Kein I 4.0 ohne intelligente Sensorik!

Was mit Sensorintelligenz heute schon möglich ist: Das Informationszeitalter hat für die Industrie erst begonnen. Basierend auf dem grenzenlosen Austausch von Fertigungs-, Produkt- und Logistikdaten werden bessere Entscheidungen und eine umfassende Transparenz über alle Wertschöpfungsstufen möglich. Die verbesserte Ressourceneffizienz hängt am Anfang der Prozesskette entscheidend vom Datenlieferanten ab: der intelligenten Sensorik. Intelligente, robuste und zuverlässige Sensorik ist unverzichtbar für Herausforderungen wie sichere Mensch-Maschine-Interaktion, hohe Varianz und die Beherrschung kurzfristiger Nachfrageschwankungen.

Zukünftig werden Pakete immer schneller befördert werden. Die Abstände zwischen den Paketen werden kleiner. Deshalb ist es noch wichtiger, die Qualität der Produkte zu überprüfen.

Zukünftig werden Pakete immer schneller befördert werden. Die Abstände zwischen den Paketen werden kleiner. Deshalb ist es noch wichtiger, die Qualität der Produkte zu überprüfen.

Sensoren sind wie Sinnesorgane, deren Rückmeldungen erst intelligente Maschinen möglich machen. Sensorintelligenz fokussiert die Ausstattung von Maschinen mit der Fähigkeit des intelligenten Sehens, Erkennens und Kommunizierens. Der Beitrag intelligenter Sensoren ist die Einordnung und Interpretation von Informationen. Intelligente Signalverarbeitung leitet aus großen Datenmengen die wirklich relevanten Informationen ab und stellt sie den unterschiedlichen Ebenen zur Verfügung. So entstehen parallel zur Maschinen- und Anlagensteuerung Information zur Überwachung von Produktionsanlagen, die Störungen erkennbar machen. Transparenter werdende Prozesse und Materialflüsse können effizienter und kostengünstiger gestaltet werden und erhöhen so die Wettbewerbsfähigkeit.

Passend zu den vier Herausforderungen „Quality Control“ auf der Sensor- und Antriebsebene, „Flexible Automation“ auf der Maschinenebene, „Safety“ auf der Produktionsebene und „Track-and-Trace“ auf der Unternehmensebene kann Sick im Bereich Industrie 4.0 bereits heute Lösungen darstellen und realisieren.

Mit durchgängiger Datenerfassung direkt am Fahrzeug kann das individualisierte Wunschauto durch den gesamten Produktionsprozess bis zur Auslieferung identifiziert werden.

Mit durchgängiger Datenerfassung direkt am Fahrzeug kann das individualisierte Wunschauto durch den gesamten Produktionsprozess bis zur Auslieferung identifiziert werden.

Variantenvielfalt und Komplexität

Maximale Produktivität bei Produktvariation bis zur „Losgröße 1“ ist ein zentrales Ziel des Konzepts Industrie 4.0. Fertigungsanlagen müssen flexibel sein und sich den individuellen Kundenwünschen anpassen. Durch hohe Produktvarianz mit immer kleineren Stückzahlen müssen sich intelligente Komponenten anpassen und dabei selbst steuern können. Industrie 4.0 wird erst durch intelligente, kommunikative Sensoren möglich: „Smart Sensor Solutions“, der Verwendung modernster Sensortechnologien in Verbindung mit einer vollständigen Integration in die Steuerungsebene, legt ein besonderes Augenmerk auf die Dezentralisierung bestimmter Automatisierungsfunktionalitäten in den Sensor zur Entlastung der Steuerung und Erhöhung der Produktivität von Maschinen.

Der MultiPac detektiert auch in Folie eingeschweißte PET-Flaschen zuverlässig.

Der MultiPac detektiert auch in Folie eingeschweißte PET-Flaschen zuverlässig.

