Aufrufe
vor 4 Wochen

antriebstechnik 6/2021

  • Text
  • Forschung
  • Komponenten
  • Unternehmen
  • Gestaltung
  • Entwicklung
  • Anforderungen
  • Sensoren
  • Bild
  • Vergleich
  • Antriebstechnik
antriebstechnik 6/2021

SPECIAL: AUTOMATION UND

SPECIAL: AUTOMATION UND ROBOTICS INTELLIGENTE DATENVERARBEITUNG SMARTE SENSOREN ENTSCHEIDEND FÜR INDUSTRIE-4.0-ANWENDUNGEN Neue smarte Inertialsensoren schaffen ideale Voraussetzungen für automatisierte Anwendungen wie selbstlernende Maschinen oder ferngesteuerte Frachtschiffe. Ihr Vorteil gegenüber analogen und digitalen Messinstrumenten ist die Vorverarbeitung und Komprimierung immenser Datenmengen. In den vergangenen Jahren hat eine rasante technische Entwicklung stattgefunden und im Maschinenbau und in der Automatisierungstechnik zahlreiche neue Anwendungen möglich gemacht. Roboter arbeiten inzwischen als „Cobots“ ohne Schutzkäfig Seite an Seite mit Menschen. Hochempfindliche Sensoren erfassen dabei jede Bewegung im Arbeitsbereich des Roboters und verhindern so eine Kollision des Cobots mit seinen Kollegen aus Fleisch und Blut. Dank künstlicher Intelligenz sind die kompakten Roboter zudem immer leichter zu programmieren und trainieren sich sogar selbstständig neue Bewegungsabläufe an. Sensoren bilden darüber hinaus die Basis einer neuen Maschinen-Generation, die sich quasi selbst überwacht und dem Bedienpersonal meldet, wenn einzelne Komponenten ausgetauscht werden sollten. Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) wird diese intelligente Technologie genannt, die u. a. im Schienenverkehr Verwendung findet. Hier messen Inertialsensoren für die Trägheitsbestimmung in der „kontinuierlichen Zustandsüberwachung“ sowohl die vertikale Beschleunigung an den Radsatzlagern der Züge als auch die Beschleunigung im Inneren der Wagenkästen. Sie überwachen auf diese Weise vor allem die Längshöhe des Oberbaus, der sich aus Schienen, Schwellen und Schotter zusammensetzt. Liegen hier Fehler in der Gleisgeometrie vor, müssen sofort Instandhaltungsmaßnahmen ergriffen werden. Mittels selbstlernender Algorithmen erfolgt zudem die Prognose zur weiteren Entwicklung der Gleislageabweichungen. Mit ihrer Hilfe lässt sich der Zeitpunkt bestimmen, ab dem ein definierter Schwellwert erreicht wird und Instandhaltungsbedarf besteht. DIE IDEE „Da wir unsere Sensoren nach dem Baukasten-Prinzip fertigen, können wir sie exakt an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen und bei Bedarf auch mit zusätzlicher Intelligenz ausrüsten. In der Beratung wird außerdem geklärt, wie der Sensor konfiguriert wird und welche Aufgabe er übernehmen soll. Das ist insbesondere bei den neuen smarten Sensoren von entscheidender Bedeutung: Hier legen die Ingenieure gemeinsam mit dem Anwender fest, welche Daten vom Sensor verarbeitet und bewertet werden sollen, um daraus Informationen zu generieren.“ Dipl.-Ing. Markus Nowack, ASC GmbH Renate Bay ist Geschäftsführerin bei der ASC GmbH in Pfaffenhofen

