktionsanlagen werden über das Internet verbunden. Daten werden in Echtzeit ausgetauscht und verarbeitet.
• Datennutzung und KI
  Daten, die durch vernetzte Komponenten gesammelt werden, dienen der Optimierung von Produktionsprozessen. Künstliche Intelligenz wird verwendet, Erkenntnisse aus Daten zu gewinnen und Prozesse zu automatisieren.
• Produktion individualisieren
  Durch Datennutzung können Produkte und Dienstleistungen - individuell auf Kundenbedürfnisse zugeschnitten - produziert und angepasst werden.

Es geht vor allem um die Automatisierung und Vernetzung der Produktionsprozesse. IoT, Cloud, KI und Cyber-Physische Systeme sind dabei eng miteinander verzahnt und bilden gemeinsam die Grundlage für die digitale Transformation unserer Branche.

• Internet der Dinge (IoT)
  Sensoren und Geräte sammeln und übertragen die Daten. Diese Datenflut stellt eine Herausforderung dar, sie muss sinnvoll verarbeitet und nutzbar gemacht werden.
• Cloud Computing
  Die gesammelten Daten werden gespeichert und ausgewertet. Cloud Computing bietet hierfür eine skalierbare Lösung. In riesigen Rechenzentren werden die Daten analysiert. Moderne Cloud-Plattformen ermöglichen es zudem, flexibel auf wachsende Datenmengen und Rechenanforderungen zu reagieren.
• Künstliche Intelligenz (KI)
  Daten werden zur Entscheidungsfindung und Optimierung genutzt. KI spielt eine Schlüsselrolle bei der Verarbeitung und Analyse der IoT-Daten. Intelligente Algorithmen erkennen Muster, extrahieren Informationen und können automatisiert Entscheidungen treffen. So wird aus Daten Wissen, das für Optimierungsprozesse, Automatisierung und intelligente Services genutzt werden kann.
• Cyber-Physische Systeme (CPS)
  Vernetzte Systeme steuern und optimieren Produktionsprozesse. CP-Systeme sind die Schnittstelle zwischen der digitalen und physischen Welt. Sie vereinen die Fähigkeiten von IoT, Cloud und KI. CPS ermöglichen die intelligente Steuerung und Optimierung von Prozessen in Echtzeit.

Konnektivität auf den Punkt gebracht:

• IoT liefert die Daten
• Cloud verarbeitet die Daten
• KI analysiert die Daten
• CPS nutzt die Daten

Diese vier Elemente von Konnektivität ermöglichen es uns, die physische Welt mit der digitalen Welt zu verbinden und so eine Vielzahl neuer Möglichkeiten zu schaffen. Konnektivität ist der Schlüssel, der die Vernetzung aller Komponenten und Systeme beschreibt. Sie ermöglicht die nahtlose Kommunikation und den Datenaustausch zwischen Sensoren, Aktoren, Cloud-Plattformen, KI-Algorithmen und CPS-Anwendungen.

Ebenso spielt die Visualisierung noch eine entscheidende Rolle bei der Analyse und Auswertung der IoT-Daten. Erst durch die Darstellung in Form von Diagrammen, Karten, Heatmaps, Zeitreihen und Grafiken auf einem Dashboard werden die komplexen Zusammenhänge und Erkenntnisse auch für den Anwender leicht verständlich und Zusammenhänge erkennbar. Die Wahl der richtigen Visualisierungsform hängt dabei von der Art der Daten und der gewünschten Erkenntnis ab.

Die Visualisierung der IoT-Daten bietet eine Reihe von Vorteilen:

• Verbessertes Verständnis: Komplexe Daten werden leichter verständlich und Zusammenhänge werden erkennbar.
• Schnellere Entscheidungsfindung: Erkenntnisse können schneller gewonnen und Entscheidungen auf Basis von Daten getroffen werden.
• Effektivere Kommunikation: Daten können effektiv kommuniziert und mit anderen geteilt werden.
• Neue Erkenntnisse: Durch die Visualisierung können neue Erkenntnisse aus den Daten gewonnen werden.