Individualisierung durch flexible Verpackungsautomation

Am Beispiel einer Verpackungsmaschine zeigt sich, wie ein automatischer Chargenwechsel ohne manuellen Eingriff über sich selbst steuernde intelligente Komponenten eine höhere Produktvarianz bei genereller Produktivitätssteigerung ermöglicht. Vorverpackte Chargen mit Flaschen zu 0,5 und 1,5 l können mittels Detektion durch Smart Sensors mit automatischer Formatumstellung auf einer Anlage endverpackt werden. Die Sensoren erkennen den Produktwechsel und melden der Steuerung, dass sich die Anlage neu einstellen muss, damit der richtige Karton aufgerichtet, die Flaschen zugeführt, der Karton etikettiert und abtransportiert werden kann. Die Umrüstschritte werden auf einem Monitor aufgelistet, während sich die Maschine einstellt. Die Anlage läuft automatisch weiter und muss nicht manuell wieder in Betrieb genommen werden. Sollten die Sensoren bei der Längenmessung des Produkts eine falsche Zuordnung feststellen, melden sie dies der Steuerung. Das Produkt wird ohne Stillstand der Anlage aussortiert. Zudem liefern die Sensoren Daten für die vorausschauende Wartung, beispielsweise Feinstaubüberwachung der Anlage, um automatisch prozessstabilisierende Maßnahmen einzuleiten.

Perfektes Zusammenspiel: Der DeltaPac liefert das Triggersignal für den kamerabasierten Codeleser LECTOR®.

Perfektes Zusammenspiel: Der DeltaPac liefert das Triggersignal für den kamerabasierten Codeleser LECTOR®.

Roboterabsicherung mit Laserscanner

Sensorintelligenz ist Voraussetzung für die sichere Interaktion von Mensch und Maschine. Im Rahmen von Industrie 4.0 wird mit intelligenter Sensorik nicht nur die Sicherheit für den Menschen gewährleistet, sondern auch die Realisierung ständig steigender Produktionsvorgaben. Schon heute bietet SICK bis zu vier simultane Schutzfelder und erhöht damit Ergonomie und Effizienz komplexer Maschine erheblich. Die heute genutzten digital schaltenden Schutzfelder werden von flexiblen abgelöst. Flexible Schutzfelder werden bei hochdynamischen Bewegungen automatisch berechnet und entsprechend der Gefahrbereiche des Roboters eingestellt. Auch die Inbetriebnahme wird durch intelligente Sensorik deutlich einfacher und schneller. Die Kompaktsysteme tasten durch einen integrierten Drehspiegel wie ein optisches Radar ihre Umgebung zweidimensional ab und messen Entfernungen nach dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung. Dadurch entstehen frei definierbare Schutzbereiche.

Vertikale Integration für Track-and-Trace

Weil der Variantenreichtum in der industriellen Produktion immer weiter steigt, spielen Aspekte wie Transparenz und Rückverfolgbarkeit eine immer wichtigere Rolle. Transparenter Materialfluss in der Produktion und Logistik sind erforderlich, um die Rückverfolgbarkeit von Produkten über komplexe Fertigungs- und Logistikprozesse hinweg sicherzustellen. Mit durchgängiger Datenerfassung direkt am Fahrzeug kann das individualisierte Wunschauto durch den gesamten Produktionsprozess bis zur Auslieferung identifiziert werden. Die Sensorik erkennt unmittelbar an der Karosserie und somit unverwechselbar, welche Montageschritte eingeleitet werden müssen und gewährleistet durchgängige Transparenz bis zur Auslieferung. Verarbeitungsschritte am Objekt werden über wiederbeschreibbare RFID-Tags aktualisiert. Lesesicherheit ist ein Muss, denn bei Lesefehlern drohen Fehlleitungen, Verwechslungen oder Produktionsausfälle. Zum Einsatz kommen hier vermehrt an Komponenten verbaute oder in Teile integrierte RFID-Datenträger. Sie zeigen höchste Verfügbarkeit und lassen sich selbst dann sicher identifizieren, wenn sie z. B. mit Lack überzogen sind.