SPECIAL: AUTOMATION UND ROBOTICS EINSATZ IN DER AUTOMATISIERTEN SCHIFFFAHRT Ein weiteres Beispiel für die enorme Bedeutung von Sensoren in der Fertigungs- und Automatisierungstechnik ist der Digitale Zwilling. Dieser Begriff bezeichnet ein Konzept, bei dem Produkte sowie Maschinen und ihre Komponenten anhand digitaler Werkzeuge im Cyberspace modelliert werden. So können Konstrukteure komplette Anlagen und Systeme in einer virtuellen 3D- Umgebung erstellen, simulieren und testen. Maschinen- und Anlagenbauer sparen so die Erstellung teurer Prototypen und verkürzen ihre Planungszeiten. Sensoren kommt bei der Erschaffung Digitaler Zwillinge eine Schlüsselrolle zu: Sie erfassen eine Vielzahl relevanter Daten in der realen Welt, aus denen dann die virtuelle Maschine modelliert und auch funktional simuliert wird. In der Schifffahrtstechnik werden ebenfalls Sensoren in großer Zahl eingesetzt. Menschliche Fehler sind in mehr als 75 Prozent der Fälle die Ursache für Kollisionen im Schiffverkehr. Die Ingenieure arbeiten daher unter anderem an der Entwicklung höchstautomatisiert fahrender Schiffe (Smart Shipping), die sicherer sein werden als bemannte Wasserfahrzeuge. Um die Schiffe präzise aus der Ferne steuern zu können, muss ihre Position über Sensoren kontinuierlich und hochgenau erfasst werden. Da gerade größere Schiffe sehr träge sind, müssen Korrekturmaßnahmen frühzeitig durchgeführt werden. Nur so lassen sich Kollisionen wirksam verhindern. SMARTE SENSOREN MIT INTEGRIERTER RECHENTECHNIK Alle genannten Anwendungen haben eines gemeinsam: Sie sind nur mit smarter Sensorik realisierbar. Sie unterscheiden sich von analogen oder digitalen Sensoren vor allem durch ihre Fähigkeit, Daten eigenständig zu verarbeiten. Sensoren erzeugen ungeheure Datenmengen, deren Auswertung für intelligente Applikationen wie Machine Learning oder Smart Shipping nötig ist. Da für die Verarbeitung der Daten meist die Übertragungskapazität zwischen Sensorik und Datenerfassung bzw. -auswertung den Flaschenhals darstellt, kann diese ohne eine vorherige Aufbereitung auf dem Sensor kaum gehandhabt werden. Der Sensorik-Spezialist ASC hat deshalb speziell für sogenannte Industrie 4.0-Applikationen eine Reihe smarter Sensoren entwickelt. Sie übernehmen nicht nur das Pre-Processing der Messdaten wie A/D-Wandlung und Filterung, sondern können die vorverarbeiteten Daten dank der integrierten Rechentechnik auch aus- und bewerten. Eine aufwändige externe Datenerfassung und Verarbeitung entfällt damit. Eine weitere Besonderheit der smarten Sensoren ist die Art der Signalausgabe: Während Digitale Sensoren mit integrierter Datenerfassung eröffnen für viele Anwendungen ein neues Effizienzpotenzial herkömmliche Sensoren eine große Menge an Rohdaten an Peripheriegeräte senden, übermitteln smarte Sensoren oftmals nur noch eine Statusinformation. Im Falle von Predictive Maintenance-Applikationen wäre das z. B. die Meldung, dass eine Maschinen-Komponente bald getauscht werden sollte. AUSGABE VON STATUSINFORMATIONEN OHNE EXTERNE VERARBEITUNG Smarte Sensoren können ihre Signale zudem drahtlos übertragen, sodass eine aufwändige und zeitintensive Verkabelung nicht nötig ist. Gerade bei komplexeren Prüfstandsanwendungen mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden und parallelen Messungen wird dadurch eine deutliche Reduzierung der notwendigen Peripherie erzielt. Die Sensoren lassen sich darüber hinaus leicht in Netzwerke oder Clouds integrieren. „Anwender können auf diese Weise ihren Engineering-, Zeit- und Kostenaufwand stark reduzieren“, berichtet Dipl.-Ing. Markus Nowack von ASC. Viele Industrie 4.0-Anwendungen sind signifikant von der Qualität der Sensorik abhängig, da sie maßgeblich zur Genauigkeit der Prognose und somit zur Wirtschaftlichkeit und Betriebsqualität beiträgt. Inertialsensoren von ASC erfassen physikalische Größen für die Trägheitsbestimmung (Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit) hochgenau und analog – sie unterscheiden sich auf den ersten Blick lediglich in der Signalausgabe. Im Gegensatz zu analogen oder digitalen Ausführungen bieten die neuen smarten Inertialsensoren nicht nur eine reine Datenerfassung. Dank integrierter Rechentechnik wird die komplette Signalverarbeitung und Zustandsbewertung der jeweiligen Applikation im Sensor durchgeführt. Mit smarten Sensoren will sich ASC deshalb vom reinen Komponenten-Hersteller zum Lösungsanbieter mit individueller Beratung entwickeln. Fotos: Aufmacher: Aun Photographer/shutterstock.com, ASC GmbH www.asc-sensors.de

Aktuelle Ausgabe

Aktuelle Ausgabe