TRENDS PERSPEKTIVEN PERSPEKTIVEN Bild: zapp2photo/Fotolia.com Sensoren sind die Sinne der smarten Fabrik Intelligente Helfer für die Industrie von Morgen Im Industrie-4.0-Umfeld wird die Sensorik weniger auf den Prozess begrenzt und singulär sein, sondern sich vielmehr auf die Kommunikation und die Weitergabe der Daten in der Fabrik spezialisieren In der idealen Industrie-4.0-Welt kommuniziert jede Komponente und Maschine innerhalb eines Automatisierungssystems mit jeder anderen im Netzwerk. Einzelne Komponenten wie Sensoren werden immer intelligenter und entwickeln sich als „Sinnesorgane“ von Maschinen und Anlagen zunehmend zu kleinen Helfern für die Smart Factory. Sabine Koll, Journalistin Sensoren sind die Sinne von Maschinen und Anlagen. Sie sind wie Augen, Ohren und Fühler. Sie beobachten und erkennen die Abläufe an Maschinen und Anlagen, überwachen und detektieren Produktionsprozesse und signalisieren im Zweifel Überlastsituationen im Sinne von Condition Monitoring“, erklärt Ingo Baumgardt, Head of Sensor Communication bei Leuze Electronic. „Die primäre Aufgabe von Sensoren ist schon heute die Abbildung der Realität“, sagt Philipp Echteler, Project Manager Customer bei Balluff. „Die SPS einer Anlage oder Maschine nutzt die von den Sensoren erzeugten Daten zur Steuerung von Prozessen und Anlagen.“ Er nennt ein Beispiel dafür: Das Positionsfeedback eines Greifers – also „Spannbacken offen“ oder „geschlossen“ – ermöglicht es erst, ein Teil gezielt greifen zu können. Für Bernhard Müller, der als Mitglied der Geschäfts- führung das Thema Industrie 4.0 bei Sick vorantreibt, hat „Sensorik die Aufgabe, die physikalische Welt in verarbeitbare Daten zu überführen und damit die Möglichkeit zu schaffen, mit den daraus entstandenen Daten Maschinen zu steuern, zu betreiben und Informationen zu generieren, die zur Weiterverarbeitung notwendig sind.“ So weit die Gegenwart. Doch welche Rolle spielen Sensoren in der smarten Fabrik der Zukunft? Und wie wandelt sich die Sensorik? „In Industrie 4.0 werden die Sensoren noch intelligenter, die Daten, die wir mit ihnen erfassen, noch wichtiger und die Lösungen, die wir anbieten, noch vielfältiger“, ist sich Sick-Geschäftsführer Müller sicher. Predictive Maintainance mit Industrie-4.0-fähigen Sensoren „Grundsätzlich besteht die Aufgabe eines Sensors darin, Sensordaten aufzunehmen und über die Schnittstelle nach außen zu übermit- 36 K|E|M Konstruktion 05 2017
PERSPEKTIVEN PERSPEKTIVEN TRENDS „Die primäre Aufgabe von Sensoren ist schon heute die Abbildung der Realität.“ „Um Produktions - prozesse flexibler gestalten zu können, müssen Sensordaten beispielsweise mit Kundendaten und -auftragsarten abgeglichen werden.“ Bild: Balluf Philipp Echteler, Project Manager Customer, Balluff Bild: Leuze Ingo Baumgardt, Head of Sensor Communication, Leuze Electronic teln. Alle diese Schnittstellen sind heute jedoch ausschließlich dafür geeignet, Prozessdaten zu übermitteln“, erklärte Dr. Henning Grönzin, Director of Research & Development bei Leuze, kürzlich während eines Vortrags. „Allerdings werden zusätzliche und neue Protokolle und Schnittstellen hinzukommen, über die zusätzliche Daten übertragen werden.