Von der Idee zur serienreifen IoT-Applikation

Am Anfang jeder Applikation für das Internet der Dinge steht eine Idee wie ein bis dato unbekannter Nutzen geschaffen oder jener einer “analogen” Anwendung erweitert werden kann. Doch viel bedeutender, und meist auch schwieriger, als diese initiale Eingebung ist die Modellierung eines Geschäftsmodells, um diesen Nutzen in eine profitable Einnahmequelle zu verwandeln.

Die IoT Idee ist geboren

Die Idee ist geboren. Starten wir mit dem Geschäftsmodell!

Wie in “Die Bedeutung der Geschäftsmodell-Innovation” ausführlich dargestellt, zählt der Entwurf innovativer Geschäftsmodelle im heutigen Zeitalter zu den zentralen Voraussetzungen für die Sicherung einer langfristigen Wettbewerbsfähigkeit. Mit der Definition des Geschäftsmodells haben Sie bereits die ersten Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die Kostenstruktur und die zu erfassenden Informationen, festgelegt.

Entwicklung eines Geschäftsmodell für IoT-Anwendungen

Angenommen bei Ihrem Entwurf handelt es sich um eine Variation des “Product-as-a-Service” Modells, dann benötigen Sie umfangreiche Daten zur Nutzung Ihres Produktes. Bei diesem Geschäftsmodell bleibt das Produkt Eigentum des Herstellers und dieser erhält eine laufende Gebühr für die Nutzung. Die Geschäftsmodelle Product-as-a-Service, Sensor-as-a-Service und Ecosystem stellen drei Möglichkeiten dar, um mit intelligenten, vernetzten Produkten die gültige Branchenlogik zu durchbrechen.

Weiter geht es mit dem technischen Konzept

Nachdem das Geschäftsmodell definiert ist und Sie ein genaues Bild von der Applikation haben, die Sie Ihren Kunden bieten möchten, gilt es die Rahmenbedingungen für die erforderliche technologische Infrastruktur festzulegen. Diese umfasst vereinfacht dargestellt die drei Ebenen “Produkt”, “Konnektivität” und “Cloud”.

IoT - Drei Ebenen - Produkt, Konnektivität, Cloud

Zwischen den Ebenen der technologischen Infrastruktur besteht eine direkte Beziehung. Planen Sie beispielsweise die Konfiguration mittels einer Smartphone App, welche der Cloud zuzuordnen ist, zu erledigen, benötigt das Produkt keine Bedienelemente. Dadurch vereinfacht sich die Konstruktion des Produktes wesentlich. Im Hinblick auf die Internationalisierung ist dies ein enormer Vorteil. Die Sprache lässt sich in einer App um einiges leichter anpassen als physisch am Produkt.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Aufgabenverteilung zwischen Produkt und Cloud, das heißt wo Sie den höheren Anteil der Intelligenz platzieren. Dabei spielt auch die Verfügbarkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit der Konnektivität eine bedeutende Rolle.

Funktionen (z.B. eine Sicherheitsabschaltung), die eine rasche Reaktionszeit erfordern, sollten direkt ins Produkt integriert werden. Andere wiederum (z.B. Auswertungen und Trendanalysen) müssen in die Cloud ausgelagert werden, da nur hier alle Informationen und die nötigen Ressourcen bereitstehen. Diese sowie damit zusammenhängende Erwägungen werden in “Grundsteinlegung durch strategische Entscheidungen” umfassend dargelegt.

Die Aufgaben sind verteilt. Also packen wir es an!

Sind Sie sich über die Aufgabenverteilung im Klaren, können Sie damit beginnen die Funktionen der Cloud zu definieren. Die Cloud repräsentiert die Summe der Funktionen und Dienste, die außerhalb des physischen Produktes existieren (vgl. Porter & Heppelmann; How Smart, Connected Products Are Transforming Competition; S. 69).

An diesem Punkt gilt es Entscheidungen zu treffen wie “Wollen wir dem Kunden eine Smartphone App zur Verfügung stellen oder soll der Zugriff auf die Daten und Dienstleistungen über ein Webinterface erfolgen?”.

