M2M-Kommunikation: Prozessoptimierung durch vernetzte Maschinen

M2M ist als Komponente des Internet of Things essentieller Bestandteil der Digitalisierung von Betriebsprozessen. Das gilt nicht nur für Produktion und Vertrieb, sondern auch für viele andere Bereiche.

M2M Kommunikation

M2M-Kommunikation bietet Unternehmen erhebliche Produktivitätspotenziale. Durch den automatisierten Datenaustausch direkt zwischen Maschinen können Kosten reduziert, Abläufe beschleunigt und Fehlerquoten minimiert werden. Dieser Beitrag erklärt, was M2M-Kommunikation ist und welche konkreten Anwendungen und Vorteile für verschiedene Branchen gibt.

Ihr wöchentliches Update zur Finanzbranche!

Erhalten Sie jede Woche die aktuellsten Meldungen zur Finanzwelt sowie exklusive Tipps und Tricks rund um das Thema Unternehmen und Finanzierung – kostenlos.

Ja! Ich möchte den FinCompare Newsletter erhalten.

Die Hinweise zum Datenschutz habe ich gelesen

Zusätzliche Information

Was versteht man unter „Machine-to-Machine“

Machine-to-Machine (M2M) bezeichnet den Informationsaustausch zwischen zwei Geräten. Dies spielt z.B. in Produktionsungebungen oder automatisierten Lagersystemen, aber auch in der Bürokommunikation eine immer größere Rolle. M2M ermöglicht es, einzelne Arbeitsschritte geräteübergreifend zu verketten. Dadurch spart man Zeit, reduziert Ausfallzeiten durch effektives Reparatur- und Ressourcenmanagement und vermeidet u.A. Fehler durch manuelle Übertragung. Geräte melden eigenständig Defekte oder fehlende Bestückung, übertragen erstellte Daten untereinander und stoßen sich gegenseitig zu Arbeitsschritten an. Am Ende steigert dies die Produktivität und Effizienz.

M2M-Kommunikation: Wenn Maschinen mit Maschinen reden

M2M-Kommunikation gilt als einer der Megatrends im Kontext von Industrie 4.0. Bei M2M-Kommunikation werden verschiedene Geräte via Internet miteinander verbunden. Die Maschinen können dadurch miteinander kommunizieren und entwickeln so eine Art Intelligenz. Prozesse können aufeinander abgestimmt und dadurch optimiert werden. M2M-Kommunikation ermöglicht neben einer höheren Produktivität und niedrigeren Kosten auch individuelle Produktlösungen und damit eine höhere Kundenzufriedenheit.

M2M-Kommunikation – Was ist der Unterschied zwischen IoT und Lampe?

M2M-Kommunikation bezeichnet einen automatisch erfolgenden Informationsaustausch zwischen verschiedenen Geräten wie Maschinen, Robotern, Computern, Fahrzeugen, Drohnen etc. Häufig wird der Begriff als Synonym für das Internet der Dinge genannt. Diese Darstellung stimmt jedoch nicht ganz. Im Internet der Dinge sind eindeutig identifizierbare Objekte (Dinge) in einer internetähnlichen Struktur miteinander vernetzt. Die miteinander vernetzten Dinge sind dabei typischerweise nah beieinander. Dies gilt zum Beispiel für die Smart Factory. Bei M2M-Kommunikation geht es vielmehr um die Übertragung von Daten über größere Distanzen.

Ein klassisches Beispiel für M2M-Kommunikation sind Verkaufsautomaten zum Beispiel für Bahntickets. Diese Automaten drucken nach Bezahlung papierhafte Tickets aus. Die Automaten benötigen somit regelmäßig neues Papier und neuen Toner. Eine typische M2M-Anwendung ist die automatisierte Benachrichtigung einer Zentrale durch den Automaten bei absehbar ausgehendem Papier oder Toner. Dadurch entfällt der Kontrollgang eines Mitarbeiters zur Prüfung des Papier- und Tonerstands. Der Mitarbeiter wird automatisch informiert, wenn es an der Zeit ist, neu aufzufüllen.

