Die Rolle von Smart-Sensoren im Rahmen der Industrie 4.0

Smart-Sensoren bilden die Grundlage, um die Digitalisierung und Industrie 4.0 wesentlich voranzutreiben. Sie liefern wichtige Daten, die zur effizienten Steuerung von Anlagen und Produktionslinien unabdingbar sind. Wichtig ist dabei, dass ein Sensor nur dann wirklich smart ist, wenn er nicht nur den reinen Messwert überträgt. Vielmehr soll er auch nützliche Zusatzinformationen generieren und bereitstellen. Das alles geschieht digital und vernetzt, um Effizienz zu steigern, Gefahren zu reduzieren und die gesamte Produktionshalle zentral steuern und optimieren zu können.

Wir erklären Ihnen in diesem Artikel alle Details zu Smart-Sensoren, wie sie funktionieren und welche Vorteile Sie durch den Einsatz erzielen können. Auf diese Weise stellen Sie alle Weichen, um auch in Zukunft jederzeit wettbewerbsfähig zu bleiben.

Was sind Smart-Sensoren?

Sensoren werden schon seit Jahrzehnten erfolgreich in der Industrie eingesetzt und bedienen sich dabei seit Längerem sogar der digitalen Kommunikation. Es kommen im Zuge der Digitalisierung und der Industrie 4.0 jedoch auch vermehrt intelligente Sensoren zum Einsatz. Diese unterscheiden sich in einigen wichtigen Punkten gegenüber ihren Vorgängermodellen, die weit über einen digitalen Kommunikationsweg hinausgehen.

Denn Smart-Sensoren erfassen nicht nur einfach die benötigten Messwerte und senden sie weiter, sondern sie können die Daten auch direkt verarbeiten, anreichern und untereinander austauschen. Damit leisten sie eine Grundlage für die weitere Handhabung. So können anschließend Algorithmen mithilfe der Daten flexibel und ohne jegliches menschliches Eingreifen die Produktion je nach Bedarf anpassen. In einem weiteren Schritt können diese Daten sogar dazu genutzt werden, um die Produktion mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) noch weiter zu automatisieren.

Was macht Smart-Sensoren so smart?

Smart-Sensorsysteme zeichnen sich durch Mikrochips aus, die eine Verarbeitung von Daten bereits am Messpunkt vornehmen können. Dabei kommen oft ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller und ein digitaler Signalprozessor (DSP) zum Einsatz. Das ermöglicht es dem Sensor, auch komplexe Berechnungen vornehmen zu können, ohne dabei auf einen externen Computer angewiesen zu sein.

Die Messung, Signalaufbereitung und Signalverarbeitung der Daten kann direkt innerhalb des Sensors erfolgen. Genau deswegen bezeichnet man ihn als „smart“ oder „intelligent“ im Vergleich zu älteren Modellen, die diese Fähigkeiten in der Regel nicht besitzen. Es geht also nicht nur darum, Daten zu erfassen und zu versenden. Viel wichtiger ist die Eigenschaft des Sensors, diese Informationen zuvor sinnvoll anzureichern.

Warum Smart-Sensoren so essenziell für die Industrie 4.0 sind

Smarte und digitale Sensoren erlauben es Ihnen, viele Vorteile der Digitalisierung und der Industrie 4.0 zu realisieren. Im Folgenden möchten wir einen genaueren Blick auf wichtige Themen werfen, von denen jedes produzierende Unternehmen ganz erheblich profitieren kann.

● Maschinelles Lernen
● Digitale Vernetzung
● Predictive Maintenance
● Smart-Factory

Maschinelles Lernen

Ein wesentlicher Aspekt der Industrie 4.0, ist das maschinelle Lernen. Dabei übernehmen oft Algorithmen und in naher Zukunft sicherlich auch immer mehr KI die Steuerung des Produktionsprozesses. Diese können dabei sogar so programmiert werden, dass sie von Lerneffekten vergangener Daten profitieren. In vielen modernen Produktionsanlagen übernehmen intelligente Programme bereits die komplette Steuerung aller Maschinen.

