unterrichtsmaterial zum e-magazin · 2014-07-24 · internet der dinge lehrerinformation 2/13 ......
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INTERNET dER DINgELehrerinformation
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Unterrichtsmaterial zum E-Magazin
TECMANIA.CH
INTERNET dER DINgELehrerinformation
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Information / Einleitung
Auf der Website www.tecmania.ch finden Sie spannende und informative E-Magazine, die Themen aus
der faszinierenden Welt der Technik aufgreifen und präsentieren. Die Inhalte sind so aufbereitet, dass
die Jugendlichen einen schnellen Zugang zum Thema finden und die unterschiedlichsten Facetten des
Themas erkennen können. Neben Texten und Beschreibungen sind jeweils tolle Filmsequenzen,
Bildergalerien und Grafiken vorhanden.
Einsatz der E-Magazine in der Schule
Die Inhalte eignen sich perfekt für den Einsatz im Unterricht. Um die Verwendung im Klassenzimmer zu
vereinfachen, finden Sie auf kiknet.ch Unterrichtsmaterial zu den einzelnen E-Magazin-Themen. Jedes
E-Magazin wird durch die folgenden Elemente begleitet:
1. Informationstext für die Lehrperson zum behandelten Thema
2. Arbeitsblätter (ca. 3–4)
3. Unterlagen zur Arbeit mit dem vorhandenen Film
4. Diskussions-Idee
E-Magazin: Internet der Dinge
Waschmaschinen, die genau dann waschen, wenn der Strom billiger ist und Heizungen, die ihre Leistung
drosseln, wenn keine Menschen im Haus sind. Beim so genannten Internet der Dinge werden Häuser und
Elektrogeräte intelligent und können über das Internet untereinander Informationen austauschen. Ziel
ist es, Strom zu sparen.
Das E-Magazin „Internet der Dinge“ zeigt auf, was hinter der Technologie steckt, welche Möglichkeiten
die Vernetzung von Geräten und Gegenständen bietet und welche Ideen für die Fabrik der Zukunft
daraus abzuleiten sind. Alle Informationen und Lösungen sind auf der Website www.tecmania.ch
ersichtlich.
In der kiknet.ch-Lektion sind die folgenden Inhalte vorhanden:
Arbeitsblatt 1: Einstieg Internet
Arbeitsblatt 2: Film von Tecmania
Arbeitsblatt 3: Beispiele und Rechercheauftrag
Arbeitsblatt 4: Industrie 4.0
Arbeitsblatt 5: Diskussion
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Aufgabe:Überlege dir, wozu du das Internet nutzt. Notiere deine täglichen
Berührungspunkte mit dem World Wide Web.
Internet, wozu brauchst du es?Mit einem Tablet oder dem Smartphone werden uns heute die Türen
ins Internet geöffnet und somit eine weltweite Vernetzung und
Kommunikation ermöglicht. Sei es für eine kurze Online-Recherche,
eine Banktransaktion, den Einkauf eines Kleidungsstückes, die
Buchung einer Reise oder das Posten des aktuellen Status für den
Freundeskreis. In Windeseile werden noch ein paar Zeitschriften
oder News auf das mobile Gerät geladen und von einem
Musikanbieter die neusten Songs gestreamt. Alles kinderleicht und
mit einer grossen Selbstverständlichkeit! Ein einziges Gerät
ermöglicht uns den Zugang zu einer fast unbegrenzten und globalen Welt.
Wie/Medium Wozu
Smartphone Emails lesen und teilweise auch beantworten
Bild: oecd.org
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Aufgabe:Schau dir den folgenden Film an und beantworte anschliessend die Fragen.
http://www.tecmania.ch/de/wissen/articles/das-internet-der-dinge
Was ist ein Smart Home?
Was sind Smart Grids?
Welche Vorteile zeichnet
das Internet der Dinge aus?
Nenne konkrete
Umsetzungen vom Internet
der Dinge.
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Internet der DingeEin Auto, das alleine fahren und die Spur halten kann, ein
Kühlschrank, der erkennt, wenn die Milch ausgeht oder die
elektrische Zahnbürste, die den Nutzer beim Putzen prüft. Dies
sind nur ein paar Beispiele, welche das Internet der Dinge möglich
macht.
Das Internet der Dinge vernetzt Gegenstände mit dem Internet, so
dass diese Gegenstände via Internet einerseits miteinander
kommunizieren können und andererseits verschiedene Aufgaben
für den Besitzer oder Auftraggeber erledigen können.