M2M erhöht ermöglicht dadurch eine Kostensenkung. Es gibt jedoch noch weitere Vorteile. Der Automat kann auch selbstständig melden, wenn er defekt ist. Dadurch fällt ein defekter Automat sofort auf und kann repariert werden. Dies minimiert Ausfallzeiten und erhöht dadurch die Produktivität. M2M ist im Grundsatz keine neue Anwendung. Früher wurden z. B. Daten von Wetterstationen automatisch an eine Zentrale versandt. Dadurch entfiel der Aufwand des Ablesens. Heute benutzt M2M-Kommunikation die Mobilfunknetze oder WLAN zur Datenübertragung. Zwischen M2M-Kommunikation und dem Internet der Dinge gibt es allerdings auch einige Überschneidungen. In beiden Fällen geht es darum, durch automatisierte Datenübertragung Prozesse zu beschleunigen, zu vereinfachen, die Kosten zu senken etc.

Smart Farming: Vorteile von M2M-Kommunikation in der Landwirtschaft

M2M-Kommunikation kommt in vielen Branchen zum Einsatz – eine davon ist die Landwirtschaft. Die Landwirtschaft hat in den vergangenen Jahrzehnten eine erhebliche Entwicklung hin zum Hightech-Segment durchlaufen. In kaum einer anderen Branche wurden seit dem Ende des Zweiten Weltkriegs so hohe Produktivitätsgewinne erzielt. Jeder kennt die Bilder von Erntemaschinen im mittleren Westen der USA. Diese werden mittels GPS gesteuert und sind zum Teil fahrerlos mehrere Tage und Nächte am Stück unterwegs. Dadurch sinken die Erntekosten erheblich.

Erntemaschinen sind jedoch nicht das einzige, was die Landwirtschaft zu einer Branche mit hoher Produktivität macht. Es gibt Melkmaschinen, Sensoren für Feuchtigkeit direkt auf dem Acker, Drohnen mit Bilderkennung zur Unkrautbekämpfung und vieles mehr. Das Stichwort lautet: Smart Farming. Smart Farming ist ein Megatrend. Die wesentlichen Fakten sind bekannt. Die Weltbevölkerung wird innerhalb weniger Jahrzehnte um mehrere Milliarden auf 10 Milliarden Menschen anwachsen. Gleichzeitig wachsen in vielen Schwellenländern konsumfreudige Mittelschichten heran. Dadurch steigt der Bedarf an hochwertigen Nahrungsmitteln immer weiter an. Ackerland wird dadurch immer knapper. Die Ackerlandverknappung wird durch klimatische Veränderungen im schlimmsten Fall noch verstärkt.

Steigerung der Lebensmittelproduktion mithilfe der M2M-Komminukation

Smart Farming will die Lebensmittelproduktion pro Hektar erhöhen und dabei gleichzeitig weniger Ressourcen einsetzen. Dabei ist Smart Farming ein Paradebeispiel für M2M-Kommunikation. Bei dem Konzept werden diverse Inputs miteinander vernetzt. Dadurch entsteht auf einer Farm ein Internet der Dinge. Neben modernen Erntemaschinen mit Lenk- und Fahrsystemen, GPS und weiteren modernen Ausstattungsmerkmalen spielen insbesondere Sensoren eine wichtige Rolle beim Smart Farming.

Mit Sensoren können Landwirte den Boden und die Pflanzen automatisiert untersuchen. Dies ermöglicht Optimierungen bei Aussaat, Düngung und Bewässerung. Es ist heute möglich, mit Sensoren die Intensität des Blattgrüns zu messen. Anhand dieser Intensität lässt sich der Düngebedarf ermitteln. Der Vorteil: Landwirte müssen insgesamt weniger düngen und können dadurch ihre Kosten senken. Außerdem führt ein Rückgang der Düngung auch zu einem Rückgang der Grundwasserbelastung. Ein weiteres Beispiel: Drohnen können aus der Luft Schädlinge und Unkraut durch Bilderkennung frühzeitig identifizieren.

Dann kann umgehend das, für den jeweiligen Schädling, am besten geeignete Düngemittel punktuell dort eingesetzt werden, wo es benötigt wird. Dadurch entfällt eine vorsorgliche Aufbringung von Pflanzenschutzmitteln auf den gesamten Acker. Der Einsatz der Drohnentechnologie ermöglicht somit eine signifikante Verringerung des Einsatzes von Schädlingsbekämpfern.

Natürlich stellen die neuen Technologien auch neue Anforderungen an die Landwirte. In Zukunft dürfte es jedoch relativ leicht zu bedienende Cloudlösungen mit M2M-Kommunikation geben. Die auf dem Bauernhof erzeugten Daten werden in Zukunft via 5G an die Cloud übertragen und dort ausgewertet. Über die Cloud erfolgt auch die Steuerung der vernetzten Geräte wie Drohnen, Erntemaschinen, Melkrobotern etc.

