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Sensorik

Industrie 4.0 braucht schlaue Sensoren

| Autor: Jan Vollmuth

Sensoren, die nur physikalische Größen erfassen, reichen den Anforderungen von Industrie 4.0 nur bedingt. Das Ziel Losgröße 1 erfordert Sensoren, die denken können.

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(Bild: gemeinfrei / CC0)

Sie sind Vermittler zwischen den Welten: Sensoren stellen die Verbindung her zwischen der digitalen und der realen Welt – und zählen damit zu den wichtigsten Bausteinen bei der Umsetzung von Industrie 4.0. Zu deren Zielen gehört die Produktion in Losgröße 1, um individuelle Kundenwünsche bedienen zu können. Auf dem Weg zur wirtschaftlich Fertigung von Einzelstücken stehen produzierende Unternehmen allerdings noch vor zahlreichen Herausforderungen: So müssen zum Beispiel Bauteile identifiziert und lokalisiert werden, Maschinen und Systeme miteinander und mit ihren menschlichen Kollegen kommunizieren; darüber hinaus ist eine passende Anwendungslogistik erforderlich, die Entscheidungen und Vorgänge steuert.

Mehr als nur Messwerte erfassen

Aufgaben, denen herkömmliche Sensoren zum Messen physikalischer Größen wie Temperatur, Kraft oder Beschleunigung nicht mehr gerecht werden, so das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS. Losgröße 1 erfordere vielmehr Technologien aus dem Bereich der kognitiven Sensorik. „Kognitiv bedeutet dabei, dass die Sensoren nicht nur Messwerte erfassen und mit Methoden der klassischen Signalverarbeitung vor-verarbeiten, sondern auch in der Lage sind, aus diesen Werten Schlussfolgerungen abzuleiten“, erklärt Prof. Dr. Albert Heuberger, geschäftsführender Leiter des Fraunhofer IIS. „Dazu werden sie mit zusätzlichen Fähigkeiten ausgestattet, die auf Maschinenlernverfahren basieren. Die Sensoren werden dabei durch Erfahrungswissen aus der Umwelt angereichert, um bestimmte Muster und Trends aus den Signalen ableiten zu können.“

Dabei handelt es sich um keine Zukunftsmusik: Auf der Hannover Messe 2018 Ende April demonstrierten Wissenschaftler des Fraunhofer IIS den praktischen Einsatz kognitiver Sensoren am Beispiel einer Motor-Montage. Die vorgestellten Lösungen reichten von der Lokalisierung von Flurförderzeuge für verbesserte Lagerabläufe und der Anlieferung des Motors an die korrekte Station über die Unterstützung der Montage mit intelligentem Werkzeugtracking, intelligenten Behältern und Komissioniersystemen bis zur Zustandsüberwachung von Maschinen. Die dabei mittels kognitiven Sensorsystemen gesammelten Daten werden beispielsweise per Predictive Analytics – ein Prognoseverfahren, um künftige Ereignisse zu ermitteln – auch genutzt, die Supply Chain automatisiert zu steuern und zu überwachen.

Keine Zukunftsmusik

Alle vorgestellten Technologien wurden laut Fraunhofer IIS bereits in industriellen Pilotprojekten getestet und optimiert. Derzeit laufen beispielsweise Pilotprojekte mit BMW und Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit Siemens und anderen Partnern, die Teile ihrer Fertigung und ihrer Logistik mit digitalen Technologien ausstatten, um ihre Mitarbeiter gezielt durch Assistenzsysteme in der Interaktion mit der Maschine zu unterstützen.

„Mit kognitiver Sensorik wird der digitale Wandel konkret umsetzbar“, erläutert Prof. Dr. Heuberger. „Kognitive Systeme sind die Nervenzellen des industriellen Internet of Things, kurz IIoT.“ Messwerte würden nicht nur erfasst oder ausgewertet, sondern auch bedarfsgerecht weitergeleitet. „Das Fraunhofer IIS liefert hierzu konkrete Lösungen für die drahtlose Kommunikation und Lokalisierung im gesamten IIoT- und IoT-Umfeld.“

Kognitive Sensoren und Systeme werden die Zukunft der technologischen Entwicklung stark beeinflussen, ist sich der Professor sicher: „Neben anderen großen Forschungstrends wie Biologisierung oder Energieversorgung wird die Ausstattung von Maschinen mit kognitiven Fähigkeiten einen enormen Impact auf Wirtschaft und Gesellschaft haben. Unsere Wettbewerbsfähigkeit hängt davon ab, ob wir in Deutschland technologisch auf diesem Feld mitspielen können.“

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