Dabei dürfen aber auch Funktionen, die vom Kunden nicht unmittelbar wahrgenommen werden aber für den Erfolg der Applikation wesentlich sind, nicht außer Acht gelassen werden. Hierzu zählen unter anderem die Archivierung und Verwaltung der Daten und Konfigurationen sowie das Managen der Geräte. Ein wichtiger Bestandteil des Gerätemanagements ist beispielsweise die Verteilung von Softwareupdates ganz gleich ob es sich dabei um Funktionserweiterungen, Sicherheitsupdates oder Fehlerbehebungen handelt.

IoT - Internet der Dinge - so funktioniert es

Die nächste Komponente, die Ihre Aufmerksamkeit erfordert, ist die Konnektivität d.h. die Technologie mittels derer Sie Ihre Produkte mit der Cloud verbinden. Die einzelnen Übertragungstechnologien unterscheiden sich unter anderem in der Reichweite, Verfügbarkeit, Geschwindigkeit, aber auch in der Zukunftssicherheit. Meist scheinen auf den ersten Blick mehrere dieser Technologien als geeignet. Die Herausforderung besteht in der Auswahl jener, die Ihre Applikation optimal unterstützt. Dabei gilt es aber immer alle Aspekte von der Kommissionierung über die Ersteinrichtung bis hin zum Betrieb zu beachten.

Die Nutzung des beim Kunden ohnehin verfügbaren WLAN erscheint beispielsweise zunächst aus Kostensicht attraktiver als der Einsatz einer Mobilfunkverbindung. Allerdings erfordert dieser Ansatz für jedes Gerät eine individuelle Konfiguration passend zum Netzwerk des Kunden. Die Konfiguration muss bei jeder Modifikation (z.B. Änderung des WLAN Passworts) nachgezogen werden. Dies kann sich sehr schnell in einer hohen Anzahl an Supportanfragen niederschlagen und somit den anfangs angenommen Kostenvorteil gegenüber der Mobilfunkverbindung wieder zunichte machen. Deshalb ist es relevant sich mit den zur Wahl stehenden Übertragungstechnologien und den damit verbundenen Herausforderungen und Vorteilen auseinanderzusetzen.

Zuletzt gilt es die Eigenschaften und Funktionen des Produktes festzulegen. Aufgabe des Produktes ist es die virtuelle mit der physischen Welt zu verbinden, d.h. Informationen der Feldebene aufzunehmen, gegebenenfalls vorzuverarbeiten und an die Cloud zu übermitteln sowie in umgekehrter Richtung Informationen und Befehle von der Cloud zu empfangen, zu verarbeiten und gegebenenfalls Aktoren entsprechend anzusteuern.

Fragen über Fragen

Die Eigenschaften des Produktes werden dabei von den Umgebungsbedingungen, den zu erfassenden Sensorsignalen (z.B. Temperatur oder Luftfeuchtigkeit) und den benötigten Schnittstellen (z.B. RS232 oder 0/4-20mA) für die Kommunikation mit anderen Geräten der Feldebene (z.B. Sensoren) bestimmt.

IoT - Internet of Things - so viele Möglichkeiten

An diesem Punkt sind Überlegungen anzustellen wie

  • Steht eine externe Energiequelle zur Verfügung oder benötigt das Produkt eine unabhängige Versorgung?
  • Welche Temperaturen sind zu erwarten?
  • Benötigt das Produkt eine EX-Zulassung?
  • Wie viel Schutz benötigt das Produkt gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Staub?
  • Mit welchen Sensortechnologien können die für die Applikation erforderlichen Informationen erfasst werden?

Bezogen auf den Funktionsumfang muss das Produkt selbstverständlich jene Aufgaben erledigen, die zur Realisierung der Applikation erforderlich sind und nicht in die Cloud ausgelagert werden sollen oder können. Damit sind nun alle Rahmenbedingungen geklärt.