“ So sei es für manche Anwendungen notwendig, Diagnose- und Parametrierdaten mit dem Sensor auszutauschen – etwa für Diagnose und Predictive Maintainance oder auch für die Formatumstellung bei der Parametrierung von Maschinen und Anlagen im Produktionsbetrieb. Bei einer spanenden Werkzeugmaschine beispielsweise können selbst erfahrene Mitarbeiter beim Einrichten und Programmieren nicht vollständig ausschließen, dass Werkzeuge unbemerkt schadhaft werden oder sich Werkstücke lösen oder minimal verrutschen. Die Folgen können Beschädigungen und Qualitätsproblemen sein. Mit Industrie-4.0-Fähigen Sensoren, die beispielsweise Vibrationen und andere Parameter aufnehmen und einer übergeordneten Instanz bereitstellen, kann man diesen Prozess indes lückenlos überwachen. „So lassen sich beispielsweise über die Vibration schon Anomalien im Prozess erkennen, bevor ein Schaden am Werkstück auftritt“, sagt Echteler. „Aufgabe der Sensorik ist es heute, Prozessparameter durch einen Abgleich zwischen Soll- und Ist-Werten für den Prozess zu überwachen. Die Schwellwerte sind dabei vorgegeben oder gelernt“, betont Martin Peterek, Oberingenieur in der Abteilung Modellbasierte Systeme am Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen. „Im Industrie-4.0-Umfeld der Zukunft aber wird die Sensorik weniger auf den Prozess begrenzt und singulär sein, sondern sich vielmehr auf die Kommunikation und die Weitergabe der Daten spezialisieren. Das heißt, sie stellt eine Datenbasis zum Abgleich eines globalen Zustands beziehungsweise Kontexts in der Fabrik bereit.“ Vor diesem Hintergrund erwarten Experten denn auch, dass die Zahl der intelligenten Sensoren, die in einer Fabrik miteinander kommunizieren werden, in den kommenden Jahren deutlich steigen wird: Nach einer aktuellen Studie von Roland Berger wächst das weltweite Absatzvolumen von intelligenten Sensoren jährlich um 17 %. Zwischen 2015 und 2020, so die Prognose der Berater, wird sich die Zahl der verkauften Einheiten voraussichtlich auf 30 Milliarden verdoppeln. Die gute Nachricht für die Kunden: Zwischen 2010 und 2020 wird sich der Preis für Sensoren voraussichtlich halbieren – getrieben durch die zunehmende Konkurrenz im Markt und die wachsenden Nachfrage nach günstigen Produkten. So sinkt der Preis, den die Hersteller für eine einzelne Sensoreinheit auf dem Markt erhalten, im Schnitt jährlich um 8 %. Voraussetzung für die Verbreitung der Sensorik in der smarten Fabrik der Zukunft ist deren Kommunikationsfähigkeit. Das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 der Plattform Industrie 4.0 gibt vor, dass ein Sensor über alle Ebenen des Modells Daten austauschen können muss, wenn er als echte Industrie 4.0-Komponente funktionieren können soll. Sick-Geschäftsführer Müller geht deshalb davon aus, „dass in Zukunft alle Sensoren die Anforderungen erfüllen müssen, kommunikationsfähig zu sein“. Leuze-Experte Baumgardt Zahl der intelligenter Sensoren wird steigen Diese Einschätzung teilt Leuze-Experte Baumgardt: „Bislang werden die Sensordaten in einer zentralen Steuerung gebündelt und ausgewertet. Um Produktionsprozesse wirklich flexibler gestalten zu können, müssen diese beispielsweise mit Kundendaten und -auftragsarten abgeglichen werden, was zu einer Vernetzung mit MES- und ERP-Systemen führt.“ Die Kopplung mit MES- und ERP- Systemen erfolge heute noch überwiegend über die Anlagensteuerung selbst. Dies führt laut Baumgardt dazu, „dass eine stärkere Verbreitung von Sensordaten und Anlageninformationen noch recht aufwändig in der Steuerung nachprogrammiert werden muss“. Zwischen 2015 und 2020 wird sich nach Prognosen von Roland Berger die Zahl der verkauften intelligenten Sensoren voraussichtlich auf 30 Milliarden verdoppeln Grafik: Roland Berger K|E|M Konstruktion 05 2017 37