Denn ergänzend geht es im Industrie 5.0-Kontext dann vor allem um die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine:

• Fokus Kollaboration - Mensch und Maschine in der partnerschaftlichen Zusammenarbeit.
• Mensch-Maschine-Interaktion wird durch Augmented Reality (AR) & Virtual Reality (VR) unterstützt.
• Anpassungsfähigkeit: Produktionssysteme können sich flexibel an einen erkannten Bedarf anpassen.
• Nachhaltigkeit: Ziel ist die effizientere Ressourcen-Nutzung bei minimierten Umweltbelastungen.

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Smarte Konnektivität: IIoT-Anwendungsfälle - Technologie für exakte Prognosen

Retrofit-Sensorik

Retrofit in der produzierenden Industrie bedeutet bestehende Anlagen und alte Produktionsgebäude auf den technisch neuesten Stand zu bringen - insbesondere durch Integration von Sensorik und IIoT-Technologie. Ein Vorteil ist, dass die Implementierung von Retrofit-Maßnahmen schrittweise erfolgen kann, wodurch eine flexible Anpassung an Unternehmensbudgets & -ziele möglich wird.  

Durch das gezielte Nachrüsten von Sensoren können kritische Parameter überwacht und Daten analysiert werden. Dies führt zu verbesserter Transparenz in der Produktion und liefert die Grundlage für die Implementierung vorausschauender Wartung (Predictive Maintenance). Retrofit-Sensorik hilft, Wartungskosten zu senken, die Energieeffizienz zu steigern, Arbeitssicherheit zu erhöhen und gesetzliche Vorgaben zu erfüllen. 

Retrofit ermöglicht als kostengünstige Alternative zur Neuanschaffung nicht nur die Verlängerung der Lebensdauer bestehender Anlagen. Viele Unternehmen nutzen Retrofit-Projekte, um Produktion und Prozesse schrittweise zu digitalisieren. Ein zukunftsorientierter Retrofit-Ansatz spielt daher eine wichtige Rolle bei der Digitalisierung von Wertschöpfungsketten, der Umsetzung von Industrie 4.0-Konzepten und der Sicherung der eigenen Wettbewerbsfähigkeit. 

BGP-Routing

Das Border Gateway Protocol (BGP) dient dazu, Datenpakete zwischen autonomen Systemen auszutauschen. BGP-Routing ermöglicht die Vernetzung von Maschinen und Geräten im Umfeld der Industrie 4.0 und 5.0. Es wird für die zuverlässige Kommunikation zwischen verschiedenen Systemen verwendet.

Kriterien des Border Gateway Protocol (BGP)

• Konnektivität: BGP ermöglicht die Kommunikation zwischen Sensoren, Aktoren, Steuerungen und Geräten.
• Echtzeit-Datenaustausch: BGP überträgt Sensordaten in Echtzeit zur Optimierung der Produktionsprozesse.
• Cloud Computing: BGP realisiert die Verbindung industrieller Systeme mit Cloud-basierten Diensten, wie z. B. Data Analytics-Plattformen oder Manufacturing Execution Systems (MES).

LoRa-Netzwerke (WAN)

Typische Anwendungsbereiche

• Zustandsüberwachung
  LoRaWan-Sensoren überwachen den Zustand von Maschinen und Anlagen (messen z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Vibration oder Füllstand).
• Fernwartung
  LoRaWan-Netzwerke ermöglichen die Fernwartung der Maschinen und Anlagen.
• Asset Tracking
  Beim Asset-Tracking kommen verschiedene Technologien zur Anwendung, um den Standort und Status physischer Assets zu ermitteln. Diese werden mit Sendern oder Tags ausgestattet, welche entsprechende Daten an stationäre Empfänger oder Gateway-Geräte übermitteln. LoRa (Long Range) Wan-Technologie ermöglicht eine Datenübertragung über große Entfernung bei niedrigem Energieverbrauch. LoRaWan-Signale können Gebäude und Hindernisse besser durchdringen als einige andere Funktechnologien. Da die Batterielaufzeit der LoRaWan-Geräte mehrere Jahre betragen kann, werden Wartungsaufwand & -kosten erheblich reduziert. Tracking-Technologie ermöglicht es, Vermögenswerte effizient und umfassend in Echtzeit zu verfolgen. Je nach Anwendungsfall werden verschiedene Technologien kombiniert, um die Vorteile der unterschiedlichen Ansätze zu nutzen. 
  
