Intelligente Sensoren für die Industrie 4.0

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© andreynikolajew, depositphotos.com

Intelligente Sensoren spielen nicht nur als Messgeräte eine bedeutende Rolle, sondern auch als wichtige Datenquellen. Sie ermöglichen Robotern und Maschinen sich selbst zu organisieren und zu steuern, weshalb sie für die Industrie 4.0 mit zu den wichtigsten Bausteinen zählen.

Sensoren lassen sich für die Anlagen oder Maschinen sozusagen als Sinnesorgane vergleichen, da sie die jeweiligen Abläufe beobachten und deshalb auch bestimmte Produktionsprozesse, wie beispielsweise Überlastungssituationen, feststellen können. Schon jetzt ist ihre Hauptaufgabe, die Realität genauestens abzubilden. In Hinsicht auf Industrie 4.0 wird die Sensorik allerdings mit Sicherheit noch viel intelligenter und die angebotenen Lösungen auch weitaus vielfältiger als zum aktuellen Zeitpunkt.

Welche Vorteile haben Industrie 4.0 fähige Sensoren?

Im Prinzip nehmen intelligente Sensoren vereinfacht ausgedrückt, nur bestimmte Daten auf und übermitteln diese dann über eine Schnittstelle wieder nach außen. Es handelt sich dabei also vorwiegend um die Übermittlung von Prozessdaten. In naher Zukunft werden allerdings noch neue Schnittstellen und Protokolle hinzugefügt. Dadurch lassen sich dann auch noch zusätzliche wichtige Daten übermitteln. Im Produktionsbetrieb ist der Austausch solcher Daten vorteilhaft und viele Anlagen und Werkzeugmaschinen könnten von der Vernetzung profitieren. Aber auch in anderen Bereichen wie zum Beispiel in der Automatisierungstechnik, Verfahrenstechnik oder Dosiertechnik, oder auch bei der Maschinenparametrierung ist es vorteilhaft, wenn die Parametrierungsfakten oder natürlich auch die Daten der jeweiligen Diagnosen mit dem intelligenten Sensor ausgetauscht werden können. Dadurch lassen sich Qualitätsprobleme dann schon im Vorhinein vermeiden. In vielen Fällen sind beispielsweise bei aufwendigen Werkzeugmaschinen auch die erfahrensten Mitarbeiter nicht unbedingt in der Lage, Programmierfehler oder Einrichtungsprobleme zu vermeiden, weshalb es auch zu unbemerkten Beschädigungen bei der Herstellung von Werkstücken kommen kann. Intelligente Sensoren für die Industrie 4.0 können dann auch Vibrationen oder andere wichtige Fakten aufnehmen und diese dann einer übergeordneten Abteilung zur Verfügung stellen, damit der jeweilige Arbeitsprozess wirklich lückenlos und fehlerfrei überwacht werden kann. Anomalien lassen sich dann über die Vibrationen durch die intelligenten Sensoren schnellstens erkennen. Sind die Sensoren zudem energieautark und können Ihre Daten über eine passive Funktechnologie wie z.B. RFID versenden, so haben sie weitere wesentliche Vorteile gegenüber kabelgebundenen Sensoren:

  • Hohe Flexibilität beim Umrüsten von Fertigungsanlagen
  • Einfaches Nachrüsten von bestehenden Anlagen
  • Erschließung neuer Anwendungsbereiche, die nicht mit klassischen Kabellösungen realisiert werden können
  • Deutliche Kosteneinsparung bei der Verdrahtung von Neuanlagen
  • Einfaches Nachrüsten von bestehenden Anlagen
  • Kein Batteriewechsel notwendig
  • Deutliche Energieeinsparung durch verbesserte Prozesssteuerung mit zusätzlicher Sensorik
  • Hohe Lebensdauer

Bis jetzt allerdings erfüllen die intelligenten Sensoren für die Industrie 4.0 noch lange nicht die gestellten Erwartungen der Anwender, da über die Hälfte der Benutzer für ihre Anlagenstruktur eine automatische Integration und Formatierung oder Kalibrierung suchen. Die smarten Sensoren sollten in der Lage sein, auch wirklich optimale Komplettlösungen anzubieten, also möglichst viele Datensätze zu erheben, die aus unterschiedlichen Messdatenquellen stammen und diese dann in vernetzten Rechnersystemen zu bearbeiten, bis zur Cloud.