Das bedeutet, dass nicht mehr nur Smartphones, Tablets und
Computer mit dem weltweiten Internet verbunden sind, sondern alle möglichen Geräte. Die
Anwendungsbereiche reichen von allgemeinen Informationsversorgungen über Warnfunktionen bis zu
automatischen Bestellvorgängen und werden ständig weiter ausgebaut und verbessert.
Die Einsatzmöglichkeiten scheinen nahezu unbegrenzt.
Es wird vermutet, dass das Internet der Dinge vieles verändern wird, sowohl Firmen, Firmenstrukturen,
aber auch, wie wir arbeiten und leben. Schätzungen vom weltgrössten Netzwerkausrüster Ericsson gehen
davon aus, dass es bis zum Jahr 2020 mehr als 50 Milliarden vernetzte Geräte weltweit geben wird.
Bild: euronics.de
Es wird in wenigen Jahrzehnten kaummehr Industrieprodukte geben, inwelche die Computer nichthineingewoben sind.
Karl Steinbuch, 1966
Wir wollen alle Gerätesmart machen.
Brian Krzanich, CEO Intel 2014
Jede Sensation, die über Nacht kommt,wurde 20 Jahre lang vorbereitet. So istes auch mit dem Internet der Dinge.
Doug Davis, Intel-Vizepräsident 2014
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Beispiel 1: Smart Home – moderner, vernetzter Haushalt
Die Digitalisierung unseres Alltags schreitet in allen
Altersgruppen rasant voran. Smartphones, Tablets und unzählige
internetbasierte Anwendungen sind heute wertvolle Assistenten,
die uns täglich in vielen Lebensbereichen begleiten.
Dazu werden sich in den kommenden Jahren Milliarden von
Geräten im Internet der Dinge vernetzen und weitere völlig
neue Anwendungen ermöglichen.
Wo es bisher vor allem um Gadgets ging, wird intelligentes
Wohnen in Zukunft den Alltag prägen – beim Energiesparen, bei
Sicherheitssystemen oder bei technischen Hilfen für alte
Menschen.
Das kennen wir alle: Wir sind ausser Haus und fragen uns
unterwegs, ob die Herdplatte abgeschaltet ist oder die Haustüre
wirklich abgeschlossen ist… Diese Bedenken werden uns in
Zukunft nicht mehr beunruhigen.
Denn via eine Internetverbindung, zum Beispiel mit dem
Smartphone, können solche und viele weitere Kontrollen
durchgeführt werden.
Licht, Beschattung, Klima, improvisierte Funknetzwerke sind
heute teilweise bereits Bestandteile von Wohnungen und
Häusern. Jedoch oft als eigenständige, geschlossene
Teilsysteme, die eine systemübergreifende, vernetze und somit
intelligente Lösung nicht zulassen.
Smart Homes bringen dies alles unter einen Hut: Dabei geht es
nicht um Visionen aus Science-Fiction-Filmen, sondern vielmehr
um eine intelligente Gebäudetechnik für den privaten Bereich
wie auch Industrieanwendungen. Laut einer Studie des
deutschen Fraunhofer-Instituts lässt sich dank intelligenten
Systemen bis zu einem Drittel der Energie im Privathaushalt
sparen.
Damit dieser Markt massentauglich wird, müssen
gezwungenermassen Haushaltsgeräte, Computer,
Unterhaltungselektronik, Heizung und Gebäudetechnik alle die
gleiche Sprache sprechen respektive über das Smartphone oder
ein Tablet PC gesteuert werden können. Daraus resultieren
Mehrwerte in den Bereichen Wohnkomfort, Sicherheit,
Energieeffizienz und Unterhaltung.Quelle shc.ch, nzz.ch
Bild: sma.de
Bild: nzz.ch
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Beispiel 2: Smart Grid – modernes, intelligentes Stromnetz
Europa und damit auch die Schweiz haben sich ehrgeizige Klimaschutzziele gesetzt. Diese können nur
erreicht werden, wenn Energie effizient genutzt wird. Sogenannte Smart Grids (intelligente Stromnetze)
unterstützen diese Entwicklung.
Die Nachfrage und damit die Produktion von
Strom aus erneuerbaren Energiequellen
steigen stetig an. Damit verändern sich auch
die Anforderungen an die Stromnetze.
Die Produktion von Strom aus Sonnen- oder
Windkraft lässt sich nur sehr schwer planen
und unterliegt grossen Schwankungen.
Vermehrt treten kleine Stromerzeuger in den Markt
ein, die ebenfalls Strom aus regenerativen Quellen
erzeugen. Die Anzahl der Stromproduzenten steigt.