  

  • • LoRaWan-Geräte können verwendet werden, um die Position von Fahrzeugen, Maschinen oder Objekten zu ermitteln.

    • GPS-Tracker werden zur Ortung mobiler Assets (Fahrzeuge, Containern) eingesetzt. Das Global Positioning System ermöglicht die präzise Standortverfolgung im Außenbereich bei globaler Abdeckung. 

    • RFID-Tags und Barcodes ermöglichen es, Güter zu identifizieren und zu verfolgen. Radio-Frequency Identification nutzt Funketiketten. Das kostengünstige Verfahren eignet sich besonders zur Inventarverwaltung. 

    • Bluetooth Low Energy (BLE) Beacons ermöglichen die präzise Ortung in Lager- oder Produktionsstätten. Die energieeffiziente Nahbereichsortung ist ideal fürs Indoor-Tracking geeignet. 

    • Die neueste Mobilfunkgeneration 5G ermöglicht anspruchsvollsten Anwendungen die schnellste Datenübertragung und weiträumiges Echtzeit-Tracking.  

• Umweltüberwachung
  LoRaWan-Sensoren werden eingesetzt, um Umweltparameter zu überwachen (bspw. Messung der Luftqualität, Wasserqualität oder Lärmbelastung)
• Im industriellen Umfeld wird diese drahtlose Datenübertragungstechnik eingesetzt, um große Entfernungen bei geringer Anforderung an die Datenrate umzusetzen.

Vorteile von LoRaWan

• Niedrige Kosten: LoRaWan-Geräte können kostengünstig in Betrieb genommen werden: ob Anschaffung oder im as-a-Service-Modell
• Geringer Stromverbrauch: LoRaWan-Geräte haben einen sehr geringen Stromverbrauch, was sie ideal für den Batteriebetrieb macht.
• Überbrückung langer Strecken: LoRaWan ermöglicht die Kommunikation über Entfernungen von bis zu 10 km (abhängig von Umgebung und Hardware).
• Einfache Skalierbarkeit: LoRaWan-Netzwerke unterstützen eine große Anzahl von Geräten.
• Hohe Sicherheit: LoRaWan bietet durch Verschlüsselung und Authentifizierung eine hohe Sicherheit.

Predictive Maintenance

Predictive Maintenance dient der vorausschauenden Wartung und Instandhaltung von Produktionsanlagen - dies erhöht die Produktivität. Mithilfe von Sensoren und Daten wird beispielsweise der Zustand einer Maschine analysiert. Die Daten können z. B. Temperatur, Vibration, Druck oder Stromverbrauch umfassen. Ziel ist es, mögliche Probleme oder drohende Ausfälle frühzeitig zu erkennen. So kann verhindert werden, dass es zu Schäden oder längeren Stillstandszeiten und Produktionsausfällen kommt.

Eigenschaften von Predictive Maintenance (PM):

• Datengetrieben: PM basiert auf der Datenanalyse (Data Mining) von Sensoren, Maschinen und Anlagen.
• Vorausschauend: PM erkennt frühzeitig die Anzeichen für einen bevorstehenden Ausfall.
• Präventiv: PM verhindert Ausfälle von Maschinen und Anlagen, bevor sie eintreten können.
• Planbar: PM verbessert die Anlagenverfügbarkeit. Probleme können geplant behoben werden.
• Kostensparend: PM senkt Wartungskosten. Wartungsarbeiten können gezielt eingeplant, unnötiger Mehraufwand vermieden werden.

Anwendungsbereiche von Predictive Maintenance (PM):

• Produktion: PM wird eingesetzt, um Ausfälle Anlagen zu verhindern, Stillstandszeiten zu reduzieren und erhöht so die Produktivität.
• Energieversorgung: PM kann eingesetzt werden, um Ausfälle von Kraftwerken und Übertragungsleitungen zu verhindern und die Versorgungssicherheit zu erhöhen.
• Transport: PM kann Ausfälle von Fahrzeugen und Infrastruktur verhindern und erhöht dadurch auch die Sicherheit.

