IoT und NFC Offline und Online vernetzen sich

Autor / Redakteur: Klaus Dargahi* / Ines Stotz

Trotz wachsender Digitalisierung besitzen etwa 99 Prozent der physischen Objekte in unserer Umwelt keinen direkten Zugang zu einem Online-Netzwerk. Jedoch eine Technologie kann das schnell ändern: NFC. Denn die meisten Menschen tragen in unserer Gesellschaft sowieso ein internetfähiges Endgerät mit sich herum, das Smartphone.

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Grundprinzip des Internet of Things (IoT) ist die konsequente Vernetzung und damit Kommunikation zwischen Maschinen, Objekten und Menschen.
Grundprinzip des Internet of Things (IoT) ist die konsequente Vernetzung und damit Kommunikation zwischen Maschinen, Objekten und Menschen.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Um das IoT zu realisieren, ist die Kombination von NFC-Transponder, Smartphone und Smart-Cloud-Lösung ein einfacher, schnell umzusetzender und kostengünstiger Ansatz. Man stützt sich hierbei auf Internet-, App- und Mobilfunkstandards die schon lange weit verbreitet und normiert sind. Jedes Objekt erhält mit Hilfe von NFC-Transpondern eine virtuelle Repräsentation die es z.B. ermöglicht Wartungszyklen, Rückrufaktionen oder Veränderungen in den Bedienungshinweisen von Offline-Maschinen auszulesen. Ebenso lassen sich Sensordaten einer Offline-Maschine einsammeln, per NFC (Nahfeldkommunikation) an das Smartphone übertragen und von dort aus ins Hintergrundsystem synchronisieren.

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Das IoT Konzept und die NFC-Technologie

The Connected Community: Mit der Verbreitung von mobilen Endgeräten ist die Vernetzung unserer Gesellschaft rapide angestiegen. Durch das IoT wird diese Tendenz exponentiell verstärkt.
The Connected Community: Mit der Verbreitung von mobilen Endgeräten ist die Vernetzung unserer Gesellschaft rapide angestiegen. Durch das IoT wird diese Tendenz exponentiell verstärkt.
(Bild: IDC, Ericsson, Goldmann Sachs)

Grundprinzip des Internet of Things (IoT) ist die konsequente Vernetzung und damit Kommunikation zwischen Maschinen, Objekten und Menschen. Voraussetzung hierfür ist die Fähigkeit von Dingen, Informationen zu tragen und weitergeben zu können. Ziel ist eine nachhaltige Steigerung der Produktivität und Effizienz durch den digitalen Informationsaustausch. Daraus ergeben sich zwingende Rahmenbedingungen für das IoT:

Online Connectivity: Maschinen und Objekte müssen eine digitale Schnittstelle besitzen über die sie kommunizieren können. Unverzichtbar ist hierbei, dass alle relevanten Informationen via Internet weitergegeben und abgerufen werden können.

Interoperability: Schnittstellen und Datenformate müssen standardisiert sein. Genauso müssen die gesammelten Informationen mit den (bestehenden) Hintergrund-Systemen kompatibel sein.

Usability: Das IoT Konzept geht nur auf, wenn die Interaktion mit Objekten und Maschinen für den Menschen mühelos ist.

Instant Interaction: Die Kommunikation muss in Echtzeit erfolgen können und auch direkt weiterverarbeitet werden können.

Die Implementierung der NFC-Technologie kann diese Grundanforderungen mühelos erfüllen und bietet zudem drei entscheidende Vorteile gegenüber anderen IoT Enablern:

1. Cost Efficiency: Die Implementierung von NFC-Systemen ist wesentlich kostengünstiger als konkurrierende Technologien. Zum einen weil NFC-Transponder selbst im Vergleich zu beispielsweise Bluetooth-Sendern günstiger sind. Zum anderen weil auch die Lesegeräte wie Smartphones, Tablets oder spezialisierte industrielle NFC-Smartphones wesentlich geringere Investitionen erfordern als industrielle RFID-Lesegeräte.

2. Mobility: Das Auslesen mit Smartphones ermöglicht eine barrierefreie Nutzung von NFC. Unbestritten wächst weltweit die Zahl der Smartphone-Besitzer täglich und es wird der primäre Zugang zu mobilem Internet bleiben. Damit ist eine wesentliche Hürde (Online Connectivity) zur Implementierung des IoT Konzepts mittels NFC per se schon überwunden. Interessant ist in diesem Zusammenhang grundsätzlich das BYOD-Konzept (Bring-your-own-device).

3. Effortless Usability: NFC-Tags lassen sich mühelos durchs „tappen“ bzw. ranhalten des Lesegeräts auslesen. Die vergleichsweise umständliche optische Erfassung, etwa von Barcodes, erübrigt sich damit. Die Mensch-Maschinen-Kommunikation wird vereinfacht.

Smart-Factories und Smart-Maintenance mittels NFC Industrial Transpondern

Smart Factories als Konsequenz aus dem IoT-Konzept sind in Deutschland schon lange ein zentrales Thema im Zuge des Wandels hin zur Industrie 4.0. Hierfür müssen intelligente Technologien, die jetzt schon zur Verfügung stehen, zielgenau in den Wertschöpfungsprozess implementiert werden. Das hat besondere ökonomische Relevanz bei sich wiederholenden arbeitszeitintensiven Prozessen und Abläufen. Hierzu gehören ebenso alle kontroll- und wartungsaufwändige Prozesse, schließlich sind diese prädestiniert um sie durch intelligente Technologien nachhaltig effizienter zu gestalten. In diesem Zusammenhang spricht man von Smart-Maintenance.

Alleine die Instandhaltungsaufwendungen für Sachanlagen, Wohnungswirtschaft, private Haushalte und Kraftfahrzeuge betragen in Deutschland laut VDI jährlich rund 255 Mrd. Euro. Der VDI geht sogar davon aus, dass die indirekten Instandhaltungskosten drei bis fünf Mal so hoch sind. Im Rahmen einer Studie zum ökonomischen Wert des IoT-Konzepts schätzt McKinsey das Potential der Kosteneinsparungen durch die Mensch-Maschinen-Vernetzung bei Wartungsprozessen als besonders hoch ein.

Eine große Rolle spielen hierbei auch die Einsparungen durch präventive Wartung: Man geht davon aus, dass die Qualität mit Hilfe von intelligenten Technologien stark ansteigt und damit Reparaturkosten sinken sowie Ausfälle in Wertschöpfungsprozessen minimiert werden. Ein perfektes Feld für die NFC-Technologie – wegen ihrer einfachen, kostengünstigen Implementierung und hohen Usability.

Entscheidend für die erfolgreiche Einbindung ist dabei die exakte Kenntnis der Rahmen- und Einsatzbedingungen. Bei der Auswahl der Systemkomponenten ist zudem das Umfeld der Transponder zu berücksichtigen, welche Lesereichweiten benötigt werden und welchen Umwelteinflüssen sie ausgesetzt sind. Gerade in Produktionsprozessen müssen sie oft widerstandsfähig gegenüber chemischen Substanzen wie Laugen, Säuren und Fetten sein. Auch Nässe, Schmutz und hohe Temperaturen sind wichtige Parameter.

Funktionsweise der valide Identifikation aller Maschinen und Objekte mittels NFC-Technologie

Ein erheblicher Mehrwert von NFC-Transpondern ist, dass diese durch ihre Chip-UID (Unique Identity) weltweit eindeutig und unveränderbar identifizierbar sind. In der NFC-Spezifikation sind zudem Standardspeicherinhalte normiert wie Webadressen (URL) oder Textdaten. Eine auf dem Transponder gespeicherte URL wird vom Smartphone interpretiert indem diese Webadresse direkt im mobilen Internetbrowser aufgerufen wird. Die Kombination dieser beiden Features ermöglicht besonders interessante Applikationen.

Der NFC-Chip kann beispielsweise so kodiert werden, dass die URL aus einem statischen und einem dynamischer Teil besteht. Der statische ist z.B. www.smart-TEC.com und der dynamische die UID. Damit wird erreicht, dass beim Abruf der URL im Browser vom Webserver automatisch eine individualisierte Website aufrufbar ist.

NFC-Transponder erobern die Bahn

Sämtliche Wartungs- und Serviceprozesse lassen sich mit Hilfe von NFC-Transpondern und Smartphone-App mühelos zeit- und kosteneffizienter gestalten. Sind sie doch bisher meist durch schier endlosen Papierkrieg begleitet und auch weil ein lückenloser Nachweis aller Prozesse zwingend erforderlich ist. Mit NFC wird die Übermittlung des Wartungsstatus und die Dokumentation enorm vereinfacht und das Papier komplett ersetzt.

Derzeit werden deutschlandweit zur Wartung von Fernzügen NFC-Transponder von Smart-TEC eingesetzt um den Zeitaufwand zu minimieren und eine valide Dokumentation des Wartungsprozesses zu gewährleisten. Dessen umfassende Digitalisierung setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

Industrietaugliche NFC-Transponder gewährleisten die eindeutige Identifikation jedes Wassertanks. Die schlagfesten Bauteile sind sowohl witterungs- als auch laugenbeständig. Ausgelesen werden sie mittels handelsüblicher Android Smartphones als Lesegeräte, kombiniert mit einer spezifischen Wartungs-App. Dadurch wird eine Real-time-Wartungsdokumentation und Datenbanksynchronisation über das Smartphone ermöglicht. Auch erfolgt eine automatisierte Erstellung von Instandhaltungsaufträgen um entdeckte Problemstellen zu beheben. Zusätzlich wird durch das Einchecken am NFC-Transponder auch noch sichergestellt, dass das Servicepersonal tatsächlich Vorort war.

Quellen:

1. acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften: Smart Maintenance for Smart Factories; Mit intelligenter Instandhaltung die Industrie 4.0 varantreiben, Oktober 2015, München

2. McKinsey Global Institute: The Internet of Things: Mapping the value beyond the Hype, McKinsey&Company, June 2015, New York

3. VDI Gesellschaft Produktion und Logistik: Instandhaltungsaufwand in Deutschland, 2009

* Klaus Dargahi, Geschäftsführer Smart-TEC GmbH & Co. KG

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