Wie das Internet der Dinge die Logistik auf den Kopf stellt

Woran arbeiten Sie aktuell am Institut für Mobile und Verteilte Systeme der FHNW?

Thomas Amberg: In der Lehre liegt mein Fokus auf dem neuen Modul "IoT Engineering". Informatikstudierende im Bachelor-Studiengang lernen dort Internet-der-Dinge-Systeme und mit dem Internet verbundene Produkte "vom Sensor zur Cloud" kennen und umzusetzen, inklusive die Inte­gration in Umsysteme. Daneben betreue ich Studierendenprojekte zu aktuellen IoT-Themen wie MQTT, ein Messaging-Protokoll, Lora-WAN, ein Langstrecken-Datenfunk, und "smarte" Kameras. Die Use-Cases und Fragestellungen dazu kommen direkt aus der Industrie, oft handelt es sich um erste Proof-of-Concept-Projekte. Für unsere Partnerfirmen ist ein solches Projekt auch eine gute Gelegenheit, Studierende von sich zu begeistern. Mein zweiter Schwerpunkt ist die "angewandte Forschung" im Rahmen von Innovationsprojekten.

Worum geht es dabei?

Innosuisse – ehemals KTI – unterstützt dabei Projekte, die eine nachhaltige Wertschöpfung in der Schweiz versprechen – Innovation durch neue wissenschaftliche und wirtschaftliche Ansätze. Konkret arbeiten wir gerade an einem Industrie-4.0-Projekt, das die präventive Wartung von Elektromotoren mit nicht-invasiver Sensorik und lokaler Vorverarbeitung von Messdaten auf "Edge Devices" verknüpft. Die Partnerfirma ist auf Instandhaltung spezialisiert. Wir von der FHNW bringen Know-how in den Bereichen Cloud-Anbindung, IoT-Software-Architektur und Machine Learning ein. So entstehen ein gegenseitiger Wissenstransfer und ein potenzieller Marktvorteil für die Partnerfirma.

Vom Internet der Dinge sprechen viele – Forscher, IT-Hersteller und Marketingabteilungen. Was bedeutet dieser Begriff für Sie?

IoT heisst für mich: Software dringt in die reale Welt vor. Physische Dinge bekommen ein Web-API. Als Software­ingenieur interessiert mich diese Verschmelzung von Internet und physischer Welt. Natürlich gibt es auch die umgekehrte Perspektive, dass Geräte durch IoT ein Abbild in der "virtuellen Welt" bekommen. Eine mit dem Internet verbundene Personenwaage misst beispielsweise nicht nur mein Gewicht, sondern einen zeitlichen Verlauf. Trends werden sichtbar. Für komplexere Maschinen kann ein "digitaler Zwilling" helfen, Parameter-Änderungen vor einer Umstellung zu simulieren, am "echten" virtuellen Modell. Durch IoT werden Produkte zu Services, Hersteller sind näher beim Kunden denn je. Dadurch steigt der Bedarf an robusten, skalierbaren und managebaren Lösungen in den Bereichen Embedded und Cloud-Software.

Das Interview mit Thomas Amberg ist Teil des IoT-Schwerpunkts der Netzwoche-Ausgabe Nummer 5. Alle Inhalte des Hefts finden Sie hier.

Was fasziniert Sie am Thema IoT besonders?

Ein Thema, das mich speziell fasziniert, ist der Einsatz von Kameras als Sensoren. Computer beginnen, Bilder zu verstehen. Deep-Learning-Algorithmen, beziehungsweise trainierte Modelle, laufen inzwischen auch auf erstaunlich kleinen Kameras, mit eingebetteten KI-Prozessoren. Günstige Objekt-Kategorisierung und -erkennung ermöglicht interessante neue Anwendungen. Das Auto merkt, dass ich am Steuer einschlafe. Der Supermarkt kann mir beim Einkaufen zuschauen und automatisch abrechnen, sobald ich den Laden verlasse, wie beim Amazon Go Store. Natürlich ist es dabei auch wichtig, die Privatsphäre von Personen zu schützen. Was "Privacy by Design" für mit dem Internet verbundene Produkte bedeutet, versuchen wir mit der Community-Initiative Betteriot.org herauszufinden. Das Resultat ist eine Sammlung von Prinzipien, die Hersteller von "guten" IoT-Produkten beachten sollten.

Wo stehen wir Anfang 2019 auf dem Weg zu einem Netz, das alle Dinge verbindet?