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Smarte Konnektivität: Typische IIoT-Szenarien

Smart Logistics

Durch die Echtzeit-Vernetzung von Fahrzeugen, Lagern und Produkten entstehen intelligente Lieferketten. Daten und Information ermöglichen die präzise Nachverfolgung und Planung, wodurch Logistikprozesse optimiert werden. Beispielsweise melden vernetzte LKW ihre Position und Transportbedingungen. So können die Ankunftszeit (ETA) genau vorhergesagt oder auch ein reibungsloser Check-in bei der Zufahrt zum Betriebsgelände organisiert werden. Auch die Lagerverwaltung kann sich auf diese Daten verlassen, und den Wareneingang effizient planen. Ein weiteres Anwendungsfeld kann die Zustandsüberwachung der Transportmittel sein. Sensoren, die technische Daten erfassen, melden bspw. den Wartungsbedarf frühzeitig. Das erhöht die Zuverlässigkeit der Flotte.

Smart Factory

Eine Smart Factory nutzt Industrie 4.0-Technologien für automatisierte Produktionsprozesse. Vernetzte Maschinen und Anlagen tauschen Daten in Echtzeit aus. Sensoren erfassen Produktionsdaten, die mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) analysiert werden können. Durch laufende Überwachung und optimierte Steuerung können Abweichungen sofort erkannt und behoben werden.

Smart Factory-Anwendungen nutzen Cloud-Computing und Cyber-Physische Systeme (CPS), um gesammelte Daten zu analysieren. Dies ermöglicht die Optimierung von Produktionsprozessen und führt zu erhöhter Produktivität und Qualität. Produktionsindividualisierung ist ebenfalls ein Merkmal der Smart Factory. Produkte können flexibel und individuell auf den akuten Bedarf zugeschnitten werden. Das erhöht die Effizienz und senkt Produktionskosten.

Smart Building

Ein Smart Building nutzt IoT-Technologien, um die Gebäudetechnik automatisch zu steuern und zu optimieren. Vernetzte Sensoren und Geräte erfassen bspw. in Echtzeit Temperatur- & Luftqualitätsdaten oder messen den Energieverbrauch. Intelligente Thermostate passen die Heiz- und Kühlsysteme an aktuelle Bedürfnisse an. Beleuchtungssysteme reagieren auf Anwesenheit oder Tageslicht, um Energie zu sparen. Vernetzte Sicherheitskameras und Zutrittskontrollsysteme erhöhen die Sicherheit des Gebäudes. Smart Building-Lösungen tragen so nicht nur zur Kostenreduktion und Sicherheit der Nutzer bei, sie verbessern auch den Komfort.

Smart Energy

Smart Energy nutzt IoT-Technologien, um Energiesysteme effizient zu steuern. Vernetzte Sensoren und Geräte überwachen beispielsweise Energieverbrauch & -erzeugung. Durch Integration von Cloud-Computing und Künstlicher Intelligenz (KI) können gesammelte Energiedaten analysiert und genutzt werden, um Vorhersagen zu treffen und Prozesse zu optimieren.

Smart Grids ermöglichen die intelligente Steuerung eines Stromnetzes. Sie können die Energieverteilung an aktuelle Bedarfe anpassen oder auch erneuerbare Energiequellen wie Solar- & Windkraft integrieren. Energiespeichersysteme, die überschüssige Energie speichern und bei Bedarf wieder abgeben, spielen hier ebenfalls eine wichtige Rolle.

Smart Energy-Lösungen tragen zu einer effizienteren und nachhaltigeren Energieversorgung bei: Echtzeitdaten optimieren den Energiefluss. Dies führt zu einer stabileren und umweltfreundlicheren Energieversorgung. Ressourcen werden effizient genutzt, die Energieversorgung gesichert und der Verbrauch fossiler Brennstoffe kann reduziert werden.