Wie wird es in der Zukunft aussehen?

Experten schätzen, dass die Anzahl der smarten Sensoren mit Sicherheit in den nächsten Jahren noch deutlich steigen wird. Voraussetzung ist allerdings, dass das Hauptaugenmerk der intelligenten Sensoren für die Industrie 4.0 vorwiegend auf einer verbesserten Kommunikationsfähigkeit liegen sollte. Nur wenn smarte Sensoren in der Lage sind, über alle Ebenen Daten austauschen zu können, sind sie für die Industrie 4.0 tauglich, zumindest dann, wenn sie vorwiegend an den Prozessen der Produktion beteiligt sind. Damit in der Industrie 4.0 aber auch wirklich alle Vorteile ausgenutzt werden können, sind die Messdaten der Sensoren nicht alleine ausreichend, da für die jeweiligen Lösungen auch mathematische Modelle notwendig sind. Nur mathematische Modelle sind in der Lage, die komplexen Zusammenhänge von einer bestimmten Struktur, dem Verhalten und einem Zustand darzustellen. Sie können sich auf den Herstellungsprozess, sowie auch auf ein bestimmtes Bauteil beziehen und im Zusammenhang mit den intelligenten Sensoren dann auch die notwendigen Ereignisse in Bezug auf das Systemverhalten voraussagen. Ansonsten müssen in der Zukunft die Produktionsprozesse mit den Aufträgen und den Kundendaten verglichen werden, damit der gesamte Vorgang auch wirklich viel flexibler gestaltet werden kann.

Das weltweite Absatzvolumen in Bezug auf intelligente Sensoren für die Industrie 4.0 soll laut den Spezialisten jährlich um knapp 20 % steigen. Dies hat den Vorteil, dass die Sensorpreise dann auch aufgrund der wachsenden Nachfrage deutlich sinken werden.

Fazit

Intelligente Sensoren für die Industrie 4.0 bringen mit absoluter Sicherheit in den kommenden Jahren noch zahlreiche Überraschungen mit sich. Schon jetzt bieten zahlreiche Sensorenhersteller interessante Optionen für Condition Monitoring an, also für die Überwachung von Anlagen und Maschinen. Im Internet der Dinge und bei automatisierten Fahrzeugen spielen die smarten Sensoren schon längst eine sehr wichtige Rolle. Der Absatz soll sich angeblich auf rund 30 Mrd. bis ins Jahr 2020 verdoppeln. Allerdings ist auch darauf zu achten, dass sie sich über Ethernet, IO-Link, RFID oder über andere digitale Schnittstellen auch wirklich in die aufwendigen Produktionssysteme problemlos einbinden lassen, da die meisten gängigen Industriesensoren in der Regel dafür nur in begrenzter Weise geeignet sind. Sie sind nicht nur unzureichend flexibel, sondern auch definitiv zu teuer. Desweiteren haben die meisten Industriesensoren übrigens auch einen sehr hohen Energiebedarf.

Das Potenzial der intelligenten Sensoren für die Industrie 4.0 kann nur dann in ihrem vollen Umfang ausgeschöpft werden, wenn das eingebundene Netzwerk auch wirklich weit die Grenzen der Produktion überschreitet. Das bedeutet, dass alle Prozesse automatisch ineinander übergreifen, also auch die Zulieferer, der Herstellungsprozess, sowie die Kundendaten. Allerdings sollte hier auch unbedingt auf die notwendige Datensicherheit geachtet werden, da nicht nur die Sensordaten vor Missbrauch geschützt werden müssen, sondern auch das Netz vor Ausfällen gesichert sein muss.

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