Vor fünf Jahren herrschten proprietäre "Silos" vor, heute sieht man im Consumer-Bereich Ökosysteme wie Homekit von Apple, die regelbasierte Plattform IFTTT oder die Amazon-Echo-Sprachsteuerung. Integrierbarkeit in bestehende Ökosysteme wird wichtiger als eine eigene Plattform. Vor allem für KMUs ist das eine positive Entwicklung.

Können Sie dafür ein Beispiel nennen?

Philips Hue ist ein gutes Beispiel dafür, wie ein einfaches Web-API die Einbindung in verschiedenste bestehende Plattformen ermöglicht. Das erkennen auch Hersteller von medizinischen Geräten. Wenn mein Injektor am Internet ist, kann ich einfach Alexa fragen, ob ich mein Medikament heute schon genommen habe. Ist ein Hörgerät in IFTTT integriert, kann es den Eltern ein SMS senden, wenn das Kind neue Batterien braucht. In der Industrie sehen wir vermehrt Projekte mit standardisierten Informationsmodellen wie OPC-UA und Standardprotokollen wie MQTT oder AMQP. Interessengemeinschaften wie "Industrie 2025" oder die "Swiss BuildTec Alliance" bringen IoT-Technologien auch in Branchen, die bisher eher zurückhaltend waren. Ob eine Vernetzung "aller" Dinge untereinander sinnvoll ist, steht meiner Meinung nach noch aus. Im Gegensatz zu sozialen Netzwerken, wo Netzwerkeffekte über Gedeih und Verderb von Plattformen entscheiden, scheint es bei IoT auch jetzt schon, mit Branchen- oder Use-Case-spezifischen Plattformen, sehr viel Potenzial zu geben. Andererseits kann es sein, dass die Menge an verfügbaren Informationen letztlich doch ausschlaggebend ist. Google weiss jetzt schon mehr über viele Städte, als mancher "Smart City"-Bürgermeister.

Die Logistik ist ein Feld, in der IoT-Lösungen viele Vorteile wie Tracking, Temperatursensoren, Drohnen etc. versprechen. Wo kommt die Technologie heute schon zum Einsatz?

Ein Vorteil von IoT in der Logistik ist Transparenz. Wenn ich dank GPS und Internet weiss, wo ein Fahrzeug gerade ist, kann ich Entscheidungen in Echtzeit treffen. Wir sehen es im Alltag: wann kommt mein Paket an, wo ist mein Taxi, wie lange dauert der Stau? Diese Fragen lassen sich heute viel einfacher und genauer beantworten als noch vor ein paar Jahren. Sensoren helfen auch dabei, Transportbedingungen lückenlos zu erfassen. Die Zürcher Firma Modum io nutzt zum Beispiel vernetzte Temperatursensoren, um sicherzustellen, dass die Kühlkette bei Pharma-Lieferungen intakt bleibt. Automatisierung und Vernetzung steigert auch die Effizienz. Wenn Lagergestelle auf Roboterrollen zum Kommissionierer kommen, muss das Lager nicht mehr systematisch geordnet sein. Den Robotern in den riesigen Versandhallen von Amazon ist es egal, ob die Gestelle alphabetisch geordnet sind oder nicht. "Chaotische" Lagerhaltung wird möglich, die nicht auf Menschen optimiert sein muss. Das System sieht natürlich nur für uns chaotisch aus, für Maschinen bleibt es lesbar. Leerräume werden vermieden, Artikel fliessen schneller rein und raus.

Wo sehen Sie in der Logistik das grösste Potenzial für IoT-Lösungen?

Mit der Verfügbarkeit von Langstrecken-Datenfunknetzen wie Lora-WAN, Sigfox oder NB-IoT wird es zunehmend möglich, durch Triangulation auch weniger teure oder kritische Dinge zu tracken. Stras­senschilder, Baulampen und deren Batteriestand, Bohrmaschinen oder Gullideckel. Die Positionierung ist einiges ungenauer als mit GPS, aber um zu wissen, auf welcher Baustelle ich etwas vergessen habe, reichen auch ein paar hundert Meter Genauigkeit. Das grösste Potenzial würde ich aber bei der Auswertung von Daten sehen. Die Chancen sind gut, dass Machine-Learning-Ansätze auch für Laien einfacher bedienbar werden. Schon heute bieten die grossen IoT-Plattformen solche Algorithmen und vortrainierte Modelle als "building Blocks" für massgeschneiderte Lösungen an.

