Klare Regeln für IoT
Ob Medizintechnik, Smart Home oder Gebäudeautomation: Professionelle IoT-Anwendungen stellen ganz andere Anforderungen als Hobbyprojekte. Neben Miniaturisierung und Effizienz rücken vor allem Stromversorgung, Zertifizierung und langfristige Verfügbarkeit in den Fokus. Wer IoT-Geräte für sicherheitsrelevante Bereiche entwickelt, kommt an strengen Normen und zuverlässigen Bauteilen nicht vorbei.
IoT-Geräte finden heute in privaten wie auch in industriellen Anwendungsbereichen zunehmend Verbreitung. Gemeinsames Merkmal ist dabei die Fähigkeit, durch die Verknüpfung verschiedener Sensoren und Aktoren mit einer dezentralen Steuerung Intelligenz systematisch weiterzuverteilen. «Smart» sind diese Sensoren und Aktoren deshalb, weil sie Daten sammeln und weitergeben können und per Intelligenz verwaltet werden sollen. Da sich immer mehr Einsatzgebiete für IoT-Anwendungen ausbilden werden, man denke nur an das professionelle Gesundheitswesen, die medizinische Versorgung zu Hause, Infrastruktur, Gebäudeautomation und Smart Home, Automobilbranche oder andere Arten der Mobilität, wird der Markt für industrielle IoT-Anwendungen weiter wachsen. Ohne Zweifel werden die Faktoren Miniaturisierung, Mobilität, lange Lebensdauer, Effizienz und die Vernetzung elektronischer Geräte bei diesen professionellen IoT-Trends eine gewichtige Rolle spielen.
Anders als bei Hobbyanwendungen gelten bei sicherheitsrelevanten IoT-Industrieanwendungen sowohl für den Ingenieur als auch die verwendeten Bauteile strenge Vorgaben – eine grosse Herausforderung für Entwickler industrieller IoT-Anwendungen. Zertifizierte, zuverlässige und langfristig verfügbare elektronische Bauteile zu verwenden ist unerlässlich, denn nicht selten kommen diese in sicherheits- und funktionskritischen Anwendungen zum Einsatz. Daher spielt professionelle Unterstützung durch die Bauteilzulieferer eine wichtige Rolle.
Voraussetzungen bei der Stromversorgung professioneller IoT-Anwendungen
Kritische Module in professionellen IoT-Geräten sind mit Sicherheit die Stromversorgungen. Bei dieser Art von Produkten kommt es immer mehr auf Miniaturisierung, geringen Stromverbrauch, Grösse und eine hohe Effizienz an. Halbleiter sind wahrscheinlich die Komponenten mit dem höchsten Grad an Innovation. Als zweite Schlüsseltechnologie sind die in diesen Produkten verwendeten Transformatoren und Isolationseinrichtungen anzusehen. Darüber hinaus befinden sich diese batteriebetriebenen IoT-Systeme meistens im Standby-Modus und nur kurze Zeit im aktiven Modus, sodass die verbauten DC/DC-Wandler einen breiten Lastbereich bei hoher Effizienz abdecken müssen.
Was ist neben Grösse und Effizienz noch wichtig?
Um professionelle IoT-Geräte entwickeln, zertifizieren und vermarkten zu können, kommt es nicht nur auf die genannten technischen Produktmerkmale an. Solche IoT-Geräte müssen immer striktere Vorgaben in Form global harmonisierter Normen und Richtlinien einhalten, um zertifiziert und verkauft werden zu können – keine leichte Aufgabe für die IoT-Elektroingenieure. Sind in kritischen Anwendungen wie der Medizintechnik IoT-Funktionen erforderlich, müssen die Elektronikkomponenten entsprechend ausgelegt sein und den branchenspezifischen Vorgaben entsprechen.
Als Beispiel: Ein für den medizinischen Einsatz zugelassenes, drahtloses, batteriebetriebenes Bedienpanel, das per Internet auf die Patientenakte zugreifen kann. Drahtlos mit diesem Bedienpanel verbunden ist ein weiteres Gerät, das mit dem Patienten in Kontakt kommt (z B. ein Blutdruckmessgerät). Eine der wichtigsten Sicherheitsfragen bei Medizinprodukten besteht darin, dass oft eine elektrische Verbindung zwischen Gerät und Patient besteht. Daher müssen Netzteil und DC/DC-Wandler dieser IoT-Anwendung wichtige Sicherheitsvorgaben wie BF-Konformität und 2XMOPP-Standards der 3. Ausgabe der Norm IEC/EN 60601-1 einhalten.
Ein weiteres gutes Beispiel sind industrielle IoT-Anwendungen für «Smart Homes» und automatisierte Gebäude. Für all diese IoT-Heim-/Gebäudeautomationsanwendungen sind eine hohe Effizienz und geringe Leerlaufaufnahme, kleine Grösse, hohe Zuverlässigkeit und Erschwinglichkeit von zentraler Bedeutung, und nicht zu vergessen die Einhaltung von immer mehr Normen inklusive IEC/EN 60335-1.
Sorgfältige Planung erforderlich
Wenn in sicherheitsrelevanten, funktionskritischen Anwendungen neue Technologien zum Einsatz kommen, ist ein höheres Mass an Zuverlässigkeit, Qualität, eine längere Betriebsdauer und mehr Zertifizierungen erforderlich – von der nahtlosen Rückverfolgbarkeit der wichtigsten elektronischen Bauteile einmal ganz zu schweigen.
Total Quality, das umfassende Qualitätsmanagement, darf heute in keiner Frühphase eines Entwicklungsvorhabens mehr fehlen. Um all diesen Anforderungen gerecht zu werden, reicht es für einen Entwickler heute nicht mehr aus, eine funktionierende Lösung bereitzustellen. Früher waren Mobiltelefone nur eines unter vielen Hilfsmitteln des Alltags. Heute verlässt man sich mehr und mehr auf dieses eine Gerät. Bezahlen, Kamera, Adressbuch, Abos sind allesamt in das Smartphone integriert. Daher sind diese kleinen Begleiter heute von enormer Bedeutung für das Leben. Der Produktdesigner trägt nun weit mehr Verantwortung für die Qualität seiner Entwicklung als noch vor zehn oder zwanzig Jahren. Dieser Trend wird sich nicht nur fortsetzen, sondern noch beschleunigen. Zudem sollten Anbieter die Digitalisierung in den Bezugswegen der einzelnen Bauteile als höchst signifikante Entwicklung betrachten. Die Erhebung, Analyse und Verarbeitung relevanter Daten kann zur schnellen, zuverlässigen und wirtschaftlichen Verfügbarkeit der Bauteile beitragen und damit die Produktivität der Anlage des Kunden steigern.
Dies bedeutet, dass IoT-Anwendungen in kritischen Einsatzgebieten wie Medizintechnik, Gebäudeautomation oder Mobilität nicht nur effizient und miniaturisiert sein sollen, sondern auch über niedrigen Energieverbrauch im Standby verfügen. Sie müssen auch jahrzehntelang erhältlich und rückverfolgbar sein und die einschlägigen Normen und Bestimmungen einhalten.