Was sind eingebettete Systeme und wofür werden sie eingesetzt?

In einer Welt, in der Technologie und Daten den Markt beherrschen, kann die Nutzung von Informationen für Geschäftszwecke einen entscheidenden Unterschied machen. Kreative Ansätze zur Informationsnutzung helfen vielen Unternehmen, sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen. Hier kommen das industrielle Internet der Dinge (IoT) und eingebettete Systeme ins Spiel.

IoT Geräte erfassen Daten ausschließlich für industrielle Zwecke. Beispielsweise sind alle Maschinen in einem Lager über ein einziges Netzwerk verbunden, um einen Auftrag zu erledigen. Dabei speichern sie Daten und senden diese in die Cloud. Das Internet der Dinge (IoT ermöglicht es Herstellern, in dieser digitalen Welt zu agieren und die generierten Daten zu nutzen.

Was sind eingebettete Systeme?

Eingebettete Systeme bestehen typischerweise aus Mikrocontrollern und einem geringen lokalen Speicherbedarf. Sie verfügen über Hardware und Software, die zusammenarbeiten, indem sie Komponenten wie Aktoren und Sensoren ansteuern, um Aufgaben auszuführen.

Beispielsweise könnten in einer Fabrik vernetzte Thermometer eingesetzt werden, die dem Management helfen, die optimalen Lagerbedingungen für verderbliche Waren sicherzustellen. Das zugehörige System für das Thermometer bestünde mindestens aus einem Temperatursensor und einem WLAN-Modul. Der Sensor erfasst die Daten, und das Modul überträgt sie in die Cloud, sodass die Nutzer sie analysieren können.

Die Nutzer müssen nicht direkt mit dem eingebetteten System interagieren, da es in ein vernetztes Produkt integriert ist. Sie sehen die Ergebnisse des eingebetteten Systems daher über die Funktionen ihrerIoT -Systeme.  

Das eingebettete System kann je nach den Funktionen desIoT Produkts, das es enthält, einfach oder komplex sein. Jedes System kann eine Vielzahl von Komponenten steuern, wie Sensoren, gatewayfür Strom- oder Kommunikationsnetze, Sicherheitssysteme und vieles mehr. Mit zunehmender Anzahl interner Komponenten wird das eingebettete System komplexer.

Eingebettete Systeme im Alltag

Eingebettete Software ist nicht allein dem Industriesektor vorbehalten. Auch in durchschnittlichen Haushalten finden sich überall einfache eingebettete Systeme, die täglich genutzt werden. Tatsächlich verfügen die meisten Elektrogeräte über ein eingebettetes System, um ihre einwandfreie Funktion zu gewährleisten. Digitale Wecker, Waschmaschinen, Geschirrspüler, Klimaanlagen und viele andere elektronische Produkte nutzen solche Systeme.

Moderne Autos verfügen über integrierte Systeme wie Traktionskontrolle und Airbag-Auslösung. Diese Systeme senden Daten an den Bordcomputer. Wie die obigen Beispiele zeigen, beeinflussen diese Funktionen das Fahrerlebnis, ohne dass die Fahrer die Systeme bemerken, da sie im Hintergrund arbeiten.

Die Definition eines eingebetteten Systems besteht darin, ein Produkt mit einer spezifischen Funktion innerhalb eines größeren Produkts zu haben, das mit diesem zusammenwirkt, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Ähnliches gilt für das IoT. Daten werden in unserem Alltag ständig erfasst und gespeichert. Ob bei der Nutzung einer Suchmaschine, beim Online-Shopping oder beim Teilen von Hobbys in sozialen Medien – das IoT sammelt nicht-personenbezogene Daten und nutzt diese, um seine Leistung zu verbessern, beispielsweise durch das Erkennen von Mustern oder die Steigerung der Effizienz. Sowohl das IoT als auch eingebettete Systeme gehen jedoch über den einfachen Hausgebrauch hinaus und werden in der Industrie in einem viel größeren Umfang eingesetzt.

Anwendungen in der Industrie

Eingebettete Systeme werden in nahezu allen Branchen eingesetzt. Telekommunikation, Fertigung, Verteidigung und wissenschaftliche Forschung sind nur einige der vielen Sektoren, in denen man sich auf sie verlässt, um Ziele zu erreichen und durch die Reduzierung manueller Prozesse effizienter zu arbeiten.