Um mit den zunehmenden Schwankungen der Stromproduktion zurechtzukommen, müssen die
Stromübertragungsnetze intelligenter werden. Die Produktion und der Verbrauch müssen besser
ausbalanciert werden: Eine stärkere Automatisierung der Netze ist notwendig.
Smart Grids sind ein Lösungsansatz für diese Herausforderungen. Dabei geht das Stromnetz eine
Symbiose mit modernen Informations- und Kommunikationstechnologien ein und wird so intelligenter
und flexibler steuerbar:
Ablesen: Smart Metering bezeichnet die Möglichkeit, den Energiebedarf von Konsumenten zu
erfassen, weiterzuverarbeiten und abzurechnen. Dies erlaubt eine genauere Analyse des
Stromverbrauchs: Konsumenten können so besser entscheiden, wann sie Strom beziehen und
erfahren, welches die grossen Stromfresser sind. Erzeuger können Produktion und Netze
optimieren.
Einspeisen: Die Stromproduktion in Sonnen- und Windkraftwerken unterliegt grossen
Schwankungen. Überschüssiger Strom muss zwischengespeichert werden. Sensoren und
intelligente Zähler sind die Grundlage, um Stromspeicher ab- und anzuschalten.
Smart Grids können dabei helfen, einen effizienten und zuverlässigen Betrieb in der Stromversorgung
sicherzustellen – und damit für eine nachhaltige Stromproduktion zu sorgen. Bis es so weit ist, müssen
allerdings noch ein paar Hürden überwunden werden.Quelle: Swissgrid.ch
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Rechercheauftrag:Du kennst nun Anwendungen vom Internet der Dinge; auch im
Filmbeispiel hast du einige gesehen. Recherchiere jetzt selbstständig
nach weiteren zukunftsträchtigen Ideen. Hast du sogar eigene Ideen?
Ideen für private
Nutzungen
Ideen für den öffentlichen
Bereich
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Aufgabe:Betrachte die Grafik. Was stellst du dir unter der 4. Industriellen Revolution
respektive Industrie 4.0 vor? Schreibe deine Gedanken auf und tausche dich mit
deinen Klassenkolleginnen und Kollegen aus.
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Industrie 4.0Den Start zur ersten industriellen Revolution machte die Dampfmaschine. Sie gab der Industrialisierung
den entscheidenden Schub: Durch die Erfindung von Thomas Newcomen war man in Fabriken weniger
abhängig von menschlicher Muskelkraft und konnte Waren schneller und in grösserer Stückzahl
anfertigen als bisher. Auf diese erste industrielle Revolution folgten weitere Entwicklungssprünge,
ausgelöst durch technologische Fortschritte:
Elektrische Energie ermöglichte anfangs des 20. Jahrhunderts eine grössere Massenproduktion. Durch
neue Elektronik- und Informationstechnologien zu Beginn der 1970er-Jahre konnten in Fabriken Auto-
matismen und Produktionsprozesse weiter verbessert werden: Maschinen übernahmen Arbeitsschritte,
die zuvor per Hand erledigt worden waren. In dieser dritten Phase des Industrialisierungsprozesses
befinden wir uns auch heute noch – und stehen an der Schwelle zur Industrie 4.0.
Neu verändern Internet, mobile Computer und IT-Ressourcen aus der Cloud die Arbeits- und
Produktionsprozesse entscheidend. Dank leistungsfähiger Kleinstcomputer, die in Objekte implementiert
werden, können Produkte und Maschinen miteinander kommunizieren und selbstständig Informationen
austauschen. Der industrielle Prozess wird nicht mehr zentral aus der Fabrik heraus organisiert, sondern
dezentral, dynamisch und via Internet gesteuert.
Visionen
Welches Waschmittel gehört in die Flasche? Wie muss der Rohling
geschliffen werden? Wohin muss das Ersatzteil gesendet werden? Im
Zeitalter der Industrie 4.0 geben die Produkte selbst die Antwort und
informieren die Maschinen, was mit ihnen passieren soll. Kurz: Die
Objekte werden intelligent. Sie tragen Barcodes1 oder RFID-Chips2 auf
der Oberfläche, die die entsprechenden Informationen enthalten.
Scanner und Computer lesen die Daten aus, übermitteln sie online
weiter – und sorgen dafür, dass die Maschinen richtig agieren. Auf
diese Weise kommunizieren die smarten Objekte miteinander. Es
entsteht ein Internet der Dinge und Dienste. Die physikalische Welt
und die virtuelle Welt verschmelzen zu cyber-physischen Systemen.Quelle: plattform-i40.de
Barc
ode
RFID
-Chip
Bild: infineon.com
1Definition gemäss Duden: maschinenlesbarer Code auf Waren und Verpackungen (meist mit Angaben zu Preis und Hersteller)
2Definition gemäss Wikipedia: RFID (engl.) steht für radio-frequency identification. Ein RFID-System besteht aus einem Transponder
(umgangssprachlich auch Funketikett genannt), der sich am oder im Gegenstand bzw. Lebewesen befindet und einen kennzeichnenden Code enthält,sowie einem Lesegerät zum Auslesen dieser Kennung.
