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BMW verbessert die Anlagenverfügbartkeit durch Vernetzung der Produktion: Jede gewonnene Minute bedeutet ein zusätzlich gebautes Fahrzeug. - Bild: BMW

Wie die Betreiber von Maschinen und Anlagen auch ohne hohe Investitionen aufrüsten können, beschreibt Peter Früauf, VDMA.

Sensoren werden immer integrierter und intelligenter

In der klassischen Definition ist ein Sensor ein Element, das aus einer physikalischen Größe ein meist analoges elektrisches Signal erzeugt. Der Abgleich des Sensors, die Verarbeitung und Übertragung des elektrischen Signals bleibt dabei im Verantwortungsbereich des Anwenders“, erklärt Josef Sauerer, Bereichsleiter Smart Sensing and Electronics, Fraunhofer IIS.

Für den Anwender sei das schon eine Herausforderung, da er hierfür spezielles Elektronik-Know-how benötige. Mittlerweile habe der technische Fortschritt in der Mikrosystemtechnik und in der Mikro- bzw. Nanoelektronik vieles besser und einfacher gemacht: „Inzwischen entwickeln sich einfache Sensoren zu höher integrierten und intelligenten Systemen mit Selbstabgleich, Selbstüberwachung, umfangreicher Signalkonditionierung, Digitalisierung, digitaler Signalverarbeitung und digitalen Systemschnittstellen.

System- oder Störgrößen werden häufig an zum Teil weit entfernte Überwachungszentralen übertragen“, so Sauerer. Für den Anwender ist dies bequemer. In der Produktion stehen damit zugleich wesentlich mehr Informationen zur Verfügung als bisher. Und diese Daten können ortsunabhängig zu den verschiedensten Zwecken genutzt werden. „Ein intelligenter Sensor kann die Daten vorverarbeiten, er kann Daten filtern, selektieren oder zwischenspeichern. Intelligente Sensoren sollten aber auch alle möglichen Kommunikationsbausteine abdecken können“, ergänzt Peter Früauf, der stellvertretende Geschäftsführer des Fachverbandes Elektrische Automation innerhalb des VDMA.

Mehr Sicherheit für Mensch und Maschine

Doch wieviel Intelligenz braucht Produktion? „Der Einsatz intelligenter Komponenten ist heutzutage unerlässlich“, sagt die Ingenieurin Dr. Fiona Mavroudis. Sie ist Applikations-Entwicklungs-Leiterin bei Eickhoff und verantwortet das Projekt EiControlPlus mit, eine Walzenladerautomatisierung für den Einsatz unter Tage. In ihrem Beispiel sorgen intelligente Sensoren und Kameras für mehr Sicherheit für Mensch und Maschine – und größere Effizienz im Abbauprozess. Eickhoff stellt Hochleistungsmaschinen für den untertägigen Bergbau, branchenspezifische Getriebe und Speziallokomotiven her.

Diese sind teilweise Extrembedingungen ausgesetzt: Die Maschinen des Mittelständlers bewegen sich tief unter Tage, die Windkraftgetriebe in windiger Höhe. Entsprechend hoch sind auch die Ansprüche an Sensoren und Kameras. „Sie müssen äußerst widerstandsfähig sein“, so die Ingenieurin. Walzenlader von Eickhoff wurden daher mit vernetzten, extrem robusten sowie intelligenten Sensoren und Infrarotkameras ausgestattet.

Der Maschinenbediener kann nun den Rohstoffabbau aus sicherer Entfernung steuern und überwachen, während die Sensoren das ‚Sehen‘, ‚Hören‘ und ‚Fühlen‘ übernehmen. Dank der Radarsensoren lassen sich Kollisionen vermeiden. Die Infrarot- und Vibrationssensoren zeigen Veränderungen der Gesteinsschichten an, durch die sich die Maschine gerade gräbt. Die Technologien seien schon heute überaus leistungsstark und auch finanzierbar, so Mavroudis.

Bestehende Maschinen umrüsten

Und EiControl Plus ist da keine Ausnahme. Die starke Volatilität der Rohstoffmärkte beschleunigt Automatisierungsprojekte in dieser Branche. „Smart Mining“ lautet der Überbegriff dafür. Die Ingenieurin Dr. Fiona Mavroudis schätzt, dass die Neuerungen in der Sensortechnik und Datenanalyse, Digitalisierung, Vernetzung und Kollaboration eine neue Ära im Bergbau einleiten werden. „Es ist allerdings noch viel zu tun“, sagt sie. Eickhoff EiControl Plus gilt laut Mavroudis als eine der intelligentesten Walzenladerautomatisierungen weltweit. Doch das Unternehmen hat Ideen, die weit darüber hinausreichen. „In den Technologien steckt noch viel mehr Potenzial, zum Beispiel in Richtung Deep Learning“, sagt Mavroudis.

Während in neuen Maschinen und Anlagen jede Menge intelligenter Komponenten steckt, sind aber noch viele Maschinen im Einsatz, deren Anschaffung teuer war und die ihren Dienst noch über viele Jahre versehen werden. „Die technische Ausstattung in den Unternehmen entspricht vielfach nicht dem, was für Industrie 4.0 nötig wäre“, so Früauf. Die Maschinen müssten weiterentwickelt und Sensoren nachgerüstet werden. Früauf meint, die Maschinenbauer würden sich zurzeit intensiv mit dieser Problematik auseinandersetzen. Doch wie sieht es bei den Betreibern bestehender Anlagen aus, verpassen sie womöglich ihre Chance? „Die Unternehmen erkennen, dass sie ihre Maschinenparks umstellen müssen“, sagt der VDMA-Mann, „das ist eine große Aufgabe.“

Ältere Maschinen-Generationen fit für Industrie 4.0 machen

Es geht um neue Software, neue Automatisierungskomponenten, eventuell auch um neue Aktoren und Antriebe, aber auch um veränderte Steuerungen. „Das lässt sich nur nach und nach lösen. Keiner wechselt schnell mal eben einen funktionierenden Maschinenpark aus“, meint Früauf. Doch vieles kann auch ohne Neuanschaffungen gelöst werden. So macht sich der VDMA stark für das Thema Retrofit. Peter Früauf möchte in einer Veranstaltung im März kommenden Jahres aufzeigen, wie die Unternehmen ältere Maschinen-Generationen fit für Industrie 4.0 machen können. „Mit etwas Fingerspitzengefühl können bestehende Anlagen ergänzt oder nachgerüstet werden, ohne deren Leistungs- und Aufgabenerfüllung zu gefährden“, berichtet Früauf.

Auch aus vorhandenen Sensordaten lässt sich einiges herausholen. So experimentiert BMW im Karosseriebau: „Einer der Schwerpunkte im Digitalisierungsfeld Smart Data Analytics der BMW Group ist die prädiktive Instandhaltung. Eine Vielzahl von Sensoren hilft uns, die Verfügbarkeit vieler Anlagen zu optimieren und Regelkreise zu verkürzen“ erläutert Matthias Schindler, Smart Data Spezialist, BMW. Der großflächige Einsatz von Sensoren zur Überwachung von Förderanlagen und Werkzeugen sei dabei durch das günstige Preis-Leistungs-Verhältnis dieser Sensoren erst möglich. Ob BMW künftig mit smarten Sensoren nachrüstet, wird sich zeigen: „Derzeit untersuchen wir den zusätzlichen Nutzen durch Smart Products in der Sensorik, diese Bewertung ist noch nicht abgeschlossen“, so Schindler.

„In produzierenden Betrieben passiert etwas, allerdings mit sehr unterschiedlichem Elan“, meint Früauf abschließend.