Das gelingt jedoch nur dann, wenn zuvor alle Daten sauber erfasst und zur Verfügung gestellt wurden. Und genau hier kommen Smart-Sensoren ins Spiel. Sie liefern dem Algorithmus, dem Software-Programm oder der KI alle benötigten Informationen, damit diese die richtigen Entscheidungen treffen kann. Aufgrund der permanenten Versorgung durch hochwertige Daten wird damit ein perfektes Ökosystem für das maschinelle Lernen geschaffen.

Digitale Vernetzung

Der wohl bekannteste Schritt in Richtung der Industrie 4.0 ist die digitale Vernetzung aller Maschinen und Systeme in der Produktionshalle. Auch hierbei leisten smarte Sensoren den ersten wichtigen Schritt, nämlich die digitale Erfassung eben all dieser Informationen. Anschließend können diese Daten über das Netzwerk schnell und effizient untereinander ausgetauscht werden.

Auch die Bereitstellung aller Informationen in der Cloud ist somit möglich, damit Mitarbeiter von überall aus den einwandfreien Betrieb überprüfen, steuern und bei Bedarf anpassen können. Zudem lassen sich dann kinderleicht weitere Systeme integrieren und anschließen, auch wenn diese am anderen Ende der Welt stehen. Sie können die Vernetzung aber natürlich auch auf Wunsch nur auf die eigene Halle beschränken.

Predictive Maintenance

Ein essenzieller Faktor der Industrie 4.0 ist auch die sogenannte „Predictive Maintenance“. Dabei handelt es sich um die vorausschauende Wartung von Maschinen und Systemen. Aufgrund von steigenden Gehaltskosten und allgemeinem Fachkräftemangel ist es heute wichtiger denn je, die eigenen Ressourcen und Mitarbeiter möglichst gezielt einzusetzen.

Lesen Sie hierzu auch den Fachartikel von Herrn Dr. Peter Günther in dem ew-Magazin 11/2022 zu den unterschätzen Potenzialen von Energiemanagementsystemen.

Smart-Sensoren können dabei helfen, mögliche Fehlfunktionen frühzeitig zu erkennen, um Gefahren sowie Schäden zu minimieren. Je besser und aktueller Ihre Daten sind, desto früher erkennen Sie, ob es ein Problem gibt. Letztlich sparen Sie sich also nicht nur viel Zeit, sondern reduzieren auch Kosten und erhöhen dabei die Anlagenverfügbarkeit.

Smart-Factory

Eines der ultimativen Ziele der Industrie 4.0 ist die Smart-Factory. Diese verbindet modernste Technologien, damit der Mensch am Ende nur noch bei absoluten Ausnahmefällen eingreifen muss. Denn die intelligente Fabrik arbeitet größtenteils selbstständig und trifft eigene Entscheidungen, so wie bereits beim Punkt des maschinellen Lernens angedeutet.

Die Smart Factory geht hier noch einen Schritt weiter, aber sie schafft das nur mithilfe von Smart-Sensoren. Diese liefern die wichtige Datengrundlage, damit die Fabrik im Nachhinein die riesigen Datenmengen verarbeiten kann. In diesem Zusammenhang hört man auch immer wieder vom Internet der Dinge und Big Data, die in der Smart Factory ebenfalls von wichtiger Bedeutung sind.

Kann man ältere Anlagen und Maschinen nachrüsten?

Während neue Anlagen und Maschinen oft schon ab Werk mit neusten Smart-Sensoren ausgestattet sind, ist das bei älteren Modellen in der Regel nicht der Fall. Diese lassen sich teilweise nachrüsten, das hängt aber natürlich immer ein wenig vom jeweiligen Modell ab. Zudem ist es auch wichtig, welche Daten Sie eigentlich erfassen wollen.

So lassen sich insbesondere Gebäude und Anlagen einfach nachrüsten, gerade, wenn es zum Beispiel um die Erfassung von Temperatur sowie Luftfeuchtigkeit geht. Je nach Art der gewünschten Verarbeitung können das einfache oder smarte Sensoren bewerkstelligen. LoRaWAN-Sensoren zählen in der Regel zwar nicht zu Smart-Sensoren, aber Sie erlauben Ihnen eine einfache und günstige Nachrüstung.

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Quellen: