Intelligente Vorverarbeitung direkt im Sensor - Qualität statt Quantität: wenn aus Daten Informationen werden

Kommunikationsfähige Sensoren bieten mehr Transparenz und damit neue Möglichkeiten bei der Qualitätssicherung und Prozessoptimierung im Produktionsprozess – ganz im Sinne von Industrie 4.0. Dieses Ziel erfordert aber weitaus mehr Informationen, um die richtigen Entscheidungen zu treffen. Eine Folge davon ist eine enorme Datenflut, mit denen die übergeordneten Systeme konfrontiert werden. Sensorintelligenz wertet bereits im Sensor die Daten entsprechend aus und übernimmt die Vorverarbeitung: Es fließen nur die Informationen, die wirklich von Bedeutung sind.

Ob Rohdaten oder vorverarbeitete Informationen: Ohne entsprechende industrietaugliche Schnittstelle ist weder eine Datenübertragung noch eine bidirektionale Kommunikation möglich. Neue Produktions- und Logistikkonzepte im Kontext von Industrie 4.0 verlangen aber immer mehr kommunikationsfähige Sensoren.

Intelligente Automatisierungsfunktionen inklusive

Eine zuverlässige Datenerfassung und die Umwandlung der gewonnenen Daten in die wirklich benötigten anwendungsrelevanten Informationen direkt im Sensor: Das ist der Kern von Industrie 4.0. In sich geschlossene Teilaufgaben lassen sich dadurch schneller, präziser und effizienter bewältigen als in der Maschinensteuerung.

Die Vorteile:

  • Zustandsüberwachung im Sensor ermöglicht eine aktive Selbstüberwachung und dadurch eine vorausschauende Wartung.
  • Größere Prozessgeschwindigkeit der Maschine und dadurch Steigerung der Maschinenleistung. Die für den Steuerungsprozess nötigen Informationen errechnet der Sensor direkt und leitet sie anschließend an die Maschinensteuerung weiter.
  • Mehr Effizienz im gesamten System: Es werden nicht mehr große, rechen- und zeitintensive Datenmengen, sondern vorverarbeitete Informationen an die Steuerung übermittelt. Die Datenaufbereitung in der Steuerung entfällt.
  • Präzisere Messwerte, da die Schwankung, verursacht durch das zyklische Einlesen der Impulse in die Steuerung, entfällt. Der Sensor berechnet die Messwerte eigenständig und präzise.
  • Der Sensor übernimmt teilweise die Aufgaben bei der Datenaufbereitung und entlastet so die Maschinensteuerung.

Mehr Transparenz, mehr Kontrolle

Die volle Transparenz der Automatisierungsfunktionen und Parameter eines Sensors – auf allen Ebenen der Automatisierungspyramide – erlaubt auch eine bessere Kontrolle ganzer Prozesse: Zusätzlich zu den reinen Prozessdaten und Informationen der Applikationsfunktionen, die der Steuerung ständig und in Echtzeit zur Verfügung stehen, können Sensoren weitere Informationen für die Prozessüberwachung und Prozessbewertung liefern. Diese Informationen lassen sich bei Bedarf durch die Steuerung abfragen. Dies ermöglicht gleichzeitig eine Fehleranalyse oder das Überwachen eines Teilprozesses.

Mehr Kontrolle bedeutet auch, Sollabweichungen innerhalb eines kompletten Ablaufs zu überwachen und gegebenenfalls anzuzeigen: So detektieren bspw. die Gabelsensoren WFS von SICK Etiketten nicht nur zuverlässig, sondern liefern auch Informationen über die tatsächliche Anzahl der Etiketten auf einer Banderole. So lassen sich Abweichungen erkennen und beim Hersteller der Etiketten geltend machen.

Paradigmenwechsel in der Automatisierung

Im Kontext von Industrie 4.0 entstehen zudem immer neue Herausforderungen: So hat der Wunsch nach einer flexiblen, kundenspezifischen Produktion („Losgröße 1“) eine größere Variantenvielfalt zur Folge. Hohe Maschinenverfügbarkeit und Produktionseffizienz müssen dennoch gewährleistet sein.

Mit programmierbaren Sensorlösungen und flexiblen Lösungskonzepten aus Software und Hardware macht SICK einen großen Schritt in Richtung Industrie 4.0 und vernetzt die industrielle Wertschöpfungskette. Binäre Beurteilungen wie „ja oder nein“ und „gut oder schlecht“ werden abgelöst von der Entwicklung individueller Applikationen, die auf einer Vielzahl von Daten sowie deren intelligenter Auswertung basieren.

Die Automatisierungsarchitektur wird sich im Zuge von Industrie 4.0 verändern. Die bekannten Ebenen werden durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Businessmodellen abgelöst. Die Software wird nicht mehr nur auf einem Rechner vorgehalten, sondern wandert direkt in den Sensor. Die Sensoren wiederum erhalten Rechnerkapazität und werden individuell programmierbar. Auch werden sie zukünftig direkt mit der so genannten Cloud kommunizieren können – entweder auf direktem Weg oder über eine Sensor Integration Machine (SIM). Besonders zukunftsweisend – und damit zukunftssicher – ist die technologieübergreifende Sensorintegration. Diese ermöglicht erstmals in dieser Form eine vollständige, digitale Objekttransformation für die Datenerfassung und -archivierung zur Qualitätskontrolle, Prozessanalyse und vorausschauenden Wartung im Umfeld von Industrie 4.0.

Flexible Lösungskonzepte für Software und Hardware

Die vierte Revolution in der Industrie fördert und fordert visionäre Sichtweisen. Grundlegende Veränderungen stehen an: Intelligente, sehende Sensoren erfassen eine Vielzahl von Daten und sind mehr als nur einfache Schalter zur Steuerung industrieller Fertigungsabläufe. Die Gut-/Schlechtteilerkennung durch einen Sensor ist das klassische Beispiel einer binären Beurteilung – und hat mit einer zukunftsweisenden Lösung für die Smart Factory zunächst wenig zu tun. Lassen sich die vom Sensor erfassten Daten jedoch dazu nutzen, konkrete Maßnahmen zur Vermeidung von Schlechtteilen zu ergreifen, dann verändert dies das Mehrwertpotenzial und den Nutzen der Lösung immens.

Mit SICK AppSpace hat SICK bereits einen großen Schritt in die digitale Zukunft gemacht. Das Eco-System SICK AppSpace bietet Systemintegratoren und Erstausrüstern (OEM) die Freiheit und Flexibilität, ihre Applikationssoftware direkt auf den programmierbaren SICK-Sensoren passend für die spezifischen Aufgabenstellungen zu entwickeln. So können maßgeschneiderte Lösungen nach individuellen Kundenbedürfnissen umgesetzt werden.

SICK AppSpace vereint Software und Hardware und besteht aus zwei Elementen: die programmierbaren SICK-Sensoren sowie das SICK AppStudio, ein Entwicklungssystem für Applikationen. Die flexible Architektur und die programmierbaren Geräte ermöglichen es, Daten für Cloud-Services im Kontext von Industrie 4.0 zu generieren. Die Software sitzt im Sensor und kann direkt daraus Informationen weitergeben. So werden Anwender optimal in den Bereichen Qualitätskontrolle, Rückverfolgbarkeit sowie vorausschauende Wartung unterstützt.

Autor des Artikels

Bernhard Müller, Geschäftsleitung Industrie 4.0, SICK AG, Waldkirch