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Individueller, flexibler, schneller
Die Vision zeigt, dass Industrie 4.0 ganz neue Anforderungen an Produktionssysteme und Maschinen
stellt. Sie müssen anpassungsfähig sein, da die zu fertigenden Produkte ständig wechseln können. Im
Ergebnis heisst das: Die Produktion wird individueller, flexibler und schneller. Die vierte industrielle
Revolution bietet damit das Potenzial, aktuelle wirtschaftliche und gesellschaftliche Herausforderungen
zu meistern.Quelle: plattform-i40.de
Unter Experten besteht heute kaum Zweifel, dass nach den drei
vorangegangenen industriellen Revolutionen nun der nächste
Schritt kommt: Industrie 4.0.
Sensoren, welche in Geräte, Roboter, Maschinen und Werkzeuge integriert werden, führen zu neuen
Automatismen: Lässt die Leistung einer Bohrmaschine nach, wird automatisch ein neuer Motor bestellt
und der Servicemann, der den neuen Motor installiert, gleich dazu gebucht. Landmaschinenbauer lassen
die Mähdrescher entsprechend der Wetterprognosen warten. Windräder lassen sich künftig via
Smartphone steuern … etc.
Beispiel AutoEin Bauteil im Auto istkünftig so ausgestattet, dasses kontinuierlich Daten überseinen Zustand sammelt undmitteilen kann, wenn einAustausch nötig wird – unddas, bevor es zum Ausfallkommt. Das Produkt sendetselbstständig eine Mitteilungan den Hersteller, dassErsatz gefertigt werdenmuss. Die Bestellung enthältneben genauen Angabenzum Fahrzeugtypen auch dieInformation, wohin dasBauteil anschliessendversendet werden muss. Inder Fabrik wird der Auftragbearbeitet, die Maschinenkonfigurieren sich selbst so,dass das passende Teilgefertigt wird und schickenes schliesslich auf die Reisean den richtigen Zielort. DerTermin in der Werkstatt istdann bereits vereinbart –auch darum hat sich dasAuto gekümmert.
Beispiel ABBEin Roboter oder ein Antrieb in einer Anlage istdefekt – um welche Maschine bzw. welchesGerät handelt es sich und was ist zu tun? DieAntwort auf diese Frage erhält derServicetechniker durch einen Tablet-PC, mitdem er den defekten Roboter oder Antrieb vorOrt einfach ausfindig macht und sofort onlinealle wichtigen Informationen für eine rascheFehlerbehebung erhält. Der Servicetechnikerbetrachtet durch die Kamera des Tablet-PCs dieRoboterzelle. Die Software erkennt diefehlerhafte Maschine, zeigt auf dem Bildschirmüber das Internet direkt die komplette Historiedes Roboters wie Typ, Liefertermin,Ansprechpartner oder letzter Servicetermin undinformiert den Techniker damit über diebisherige Beanspruchung und Verfügbarkeit desRobotersystems.
ABB arbeitet bereits an einem entsprechendenServicekonzept einer solchen Augmented-Reality-Lösung (erweiterte Realitäts-Lösung).
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Diskussion Diskutiert in der Klasse die folgenden Thesen.
Das Internet der Dingehat ein unglaublichesPotenzial und wird Vielesim täglichen Lebenvereinfachen.
Internet der Dingeschafft Arbeitsplätze abund bringt Unsicherheitim Arbeitsmarkt.
Industrie 4.0Die Möglichkeiten sindunendlich gross und eseröffnen sich neueGeschäftsmodelle.
Industrie 4.0Das tönt wie eine Ideevon Daniel Düsentriebund ist nicht realisierbar.
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Internet der DingeGegenstände mitimplementierten Chipssind wartungsanfälligund teuer.
Industrie 4.0Durch die neuenTechnologien wird dieUmwelt noch mehrdurch Elektrosmogbelastet.
Industrie 4.0Industrie 4.0 wird michaktiv oder passiv auchbetreffen, da diessicherlich die Zukunft ist.
Internet der DingeDadurch kann vielEnergie gespart werden.
Industrie 4.0Durch die Digitalisierungsind neue Technikergefragt.
Internet der DingeDie Vernetzung führt zueiner zusätzlichenGlobalisierung derWirtschaft.