Bauernverband fordert schnelles Internet

Voraussetzung für den durchschlagenden Erfolg von Smart Farming in Deutschland dürfte auch der rasche Ausbau des schnellen Internets gerade in ländlichen Regionen sein. Dies hat auch der Deutsche Bauernverband (DBV) erkannt. Im Januar 2018 gab es eine gemeinsame Diskussion des DBV mit dem Branchenverband Bitkom auf der „Grünen Woche“ in Berlin. Die beiden Verbände konstatierten Nachholbedarf bei der Digitalinfrastruktur des ländlichen Raumes.

Bernhard Krüsken, Generalsekretär des Deutschen Bauernverbandes (DBV), forderte:

Mit der fortschreitenden Digitalisierung aller Wirtschafts- und Lebensbereiche steigen die Anforderungen an die Netze von Tag zu Tag. Die Lücken beim Ausbau von leistungsfähigem Internet in ländlichen Räumen müssen deshalb schnellstmöglich geschlossen werden“.

Krüsken wies auf die Potenziale der Digitalisierung in der Landwirtschaft hin. Smart Farming ermögliche Produktivitätsgewinne und eine flexiblere Arbeitsgestaltung. Der Umgang mit Boden, Wasser und Luft könne umweltverträglicher gestaltet und das Tierwohl verbessert werden.

Bitkom-Hauptgeschäftsführer Dr. Bernhard Rohleder forderte ebenfalls den Ausbau von Digitalinfrastruktur und verwies die auf die Notwendigkeit zunehmender Digitalkompetenz in der Landwirtschaft:

Landwirtschaft 4.0 ist nur möglich, wenn digitale Technologien besser genutzt werden können. Dazu braucht es eine leistungsfähige Infrastruktur in den Regionen, moderne Technologien auf den Höfen und – vor allem – digitalkompetente Mitarbeiter in den landwirtschaftlichen Betrieben“.

Einer umfragegestützten Studie von Bitkom und DBV zufolge investierten bereits 2018 28 % der landwirtschaftlichen Betriebe gezielt in die Weiterbildung zu digitalen Kompetenzen. 32 % der Betriebe hatten mindestens einmal Beratungsdienstleistungen zu digitalen Technologien genutzt. Im März 2018 fand die erste Digital Farming Konferenz des Verbands Bitkom in Berlin statt. Geladen waren mehr als 150 Entscheider aus Landtechnikindustrie, Agrar- und Digitalwirtschaft, Politik und Wissenschaft. Diskutiert wurde über Precision Farming, Robotic, Sensorik und vernetzte Landwirtschaft.

Weitere Vorteile von Smart Farming

Smart Farming ist wie viele andere Bereiche der Digitalisierung auch ein globaler Trend. Speziell für die deutsche Landwirtschaft könnte Smart Farming jedoch besondere Vorteile bieten. Dies wäre jedenfalls dann der Fall, wenn sich durch die neuen Technologien ein anderer Zusammenhang zwischen der Größe eines Ackers und den Stückkosten der Produktion ergäbe. Ob dies der Fall sein wird, ist noch offen.

Deutsche Landwirte leiden im internationalen Vergleich unter den gewachsenen Strukturen der Landwirtschaft. In Deutschland gibt es keine endlosen Ackerflächen wie mittleren Westen der USA oder in Russland. Stattdessen befinden sich Felder stets in der Nähe von bewohnten Gebieten, Straßen und anderer Infrastruktur. Dies erschwert den Einsatz der produktivsten Landmaschinen und verteuert die Ernte.

Beispiel: M2M-Teledesk

Das Bundesland Nordrhein-Westfalen hat bereits vor geraumer Zeit ein M2M-Projekt für die Landwirtschaft gestartet. Das Projekt M2M-Teledesk wurde von der EU und dem Land Nordrhein-Westfalen mit insgesamt 1,1 Million EUR gefördert.

M2M-Teledesk vernetzt die Landmaschinen verschiedener Hersteller miteinander. Im laufenden Ernteprozess können diese Maschinen Daten austauschen und Abstimmungsvorgänge durchlaufen. Fahrer von Mähdreschern, Traktoren und Überladewagen sind so laufend über die Erntevorgänge informiert und können sich per Mobilfunk auszutauschen. Dadurch werden Wartezeiten verringert und der Ernteprozess optimiert.