Sie haben ein Geschäftsmodell aufgestellt, wissen genau welche Applikation/Nutzen Sie Ihren Kunden bieten wollen, haben den Funktionsumfang der Cloud festgelegt, die optimale Übertragungstechnologie ausgewählt und die Eigenschaften Ihres Produktes definiert. Nun können Sie sich mit der Umsetzung Ihres Projektes befassen. Aber auch hier lauern einige Fallstricke und es besteht die Gefahr sich in eine Sackgasse hineinzumanövrieren.

Einige der Knackpunkte wie die Verteilung der Intelligenz oder die Bedeutung von Softwareupdates wurden bereits angesprochen. Der Artikel “Online ist nicht immer die beste Alternative” gibt 6 hilfreiche Tipps wie Sie mögliche Stolpersteine bei der Umsetzung eines IoT- oder M2M-Projekt gekonnt umschiffen.

Setzen Sie auf einen kompetenten Partner

Wie Sie der vorangegangenen Erläuterung entnehmen können, erfordert ein derartiges Projekt ein breites Spektrum an Fähigkeiten und Expertisen.

Microtronics & Stefan Partner - ihr kompetenter Partner

Es empfiehlt sich daher eine Technologieplattform einzusetzen, die alle nicht unmittelbar mit der eigentlichen Applikation zusammenhängenden Themen (z.B. Übermittlung, Archivierung und Verwaltung der Daten) abdeckt und bei den applikationsspezifischen Entscheidungen (z.B. Verteilung der Intelligenz) eine einfache Implementierung der verfügbaren Optionen ermöglicht.

Dies gestattet es Ihnen sich ausschließlich auf die Erarbeitung Ihrer Applikation, das heißt auf Ihre Kernkompetenz, zu konzentrieren. Wenn Sie als Schriftsteller einen spannenden neuen Roman schreiben wollen, beginnen Sie auch nicht damit zuerst ein Textverarbeitungsprogramm zu schreiben oder etwas in der Zeit zurückversetzt mit der Konstruktion einer Schreibmaschine. Der Einsatz einer bewährten Technologieplattform birgt zudem Vorteile in Bezug auf Kosten, Qualität, Zuverlässigkeit und Entwicklungszeit. Microtronics stellt Ihnen mit dem rapidM2M Ökosystem einen kompletten Werkzeugkasten für die Entwicklung Ihrer individuellen IoT- oder M2M-Applikation zur Verfügung.

Bewährte Gesamtlösung mit genügend Flexibilität

Das rapidM2M Ökosystem deckt alle drei Ebenen (“Produkt”, “Konnektivität” und “Cloud”) der erforderlichen technologischen Infrastruktur ab und lässt Ihnen genügend Spielraum für spezifische Anpassungen. Bezogen auf die Cloud bedeutet dies, dass bereits grundlegende Aufgaben wie Archivierung, Verwaltung und Darstellung der Daten und Konfigurationen, Managen der Geräte, Over-the-air Softwareupdates, Benutzerverwaltung und vieles mehr ohne zusätzliche Aufwände durch das System abgedeckt sind. Dank der REST API können Sie zudem eine individuelle Smartphone App oder ein eigenes Webinterface gestalten.

Bei der Konnektivität stehen alle aktuellen Übertragungstechnologien angefangen von Mobilfunkt (2G/3G/LTE Cat M1) über LoRa und WiFi bis hin zu Bluetooth Low Energie (BLE) zur Wahl.

Die vier Hardwareplattformen für einen schnellen Start

Auf Produktebene stehen Ihnen vier unterschiedliche Hardwareplattformen zur Verfügung. Bei zwei von ihnen handelt es sich um Kommunikationsmodule mit einer Vielzahl an Mikrocontroller Schnittstellen, die für die Integration in bestehende Produkte bzw. die Implementierung in neue Gerätedesigns gedacht sind. Die restlichen beiden stellen eigenständige Produkte dar, die Sie nur mehr per Kabel bzw. Bluetooth Low Energie (BLE) mit Ihren Sensoren oder Geräten verbinden müssen.