Zuverlässige Datenerfassung und Nachverfolgung

Zukünftig werden Pakete immer schneller befördert werden. Die Abstände zwischen den Paketen werden kleiner. Deshalb ist es noch wichtiger, die Qualität der Produkte zu überprüfen. Dazu werden die Daten der Pakete auf dem Förderband gescannt und in die Software eingelesen. Die Pakete werden identifiziert und verglichen: Ist das Paket beschädigt? Ist der Code vollständig? Sind Gewicht und Volumen gleich? Gibt es einen Paketstau oder ist gar ein Paket verloren gegangen? Durch umfassende Produkt- und Produktionsdaten ist eine autonome Fehlererkennung möglich. Der vollständige Datenabgleich passiert in Sekundenschnelle. Mängel können über alle Zentren zurückverfolgt werden und es ist nachvollziehbar, wo die Schwachstelle ist. Zudem können Qualitätsmängel im Prozess identifiziert und behoben werden. Da die Geschwindigkeiten auf den Förderbändern weiter erhöht werden, ist eine maximale Produktivität gewährleistet, und das global. Die Sensorik erkennt Veränderungen am Objekt und ermöglicht eine lückenlose Datenerfassung. Die Softwarelösung analysiert die Prozessdaten und leitet Aktionen ein.

Mehrwert durch Verknüpfung

SICK hat schon immer intelligente Sensorik entwickelt und hergestellt und entwickelt diese Unternehmensstrategie seit zehn Jahren unter dem Schlagwort Sensorintelligenz konsequent weiter. Mit diesem hat SICK bereits 2004 die Zukunft der Automation ins Auge gefasst, die heute als Vision unter Begriffen wie „Industrie 4.0“ bekannt ist. Die Kombination aus einer Vielzahl von Daten und der Auswertesoftware ist eine wichtige Voraussetzung für das Zukunftsthema Industrie 4.0. Ein echter Mehrwert ergibt sich aber erst, wenn die erfassten Daten als Entscheidungsgrundlage für Verbesserungen genutzt werden können. In diesen Daten steckt großes Potenzial – aber gleichzeitig auch eine große Herausforderung: Daten so aufzubereiten, dass die richtigen Entscheidungen getroffen werden können. Der Grundstein für Industrie 4.0 ist die nahtlose Durchgängigkeit von Daten und Informationen vom Sensor bis zur Steuerung und zurück.

Neue Dimensionen der Sensorik

Bei der Weiterentwicklung intelligenter Sensorik sind Zukunft und Vergangenheit nicht voneinander unabhängig. Sie bilden sie eine untrennbare Einheit aufeinander aufbauender technologischer Entwicklungen. Der Unternehmensgründer, Dr. e. h. Erwin Sick, erarbeitete seine Vision der Sensorik mit optischer und mechanischer Präzision. Er schuf damit zuvor nicht dagewesene intelligente Lösungen, z. B. für Maschinenabsicherung und Emissionskontrolle. Fortschritte in der Elektronik erlaubten die Miniaturisierung der Geräte. Sie sind der wesentlichen Technologietreiber in der Automatisierungstechnik. Beispiel dafür sind die leistungsfähigen selbst entwickelten ASICs, die SICK u. a. in optischen und induktiven Sensoren einsetzt. Die immer höhere Rechenkapazität der Chips ermöglicht die dezentrale Verarbeitung deutlich höherer Datenmengen und damit auch den Einsatz komplexer mathematischer Verfahren. Das führt zu völlig neuen Dimensionen an Umfang, Genauigkeit und Robustheit der Messungen und ermöglicht mehrdimensional messende Sensorlösungen wie Kamerasysteme und Laserscanner.

Vom Sensor zur Sensorintelligenz

Erst die passende Ausstattung an Software und Applikationswissen macht aus den immer intelligenteren Sensoren Sensorintelligenz. Die intelligente Verknüpfung von Anwendungswissen mit der Flexibilität moderner Softwarearchitekturen ermöglicht die nächste Entwicklungsstufe der Sensorik mit der Möglichkeit, dass Sensoren umfangreichere Auswertungen vornehmen, sich autonom an Veränderungen anpassen, im Netzwerk kommunizieren und komplexe Aufgabenstellungen innerhalb eines größeren Fertigungsverbunds dezentral lösen können. Der Sensor verbindet sich mit der gesamten Wertschöpfungskette und sorgt für Transparenz in der Fertigung. Er ist der Torwächter in die Welt von Industrie 4.0. Dabei bleibt Sensorintelligenz bei allen virtuellen Welten vor allem eines: Bestandteil eines Sensors. Denn auch Cloud und App benötigen eine physische Basis in der realen industriellen Umgebung und damit eine robuste und zuverlässige Hardware. Und um diese zu bauen, braucht es vor allem eines: jahrzehntelange Erfahrung.

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