M2M-Konfiguration: Die wichtigsten Schritte

Viele Landwirte, aber auch Unternehmer aus anderen Branchen fürchten die technischen Anforderungen im Bereich M2M-Kommunikation. Die Anbieter der Technologien sind jedoch bestrebt, möglichst einfache Lösungen zu entwickeln.

Ein Beispiel dafür sind GPS Empfänger. Diese ermöglichen es, Maschinen zentimetergenau zu orten. Die Anbieter der GPS Empfänger statten diese mit einer speziellen Software aus. Die Software überträgt Maschinendaten automatisch an einen Server. Meistens reicht es, das Modul mit Strom zu versorgen und eine aktive SIM-Karte einzulegen. Dann verbindet sich das Modul automatisch mit dem Server. Anwender können dann sofort auf eine webbasierte Benutzeroberfläche zurückgreifen und das Modul administrieren.

Der Mobilfunkdienstleister Vodafone bietet mittlerweile eine IoT Plattform an. Auf dieser können alle IoT Geräte verwaltet werden. Über die Plattform können Geräte ferngesteuert in Betrieb genommen, Updates durchgeführt und weitere Maßnahmen erledigt werden. Vodafone will damit die Anforderungen von Machine-to-Machine Geschäftsmodellen unterstützen. Inklusive sind zum Beispiel Echtzeitbenachrichtigungen beim Verlassen bestimmter Parameter und ein Diagnosedienst für Unterstützung bei Problemen.

Weitere Anwendungsgebiete von M2M-Kommunikation

Smart Farming ist ein sehr gutes Beispiel für die Potenziale der M2M-Kommunikation. Das Modell wird jedoch bereits heute in verschiedenen anderen Branchen eingesetzt. Dazu gehören Transportwesen, Gebäudetechnik, Verkaufsautomaten, Versorgungsunternehmen und Energietechnik, Sicherheitstechnik und vieles mehr.

Transportwesen

Das Potenzial von IoT und M2M-gilt im Transportwesen als besonders groß. Das Zusammenspiel von Servern, Computern und verschiedenen Robotern könnte Lieferprozesse erheblich beschleunigen. Ein Beispiel: Ein Endkunde bestellt via Internet ein Produkt. Die Bestellung wird über den Server entgegengenommen. Der Server informiert einen Roboter im Warenlager. Dieser entnimmt das bestellte Produkt und platziert es in einer Lieferdrohne. Diese beliefert automatisch den Endkunden.

Flottenmanagement, Telematik und Verkehrssysteme

Auch im Flottenmanagement kann M2M-Kommunikation die Produktivität erhöhen. Eine Spedition muss typischerweise eine Vielzahl verschiedener Fahrzeuge koordinieren. Dabei besteht in der Branche ein erheblicher Kostendruck. Sind die Fahrzeuge miteinander vernetzt, kann die Spedition jederzeit nachvollziehen, wo sich ein Fahrzeug befindet. Es ist dann möglich, den Fahrern durch ein automatisch ins Navigationsgerät eingespieltes Update kurzfristig Änderungen bei der Route mitzuteilen. Dies minimiert Leerfahrten und senkt so die Kosten.

M2M ist mit der Telematik verwandt. Besonders deutlich wird dies im Hinblick auf Verkehrssysteme. So können Wetterstationen Autos automatisch über Unwetter bzw. gefährliche Wetterverhältnisse informieren. Das Auto informiert anschließend den Fahrer und schlägt zum Beispiel eine Ausfallquote oder eine Geschwindigkeitsreduktion vor. Fahren Fahrzeuge eines Tages autonom, werden solche Vorschläge automatisch umgesetzt.

Gebäudetechnik

Smart Home ist ein Oberbegriff für den Einsatz von M2M-Kommunikation in der Gebäudetechnik. Dies beginnt bei Remote Thermostaten zur Optimierung der Heizkosten bis hin zur automatischen Bestellung eines Handwerkers durch das Gebäude. Gebäude können zum Beispiel Zukunft erkennen, wenn ein Schaden auftritt und diesen sofort melden.

Verkaufsautomaten/Vending

Verkaufsautomaten sind ein klassisches Anwendungsfeld von M2M-Kommunikation. Die Automaten informieren Betreiber nicht nur darüber, welche Waren nachgeliefert werden müssen. M2M-Kommunikation kann hier genutzt werden, um die Bestückung verschiedener Automaten durch einen Lkw mit einer optimierten Routenplanung zu verbessern.