IoT Applikation - so könnte es funktionieren

Allen gemein ist, dass sie über ein Basis-Betriebssystem verfügen, welches bereits die grundlegenden Aufgaben wie Ablage der Messdaten, Synchronisation der Messdaten und Konfigurationen mit der Cloud, Empfang und Installation von Softwareupdates und vieles mehr abdeckt. Dank der zusätzlichen Programmierbarkeit (PAWN-Script, eine C-ähnliche Skriptsprache) bleiben die Hardwareplattformen jedoch vollständig flexibel und können an die Anforderungen Ihrer Applikation angepasst werden. So können Sie beispielsweise ein spezifisches Sensorprotokoll per Script implementieren und sich für die grundlegenden Funktionen auf das Basis-Betriebssystem verlassen. Die folgende Tabelle enthält eine Gegenüberstellung der vier Hardwareplattformen. Nähere Details finden Sie in den jeweiligen Benutzerhandbüchern.

rapidM2M M22xrapidM2M M3myDatalogEASY V3BLE Gateway
rapidM2M M220rapidM2M M3myDatalogEASY V3BLE Gateway
Eingänge
  • 2 x analog oder digital
  • 4 x analog oder digital
  • 1 x PT100/1000
Serielle Schnittstelle:
  • 2 x UART
  • 1 x SPI (Master)
  • 1 x I2C (Master)
  • 2 x UART
  • 1 x SPI (Master)
  • 1 x I2C (Master)
  • 1 x RS232
  • 1 x RS485
I/O-Leitungen:
  • 6 x GPIO
  • 2 x Interrupt-Eingänge
  • 6 x GPIO
  • 1 x potentialfreier Schaltkontakt
  • 1 x schaltbar 3,3V
  • 1 x schaltbare, auswählbare Sensorversorgung
drahtlose Schnittstellen1)WiFi (optional)Bluetooth LEBluetooth LE
Datenübertragung:2)2G, 3G, LTE Cat M1, WiFi2G2G, 3G2G/3G EU, Bluetooth LE
integrierter SIM-ChipJaJaJaJa
SIM-Slot:OptionalNeinOptionalNein
Schutzart:IP66IP67
Ex-Zulassung:Zone1
Beispiele & TutorialsJaJaJaJa

1) Für Verbindung zu Sensoren oder Geräten
2) Uplink zur Cloud

Punkto Security sind Sie mit dem rapidM2M Ökosystem bereits bestens gegen die Bedrohungen unserer Zeit gewappnet. So zählen beispielsweise “Ende-zu-Ende” Verschlüsselung sowie lokale und serverseitige Authentifizierung zu den Standardfunktionen des Systems.

Wir lassen Sie nicht im Regen stehen

Microtronics stellt Ihnen aber nicht nur den “Werkzeugkasten” zur Verfügung, sondern bieten Ihnen auch an sie während des gesamten Prozesses von der Idee bis zum marktreifen Produkt zu begleiten. Dieser Prozess umfasst die Konzeption, die Erstellung eines Proof of Concepts (d.h. eines Funktionsprototypens), die Produktion einer Pilotserie und die Weiterentwicklung zum marktreifen Produkt. Starten Sie mit einem kostenlosen IoT Coffee um grob die gemeinsamen Möglichkeiten abzustecken und sich auf Basis unserer bereits umgesetzten Projekte neue Ideen oder Anregungen zu holen.

Microtronics lässt Sie nicht im Regen stehen

Haben Sie bereits sehr konkrete Vorstellungen von Ihrer Applikation und sind Sie von der Eignung der Technologieplattform für Ihre Zwecke überzeugt, starten Sie direkt mit einem intensiven, eintägigen Discovery-Workshop. In diesem kostenpflichtigen Workshop werden die eingangs angesprochenen Punkte der Reihe nach anhand Ihrer konkreten Idee durchgearbeitet. Technische Experten geben zusätzliche Unterstützung. Das Ergebnis des Discovery-Workshops ist ein fertiges Konzept für die Erstellung eines ersten Proof of Concepts bzw. Funktionsprototypen inklusive einer Umsetzungsgarantie von Microtronics.

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