Smart Facility

Smart Facility-Management nutzt IoT-Technologien, um die Verwaltung und den Betrieb von Gebäuden zu optimieren und administrative Prozesse zu automatisieren. Vernetzte Sensoren überwachen beispielsweise die Raumbelegung und passen die Beleuchtung oder Klimatisierung automatisch an. Gebäudeverwalter können über die vernetzten Systeme die Heizung, Lüftung oder Klimaanlage aber auch zentral steuern. Das spart Energie und verbessert den Nutzerkomfort. Darüber hinaus ermöglicht Smart Facility Management ebenso die vorausschauende Wartung von Gebäudeteilen und technischen Anlagen.

Smart Mobility

Smart Mobility gestaltet Verkehrssysteme mittels IoT-Technologien deutlich intelligenter: Sensoren erfassen beispielsweise Information zur Verkehrsdichte, zum Fahrverhalten oder zu Umweltbedingungen in Echtzeit. Vernetzte Ampelsysteme steuern dann den Verkehrsfluss dynamisch. Sie passen Grünphasen an die aktuelle Verkehrslage an. Vernetzte Fahrzeuge kommunizieren untereinander und mit der Infrastruktur So lassen sich Wartezeiten, Staus oder gar Kollisionen vermeiden und Fahrtrouten optimieren.

Durch Integration von Cloud-Computing und Künstlicher Intelligenz (KI) können die gesammelten Mobilitätsdaten analysiert und zur kontinuierlichen Verbesserung von Verkehrssystemen genutzt werden.

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Zwischenfazit: Ohne Konnektivität keine digitale Transformation

Konnektivität bildet die Grundlage jeder digitalen Transformation. Konnektivität ist die Vernetzung von IoT-Geräten, Cloud-Plattformen, KI-Algorithmen und CPS-Anwendungen. Hier geht es vor allem um Zuverlässigkeit, denn Verbindungen müssen stabil sein und Ausfälle minimiert werden können.

Selbstverständlich geht es auch um Sicherheit, denn Datenübertragungen müssen vor unbefugtem Zugriff und Manipulation geschützt werden. Kurz: Konnektivität muss sicher und zuverlässig sein. Denn was passiert, wenn diese beiden Kernmerkmale nicht gewährleistet sind?

• Sensoren könnten Daten nicht zuverlässig an die Cloud senden 
• Hohe Gefahr, dass Informationen bzw. hochvertrauliche Daten abgegriffen oder manipuliert werden 
• KI-Algorithmen haben keinen Zugriff auf benötigte Daten (Aktualität, Vollständigkeit, Korrektheit) 
• CPS-Anwendungen könnten Steuersignale nicht zuverlässig an Aktoren senden 

Verschiedene Verbindungsarten ermöglichen zuverlässige Konnektivität:

• Kabelgebundene Verbindungen: Ethernet, Glasfaser
• Funkverbindungen: WLAN, Bluetooth, Mobilfunk
• Hybridverbindungen: Kombination aus kabelgebundenen und Funkverbindungen

Die Wahl der richtigen Verbindungsart hängt von verschiedenen Faktoren ab, daher müssen folgende Fragen gestellt und beantwortet werden:

• Sicherheit: Welche Sicherheitsanforderungen müssen erfüllt werden?
• Anwendungsfall: Benötigt die Anwendung eine hohe Bandbreite, geringe Latenz oder beides?
• Umgebung: Ist die Anwendung in einer Umgebung mit guter Funkabdeckung oder müssen Kabel verwendet werden?

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Lösungen für beste Konnektivität: Wired & Wireless IT-Infrastruktur

Wired Connectivity

Wired Connectivity - die drahtgebundene Verbindung - steht für physische Verbindungen zwischen Geräten und Netzwerken mithilfe von Kupfer- oder Glasfaserkabeln.

Drahtgebundene Verbindungen spielen nach wie vor eine wichtige Rolle, bieten eine Reihe von Vorteilen, aufgrund höherer Bandbreiten, geringerer Latenzzeiten oder höherer Sicherheit und Zuverlässigkeit. Aber sie bringen auch einige Nachteile mit sich, wie beispielsweise Mobilitätsbeschränkungen, Installationskosten und Kabelmanagement. Daher ist es wichtig, die Vor- und Nachteile drahtgebundener Verbindungen abzuwägen, bevor man eine Entscheidung trifft.