Die Automaten können noch mehr. Es ist möglich, Ausfälle in Echtzeit zu melden. Außerdem können bestimmte Zustände durch Sensoren für Temperatur, Feuchtigkeit etc. die Qualität der verkauften Produkte sicherstellen.

Sicherheitstechnik, Alarmsysteme und Überwachung

M2M-Kommunikation kann auch in der Sicherheitstechnik eine bedeutende Rolle spielen. Alarmanlagen der ersten Generation lösten zum Beispiel aus, wenn eine Lichtschranke durchbrochen oder ein Bewegungsmelder aktiviert wurde. Alarmanlagen mit M2M-Technologie sind kabellos miteinander verbunden.

Jedes einzelne Gerät der Alarmanlage ist dabei mit einer SIM-Karte ausgestattet und kommunikationsfähig. Die verschiedenen Bestandteile der Alarmanlage können automatisiert miteinander kommunizieren. Dadurch wird der Schutz besser, wobei gleichzeitig Fehlalarme reduziert werden.

Gesundheitswesen und Medizintechnik

Auch im Gesundheitswesen und der Medizintechnik wird Machine-to-Machine Kommunikation eine wachsende Rolle spielen. Es gibt EKG Geräte, die während eines Krankentransports zum Krankenwagen wichtige Informationen an das nächstgelegene Krankenhaus übermitteln. Die dort agierenden Ärzte kennen dann bereits Puls, Blutzucker und Blutdruck des Patienten. Dadurch kann schneller mit der richtigen Behandlung begonnen werden.

Ein weiteres Beispiel für M2M-Kommunikation in der Medizin ist die Telemedizin. Hier spielt zum Beispiel die Fernüberwachung von Patienten eine wichtige Rolle. Die Deutsche Telekom hat zusammen mit anderen Akteuren in Brandenburg ein Telemedizinnetz gestartet. Über das Netz werden 500 besonders gefährdete Herzpatienten betreut. Dadurch entfällt für die Patienten der oft mit großem Aufwand verbundene Besuch im Krankenhaus. Dieser Aufwand ist besonders für Patienten in ländlichen Regionen hoch. Dank M2M-Kommunikation können die Patienten zu Hause Gewicht, Blutdruck und EKG erstellen. Die Daten werden via Bluetooth an eine Basisstation gesendet. Diese verschickt die Daten via Mobilfunk an das Telemedizinzentrum. Ärzte können dort alle Daten rund um die Uhr auswerten und kritische Zustände frühzeitig erkennen.

Produktion und Automation

Im produzierenden Gewerbe spielt im M2M-Kommunikation naturgemäß eine wichtige Rolle. Produzierende Unternehmen im Maschinen- oder Werkzeugbau versprechen sich geringere Kosten und höhere Effizienz. Dies ist zum Beispiel durch Predictive Maintenance möglich. Dabei senden Maschinen Daten zu ihrem Zustand. Dadurch lässt sich frühzeitig erkennen, ob eine Wartung erforderlich ist. In einem fortgeschrittenen Stadium können solche Wartungsprozesse auch durch Roboter vorgenommen werden. Diese erkennen anhand von künstlicher Intelligenz, wann ein Wartungsprozess erforderlich ist.

Elektronische Bezahltransaktionen

Maschinen können in Zukunft andere Maschinen bezahlen. So könnte zum Beispiel ein Roboterfahrzeug Vorprodukte an die Smart Factory eines Maschinenbauers liefern. Die Annahme der gelieferten Ware erfolgt ebenfalls durch Roboter. Die annehmenden Roboter erkennen anhand von Bildauswertung und Sensoren, ob die Ware korrekt geliefert wurde. Danach lösen sie automatisch eine Zahlung zugunsten des liefernden Roboters aus.

Fazit: Maschinen sind fleißige und smarte Helfer – nicht nur für Landwirte

Maschinen haben schon lange vor der Digitalisierung erheblich zur Produktivität und zu einem höheren Lebensstandard beigetragen. Diese Geschichte wiederholt sich nun. Durch das Internet der Dinge und M2M-Kommunikation können Produktionsprozesse optimiert werden. Dies verringert den Aufwand und kann zusätzlich, wie im Beispiel des Smart Farming, zum Ressourcenschutz beitragen. M2M-Kommunikation spielt heute in vielen Branchen eine wichtige Rolle. Die Bedeutung der Technologie wird in der Landwirtschaft, in der Produktion und in vielen anderen Segmenten wie zum Beispiel dem Gesundheitssektor weiter wachsen.