Intelligente Datenverarbeitung für die Welt von morgen

Eine rasante technische Entwicklung hat in den vergangenen Jahren stattgefunden. So arbeiten Roboter 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.

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. 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. Alle genannten Anwendungen haben eines gemeinsam: Sie sind nur mit smarter Sensorik realisierbar. Smarte Sensoren unterscheiden sich von herkömmlichen Ausführungen vor allem durch ihre Fähigkeit, Daten eigenständig zu verarbeiten.

Sensoren erzeugen ungeheure Datenmengen, deren Auswertung für intelligente Applikationen wie Machine Learning oder Smart Shipping, also höchstautomatisiert fahrende Schiffe, nötig ist. Da für die Verarbeitung der Daten meist die Übertragungskapazität zwischen Sensorik und Datenerfassung beziehungsweise -auswertung den Flaschenhals darstellt, kann diese ohne eine vorherige Aufbereitung auf dem Sensor kaum gehandhabt werden. Der Sensorikspezialist ASC hat deshalb speziell für 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 aufwendige externe Datenerfassung und Verarbeitung entfällt damit. Eine weitere Besonderheit ist die Art der Signalausgabe: Während 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 zum Beispiel die Meldung, dass eine Maschinenkomponente bald getauscht werden sollte.

Smarte Sensoren können ihre Signale zudem drahtlos übertragen, sodass eine kostspielige und zeitintensive Verkabelung nicht nötig ist. Gerade bei komplexeren Prüfstandsanwendungen mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden und parallelen Messungen lässt sich dadurch eine deutliche Reduzierung der notwendigen Peripherie erzielen. 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 Markus Nowack von ASC. Die Vorteile smarter Sensorik liegen damit auf der Hand: „Sie versetzt Unternehmen in die Lage, ihre betriebliche Effizienz zu erhöhen und zum Beispiel neue Produktionstechniken schnell und einfach zu implementieren“, so Dr. Robert Diemer, technischer Direktor des Herstellers.

Neben den smarten Sensoren hat der Spezialist auch hochgenaue analoge und digitale Sensoren im Produktportfolio. Sie eignen sich für anspruchsvolle Test- und Messanwendungen ebenso wie für den regelmäßigen Einsatz in rauen industriellen Umgebungen. Analoge Sensoren ermöglichen es dem Anwender, das komplette Spektrum der Messwerte mithilfe einer Datenerfassung und entsprechender Software weiterzuverarbeiten. „Diese Sensoren eignen sich besonders für Kunden, die ihr eigenes Know-how in die Datenverarbeitung einfließen lassen möchten“, sagt Markus Nowack. Analoge Sensoren liefern hier eine größere Bandbreite an Informationen als Sensoren mit digitalem Ausgangssignal.

Digitale Sensoren kommen unter anderem dann zum Einsatz, wenn Daten über weite Entfernungen übertragen werden sollen. Diese Sensoren verfügen über eine integrierte A/D-Wandlung, mit der eine erste Datenreduktion mittels Filterung erzielt wird. Sie liefern also weniger Messwerte als analoge Sensoren, aber auch mehr als ein reines Statussignal, wie es bei smarten Sensoren der Fall ist. Bei digitalen Sensoren können aufgrund ihrer integrierten Datenreduktion wesentlich kompaktere externe Datenerfassungssysteme eingesetzt werden als bei analogen Sensoren. Sie sind daher oft in Anwendungen zu finden, bei denen verhältnismäßig wenig Bauraum zur Verfügung steht. Dank der digitalen Schnittstelle ist zudem der Aufwand für die Systemintegration wesentlich geringer als bei analogen Sensoren.

Alle Inertialsensoren von ASC erfassen physikalische Größen – Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit – hochgenau und analog. Sie unterscheiden sich auf den ersten Blick lediglich in der Signalausgabe. Im Gegensatz zu den konventionellen Ausführungen können die neuen smarten Sensoren allerdings weit mehr als die reine Datenerfassung, denn durch Intelligenz im Sensor wird auch die komplette Signalverarbeitung und Zustandsbewertung der jeweiligen Applikation durchgeführt. Mit Markteinführung der smarten Sensoren entwickelt sich ASC deshalb vom reinen Komponentenhersteller zum Lösungsanbieter.