Wired Connectivity-Vorteile:

• Höhere Bandbreite: Drahtgebundene Verbindungen bieten in der Regel eine höhere Bandbreite als drahtlose, was für die Übertragung sehr großer Datenmengen wichtig ist.
• Geringere Latenz: Die drahtgebundenen haben in der Regel eine geringere Latenz als drahtlose Verbindungen, was wichtig für Echtzeitanwendungen ist.
• Höhere Sicherheit: Drahtgebundene gelten im Allgemeinen als sicherer als die drahtlosen Verbindungen, da sie weniger anfällig für Interferenzen sind (oder fürs Abhören).
• Zuverlässigkeit: Drahtgebundene Verbindungen gelten in der Regel als zuverlässiger als drahtlose, da sie weniger anfällig für Ausfälle oder Störungen sind.

Nachteile drahtgebundener Verbindungen:

• Mobilitätsbeschränkungen: Geräte mit drahtgebundener Verbindung sind an einen festen Standort gebunden und können nicht frei bewegt werden.
• Installationskosten: Die Installation von drahtgebundenen Verbindungen kann teuer und zeitaufwändig sein.

Anwendungsfälle für drahtgebundene Verbindungen:

• Serverräume: In Serverräumen werden in der Regel drahtgebundene Verbindungen verwendet, um eine hohe Bandbreite, geringe Latenz und hohe Sicherheit zu gewährleisten.
• Desktop-Computer: Desktop-Computer werden in der Regel über drahtgebundene Verbindungen mit dem Netzwerk verbunden, um eine hohe Bandbreite und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Netzwerkgeräte: Netzwerkgeräte wie Router, Switches und Firewalls werden in der Regel über drahtgebundene Verbindungen miteinander verbunden, um eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

WAN Campus

WAN Campus steht für Wide Area Network Campus und bezeichnet ein lokales Netzwerk, das über ein Wide Area Network (WAN) mit anderen Standorten oder Cloud-Ressourcen verbunden ist. WAN Campus wird häufig von Unternehmen mit mehreren Standorten, Cloud-Anwendungen oder IoT-Geräten verwendet. WAN Campus bietet eine Reihe von Vorteilen, darunter zentralisierte Verwaltung, verbesserte Sicherheit, erhöhte Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit. Verschiedene Technologien können für die Implementierung von WAN Campus verwendet werden, darunter MPLS, SD-WAN und Cloud-basierte WAN-Lösungen.

Typische Anwendungsfälle für WAN Campus:

• Unternehmen mit mehreren Standorten: WAN Campus ermöglicht die zentrale Verwaltung und den Zugriff auf IT-Ressourcen von allen Standorten aus.
• Unternehmen mit Cloud-Anwendungen: WAN Campus ermöglicht die sichere und zuverlässige Verbindung zu Cloud-Anwendungen.
• Unternehmen mit IoT-Geräten: WAN Campus ermöglicht die Sammlung und Übertragung von Daten von IoT-Geräten an zentrale Systeme.

Vorteile von WAN Campus:

• Zentralisierte Verwaltung: IT-Ressourcen können zentral verwaltet werden, was die Kosten und Komplexität reduziert.
• Verbesserte Sicherheit: WAN Campus ermöglicht die Implementierung von Sicherheitsmaßnahmen auf Netzwerk-Ebene.
• Erhöhte Zuverlässigkeit: WAN Campus ermöglicht die Nutzung redundanter Verbindungen, um Ausfälle zu vermeiden.
• Skalierbarkeit: Ein WAN Campus kann einfach an die wachsenden Anforderungen eines Unternehmens angepasst werden.

Technologien für den WAN Campus:

Es gibt verschiedene Technologien, die für die Implementierung verwendet werden können, darunter:

• MPLS: MPLS (Multiprotocol Label Switching) ist ein Virtual Private Network (VPN)-Protokoll, das für die Bereitstellung sicherer und zuverlässiger WAN-Verbindungen verwendet wird.
• SD-WAN: SD-WAN (Software-Defined WAN) ist eine Technologie, die die Flexibilität und Skalierbarkeit von WAN-Netzwerken ermöglicht.
• Cloud-basierte WAN-Lösungen: Cloud-basierte WAN-Lösungen bieten eine einfache und skalierbare Möglichkeit, WAN-Netzwerke bereitzustellen und zu verwalten.

Wireless Connectivity

Wireless Connectivity - die drahtlose Verbindung - beschreibt im Kontext von IoT, Cloud, KI und CPS die Verbindung zwischen Geräten und Netzwerken ohne Verwendung von Kabeln: Stattdessen werden elektromagnetische Wellen (Funksignale oder beispielsweise Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotstrahlung, Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung) verwendet, um Daten oder Geräusche zu übertragen.

Vorteile einer drahtlosen Verbindung:

• Mobilität: Geräte können frei bewegt werden, da sie an keinen festen Standort gebunden sind. Ein weiterer Pluspunkt ist zudem die aufgeräumte kabellose Umgebung.
• Flexibilität: Drahtlose Verbindungen können einfach und schnell installiert und neu konfiguriert werden.
• Kostengünstig: Drahtlose sind günstiger in der Umsetzung als drahtgebundene Verbindungen, da keine Kosten durch Kabelmaterial und dessen Installation anfallen.

Drahtlose Verbindungen haben jedoch auch Nachteile, wie z. B. geringere Bandbreite, höhere Latenz, geringere Sicherheit und Zuverlässigkeit. Daher ist es wichtig, den Einsatzzweck und die Vor- & Nachteile genau abzuwägen, bevor eine Entscheidung getroffen wird.

Nachteile der drahtlosen Verbindung:

• Geringere Bandbreite: Drahtlose Verbindungen bieten in der Regel eine geringere Bandbreite, was für die Übertragung großer Datenmengen einen Nachteil darstellen kann.
• Höhere Latenz: Drahtlose haben in der Regel eine höhere Latenz als drahtgebundene Verbindungen, was für Anwendungen in Echtzeit problematisch sein kann.
• Geringere Sicherheit: Sie gelten im Allgemeinen als weniger sicher als drahtgebundene Verbindungen, da sie anfälliger für Abhören oder Interferenzen sind.
• Zuverlässigkeit: Drahtlose Verbindungen können anfälliger für Ausfälle oder Störungen sein.

Höhere Geschwindigkeit, Datenrate und Kapazität mit Private 5G

Ein Private-5G-Netz, auch Campusnetz genannt, ist ein lokales, nicht-öffentliches Mobilfunknetz, das speziell für die Nutzung in einem begrenzten geografischen Gebiet, wie beispielsweise einem Unternehmensgelände, einem Hafen oder Flughafen konzipiert ist. Die Campusnetze spielen eine wichtige Rolle bei der digitalen Transformation von Unternehmen und Organisationen. Sie ermöglichen es, die Vorteile von IoT, Cloud, KI und CPS zu nutzen, um Prozesse zu optimieren.
Die Echtzeitkommunikationsfähigkeit ist Grundvoraussetzung für industrielle 5G-Anwendungen im Bereich Maschinensteuerung & -monitoring, AR- & VR-Anwendungen oder für autonome Fahrzeuge.

Vorteile von Campusnetzen:

• Hohe Sicherheit: Ein Campusnetz ist von öffentlichen Mobilfunknetzen getrennt und bietet daher ein höheres Maß an Sicherheit.
• Geringere Latenz: Campusnetze bieten eine geringere Latenz als öffentliche Mobilfunknetze, was für Echtzeitanwendungen und die Unterstützung von IIoT-Geräten wichtig ist.
• Hohe Bandbreite: Campusnetze stellen eine hohe Bandbreite für datenintensive Anwendungen bereit.
• Flexibilität: Ein Campusnetz kann an die spezifischen Bedürfnisse eines Unternehmens angepasst werden - flexibel und skalierbar.
• Hohe Zuverlässigkeit: Ein Campusnetz wird so konfiguriert, dass es eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit gewährleistet - dies ist besonders wichtig für unternehmenskritische Anwendungen.