Wenn ein Unternehmen eine IoT-Lösung einführen möchte, was raten Sie ihm?

Fangen Sie klein an, starten Sie mit Prototypen, nutzen Sie bestehende Hardware- und Softwareplattformen. Finden Sie heraus, ob und wie ihr Produkt in neue Ökosysteme integriert werden kann. Idealerweise haben auch Pilotversuche schon den Segen des höheren Managements, sonst stösst man schnell an organisatorische Grenzen. Ist eine Idee mal validiert, werden Fragen zu Hardware-Produkt-Entwicklung oder der Entwurf einer skalierbaren Softwarearchitektur relevant.

Was sind die grössten Herausforderungen und Risiken?

Eine Frage ist sicher, ob das Arbeiten in einer vernetzten Welt schlimmer oder angenehmer wird als sie heute ist. Wenn jede Aktion eine virtuelle Spur hinterlässt, kann die Leistung einzelner Mitarbeiter aber nicht nur überwacht, sondern auch besser anerkannt werden. Am Steuer eines LKWs, wo bisher nur die rechtzeitige Lieferung zählt, könnte zum Beispiel auch das Einhalten von Geschwindigkeitsbeschränkungen oder ökonomisches Fahrverhalten belohnt werden. Bei der Telemetrie des Fahrzeugs stellt sich die Frage, wem die Daten gehören. LKW-Hersteller haben ein Interesse daran, zu lernen, wie sich ein Motor verhält, oder frühzeitig zu warnen, wenn sich eine Anomalie zeigt. Hersteller versuchen auch, den Zugang zu diesen Daten zu verkaufen. Für Besitzer eines Fahrzeugs ist das unter Umständen nicht ganz einsichtig. Wieso sollte ich bezahlen müssen für Daten, die mein Fahrzeug produziert? Es gibt deshalb zahlreiche Do-it-Yourself-Kits, um solche Daten selbst von der Datenschnittstelle im Fahrzeug, dem CAN Bus, abzugreifen. Noch hat man in vielen Ländern das "Recht zu reparieren". Aber der Begriff "Besitz" wird auch aufgeweicht, wenn ohne Verbindung zur Hersteller-Cloud nichts mehr funktioniert. Es kann gut sein, dass sich letztlich die Gerichte damit auseinandersetzen müssen.

Wie ist die Schweiz beim globalen Wettlauf um IoT-Technologien aufgestellt?

Motoren von Maxxon sind im Mars Rover, einem vernetzten Roboter, extremen Bedingungen ausgesetzt. GPS-Sensoren und Datenfunkmodule von Ublox sind in zahlreichen mit dem Internet verbundenen Produkten verbaut. Von Sensirion kommen Hightech-Temperatur-Sensoren, von Start-ups wie Avrios und Bestmile kommt ein innovatives Flottenmanagement. Die ETH bringt zahlreiche Drohnen- und Roboter-Start-ups hervor, und die EPFL bringt, etwa mit den AMLDays, Machine-Learning in Firmen und unter die Leute. Engineeringfirmen wie Decentlab, Miromico oder Art of Technology bauen seit Jahren zuverlässige Sensoren und innovative IoT-Hardware. Und bei The Things Network, einer Open-Source-Lora-WAN-Infrastruktur, ist die Schweizer Community ganz vorne mit dabei.

Braucht es Regeln, damit Datenschutz und Cybersicherheit im Internet der Dinge gewährleistet sind? Wie könnten diese aussehen?

Wenn Software Dinge steuert, haben Cyberangriffe reale Konsequenzen. Wie die Ransomware, die kürzlich einen ganzen Frachthafen lahmlegte. Umgekehrt können physische Produkte zur Quelle von Cyberangriffen werden, wie es beim Mirai Botnet der Fall gewesen ist. Dort haben tausende schlecht geschützter mit dem Internet verbundener Geräte wie Printer und Webcams eine grosse DDoS-Attacke ermöglicht. Da weder die Hersteller noch die Konsumenten einen Anreiz haben, rufen Experten wie Bruce Schneier nach Regulationen. Damit sollen die Hersteller zu besserer Sicherheit verpflichtet werden. Beispiele für Richtlinien sind die "Baseline Security Recommendations for IoT" der Enisa, einer EU-Behörde, der "Code of Practice for Consumer IoT Security" von Gov.uk oder neue Gesetze wie der "IOT Consumer TIPS Act" in den USA.