Automatisierung ist ein wesentlicher Grund für die Bedeutung eingebetteter Systeme. Technologien wie pneumatische Roboterarme, die auf Förderbändern arbeiten, basieren auf einem solchen System. Nicht nur muss jedes Teil des Arms nahtlos mit dem Rest der Maschine zusammenarbeiten, sondern auch die anderen Arme müssen kooperieren, um das gemeinsam gefertigte Bauteil herzustellen. Diese Technologie ermöglicht es auch, mehrere Maschinen zu vernetzen, sodass sie gemeinsam Aufgaben gleichzeitig erledigen. Beispielsweise sind manche Mauerroboter mit dem Internet verbunden und verfügen über interne Systeme, die ihre Aktionen synchronisieren, um schneller Ergebnisse zu erzielen als Menschen allein.

Vorteile und Herausforderungen

Einer der größten Vorteile eingebetteter Systeme ist ihr geringer Stromverbrauch. Alle eingebetteten Systeme arbeiten mit sehr wenig Energie und benötigen im Vergleich zu anderen Komponenten nur wenig Platz. Sie sind in der Regel kostengünstig und funktionieren ohne ständige menschliche Eingriffe. Sie sind wartungsarm und benötigen selten Updates, da sie nur eine einzige Aufgabe erfüllen.

Da eingebettete Systeme oft reibungslos ohne Updates laufen und in Maschinen verbaut sind, werden sie leider selten aktualisiert. Möchte man etwas Neues, muss man häufig eine komplett neue Maschine anschaffen oder die alte vollständig zerlegen – je nachdem, was langfristig kostengünstiger ist. Sollte etwas schiefgehen und mehr Wartung als üblich erforderlich sein, kann die Neuprogrammierung des eingebetteten Systems genauso aufwendig sein wie ein Upgrade.

Sicherheit

Ein eingebettetes System kann aufgrund seiner in sich geschlossenen Struktur sehr sicher sein. Gelangt jedoch eine Bedrohung in das System, kann dies für ein Unternehmen schwerwiegende Folgen haben. Nutzt ein Hersteller ein eingebettetes System, können die Komponenten schwere Maschinen steuern. Eine Sicherheitslücke kann jedoch dazu führen, dass die Maschinen so arbeiten, dass die Sicherheit der Mitarbeiter gefährdet, die Anlagen beschädigt und Produktionslinien stillgelegt werden. Um die Sicherheit des gesamten Systems zu gewährleisten, ist ein ganzheitlicher Ansatz erforderlich.

Zu den Grundlagen der Cybersicherheit gehören Firewalls, Verschlüsselung, Quellcodeverifizierung, Authentifizierung und andere Verfahren, mit denen die meisten Internetnutzer zumindest grundlegend vertraut sind. Die Cybersicherheit eingebetteter Systeme muss jedoch deutlich über die üblichen Maßnahmen hinausgehen. Die Implementierung von Sicherheitsvorkehrungen beginnt bereits in der Entwicklungsphase und entwickelt sich mit dem Fortschritt des Systems weiter. Sobald das System in Betrieb ist, müssen die Nutzer schnell reagieren, wenn sie potenzielle Schwachstellen entdecken. Diese Reaktionsfähigkeit ist entscheidend, um weitreichende Sicherheitsprobleme während des gesamten Lebenszyklus des Systems zu vermeiden.

Stärkung der Industrie

Da eingebettete Systeme so viele Prozesse steuern, kann es für Unternehmen schwierig sein, ohne sie wettbewerbsfähig zu bleiben und komplexe Anlagen zu nutzen. Sie bieten Automatisierung, die die Sicherheit erhöht und die Wirtschaftlichkeit für Unternehmen verbessert. Wenn beispielsweise ein Bauunternehmen eingebettete Systeme in seinen Bulldozern einsetzt, kann die Technologie Warnungen ausgeben, wenn einer der Bulldozer dringend gewartet werden muss, bevor er ausfällt oder eine Sicherheitsgefahr darstellt.

Trotz der weit verbreiteten Befürchtung, dass Hightech-Maschinen menschliche Arbeitsplätze ersetzen könnten, fungiert vernetzte Technik in der Regel als Ergänzung der Arbeitskräfte. Menschliche Arbeitskräfte können flexibel eingesetzt werden, um Aufgaben zu übernehmen, die die Hardware nicht bewältigen kann – und dabei unter Umständen sogar eine Gehaltserhöhung erhalten. Die Hardware hingegen kann an einer festen Produktionslinie verbleiben und dieselbe Aufgabe wiederholt und fehlerfrei ausführen, ohne Pausen zu benötigen.

Ohne eingebettete Systeme gäbe es die Automatisierungsrevolution gar nicht. Die durch das Internet der Dinge (IoT ermöglichte industrielle Revolution führt dazu, dass eingebettete Systeme nicht nur in der Industrie, sondern auch im gewerblichen und privaten Bereich immer häufiger zum Einsatz kommen. Nahezu alles könnte durch ähnliche Systeme gesteuert werden, doch die Gewährleistung der Sicherheit muss während des gesamten Transformationsprozesses oberste Priorität haben.