Private-5G-Anwendungsfälle:

• Industrielle Automatisierung: Echtzeitsteuerung und Überwachung von Industrieanlagen.
• Logistik: Optimierung von Logistikprozessen und Waren-Tracking.
• Smart City: Steuerung von Verkehrsströmen, Beleuchtung und anderen städtischen Infrastrukturen.
• Gesundheitswesen: Überwachung von Patienten oder Fernüberwachung von Operationen.
• Landwirtschaft: Überwachung von Feldern, Bewässerungssteuerung und Optimierung von Ernteerträgen.

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Smarte Konzepte: Sensor Cloud as a Service (Edge & Cloud)

Das innovative Konzept Sensor Cloud as a Service (SCaaS) kann die Vorteile von Edge & Cloud Computing bei der Verarbeitung und Analyse von IoT-Daten vereinen. Mittels Edge Computing kann die Datenverarbeitung näher an die Datenquelle - also an die IoT-Geräte selbst oder an einen Edge-Server in der Nähe- verlagert werden. Dies ermöglicht geringere Latenzen und sorgt für weniger Datenverkehr in der Cloud. Cloud Computing bietet dazu skalierbare Rechenleistung und Speicherkapazität für die Verarbeitung und Speicherung der anfallenden Datenmengen. SCaaS kombiniert somit die jeweiligen Vorteile und bietet so eine flexible und skalierbare Plattform.

Vorteile von SCaaS-Lösungen:

• Geringere Latenz: Die Datenverarbeitung erfolgt näher an der Quelle, wodurch die Reaktionszeiten verkürzt werden.
• Geringerer Datenverkehr: Nur die aggregierten oder vorverarbeiteten Daten werden in die Cloud übertragen, was den Datenverkehr reduziert.
• Skalierbarkeit: Die Plattform kann flexibel an die wachsenden Anforderungen angepasst werden.
• Kosteneffizienz: Die Nutzung von Cloud-Ressourcen ermöglicht Pay-as-you-go (PAYG) Abrechnungen, wodurch Kosten gesenkt werden.

Typische SCaaS-Anwendungsbereiche:

• Industrielle Automatisierung: Echtzeitüberwachung und automatisierte Optimierung von Produktionsprozessen.
• Smart City: Optimierung von Verkehrsströmen, Energieversorgung und Wasserverbrauch oder Abfallwirtschaft.
• Gesundheitswesen: Fernüberwachung von Patienten, präventive Gesundheitsversorgung.
• Landwirtschaft: Düngungs- und Bewässerungssteuerung.

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Fazit: Neue Chancen durch IIoT-Einführung im Chempark

Der Chempark-Hochsicherheitsbereich stellt viele Unternehmen vor besondere Herausforderungen. Diese reichen von der Einhaltung strikter Sicherheitsvorschriften und Compliance-Anforderungen bis hin zum Management und Sicherstellung der Skalierbarkeit verschiedener Systeme. Eine zukunftsorientierte IT-Infrastruktur - beispielsweise in Verbindung mit einem „as-a-Service“-Modell kann hier Effizienzsteigerung und Kosteneinsparungen gleichermaßen realisieren.

Die IT-Infrastruktur ist einer der Schlüssel zur erfolgreichen digitalen Transformation in der Chemie- und Pharmabranche. Unternehmen, die sich schnell an stetig wandelnde Anforderungen anpassen können, optimieren ihre Prozesse und erschließen neue Wege zu nachhaltigem Wachstum.

Auch die enorm wichtigen Aspekte der Cybersicherheit spielen eine zentrale Rolle. Angesichts der kritischen Bedeutung der Chempark-Infrastruktur müssen ansässige Unternehmen umfassende Security-Lösungen implementieren. Und sowohl physische als auch digitale Bedrohungen abwehren können. Zertifizierte Sicherheitsstandards und regelmäßige Audits sind hier unerlässlich, um den Schutz sensibler Daten und kritischer Produktionsprozesse zu gewährleisten.