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Industrie 4.0

Sensoren und Messtechnik spielen eine zentrale Rolle

Sensoren und die mit ihnen erfassten Daten spielen im Kontext von Industrie 4.0 eine zentrale Rolle, da durch sie die grundlegende Infomationsbasis entsteht, die für alle weiteren Schritte notwendig ist, um mittels Industrie 4.0 einen Mehrwert in einer industriellen Anwendungen zu generieren. Dr.-Ing. Benjamin Häfner, Oberingenieur am wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) über die Herausforderungen.

Es ist zu beobachten, dass die Verbreitung und Viefältigkeit von Sensoren in industriellen Anwendungen stetig ansteigt. Der verstärkte Sensoreinsatz unterstützt Skaleneffekte, sodass deren Kosten für die Anwender sinken.

Ein wichtiger Anwendungszweck von Sensoren im Rahmen von Industrie 4.0 ist, mit diesen intelligente Qualitätsregelkreise zu realisieren. Hierzu ist entscheidend, dass die Sensoren in-line in die Produktionsprozesse integriert werden, um eine möglichst umfassende Datenmenge zu den produzierten Teilen zu erhalten. Bei qualitätskritischen Bauteilmerkmalen ist dabei von besonderer Wichtigkeit, dass die erfassten Messwerte eindeutig den betreffenden Teilen zugeodnert werden können. Dies kann mittels Track&Trace-Technologien wie z.B. DMC oder RFID realisiert werden. In den Qualitätsregelkreisen können durch Entwicklung intelligenter Analyse- und Optimierungsalgorithmen die Fertigungs- und Montageprozesse echtzeitnah geregelt und verbessert werden. Während in den Fertigungsprozessen die Prozessparameter dynamisch adaptiert werden können, können in den Montageprozessen Komponenten mit sehr kritischen Toleranzen gezielt zueinander gepaart werden. Besonderes Potential entsteht dabei durch die horizontale Integration der Messdaten über unternehmensübergreifende Wertschöpfungsketten. Zur Korrelation der Daten können vielfältige Algorithmen der Künstlichen Intelligenz genutzt werden.

Besondere messtechnische Herausforderungen ergeben sich insbesondere bei unreifen Produktionstechnologien wie beispielsweise additiven Fertigungsverfahren oder neuartigen Prozessketten im Rahmen der Elektromobilität (z.B. zur Herstellung von Batterie- oder Brennstoffzellen), da deren Prozessstabilität erst dynamisch auf Basis erfasster Messdaten gesteigert werden muss. Auch für die zunehmende Betrachtung von zirkulären Wertschöpfungsketten, in denen Altteile recyclelt oder wiederaufgearbeitet werden, ist ein umfassender Einsatz von Sensorik zwingend erforderlich, um den Zustand der Altteile bewerten zu können.

Die Vielfalt unterschiedlicher Sensortechnologien, die in-line im Einklang mit den Taktzeiten der Produktion eingesetzt werden können, steigt stetig an. Eine zentrale Rolle nehmen dabei optische Messprinzien ein, da diese mit kurzen Messzeiten und flexibel einsetzbar sind. Darüber hinaus werden zunehmend verschiedene weitere zerstörungsfreie Prüfverfahren eingesetzt. Hierzu zählen zum Beispiel akustische, mikromagnetische, thermographische und röntgenbasierte Prinzipien. Diese versprechen insbesondere Potentiale, wenn im Materialinneren liegende Bauteildefekte erfasst werden müssen. Bei herausfordernden Messaufgaben können mehrere Sensoren mittels Verfahren der Datenfusion integriert werden. Großes Potential verspricht auch der Einbezug von produktseitigem Vorwissen in die Algorithmen der Messdatenanalyse, um den Informationgehalt der Auswertungen zu verbessern.


19.07.2020

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