Industrie 4.0 wird die Produktivität und Effizienz der Unternehmen in Deutschland signifikant steigen lassen und damit auch die Wettbewerbsfähigkeit in diesen schwierigen Zeiten. Einschränkungen beim Personal, empfindliche Lieferketten und die Verteuerungen von Rohstoffen und Vorprodukten verdeutlichen dies noch. Gleichzeitig ermöglicht der aktuelle Stand der Technik neue innovative Konzepte, bis hin zur Smart Factory, die dem Menschen nur noch eine überwachende Rolle einräumt. Die Basis dieser Industrie 4.0 Anwendungen ist die Sensorik, sie ermöglicht es erst, dass Prozesse und Produktionsschritte automatisiert werden können.
Optimierung bestehender Sensoren
Einer der wichtigsten Trends in der Sensorik ist die Verschlankung aktueller Systeme. Sensortechnik wird in zahllosen Anwendungen genutzt und durchgehend optimiert. Erprobte Sensoren, wie der Hall Sensor, finden sich in breiten Anwendungsgebieten, gerade in der Automobilindustrie spielen sie eine Schlüsselrolle. Die Miniaturisierung der Sensortechnik, ermöglicht es Bauteile kompakter zu dimensionieren und Sensoren noch besser zu platzieren. Bei einer Verkleinerung des Sensors, arbeiten sie inzwischen mit der gleichen hohen Präzision, bei einem geringeren Stromverbrauch.
Internet of Things – IoT
Industrie 4.0 basiert auf dem Konzept der vernetzten Kommunikation in allen Schritten der Produktion. Das Internet der Dinge, in Kombination mit dem sehr schnellen Internet und neuen Kommunikationsstandards wie 5g, ermöglicht es dies nun zu realisieren. Die Daten der Sensoren sind damit nicht mehr nur an Ort und Stelle wichtig, sie werden auf breiter Ebene vernetzt und über ein Zentralsystem geregelt. Die Entwicklung von internetfähigen Multisensoren, machen es möglich verschiedenste Daten zu erheben und damit die Produktion intelligent zu optimieren. Im Resultat steht bei einer Verschlankung der Systeme, dem Einsatz von Multisensoren und der Vernetzung dieser, eine höhere Leistung zu geringeren Kosten bereit.
Optische Sensoren
Optische Sensoren werden in Zukunft ein immer breiteres Einsatzspektrum haben. Nicht nur in der Produktion sind leistungsstarke und zuverlässige optische Sensoren nötig. Moderne und vernetzte optische Sensoren machen es nicht mehr nur möglich ihre Primärfunktion zu erfüllen, sondern stellen auch noch weitere Daten zur Verfügung. Sie ermöglichen es zusätzlich Daten zur Lebensdauer, dem Belastungsniveau und Informationen zur Temperatur, Verschmutzung und auch der Präzision der Produktion zu erheben. Mit diesen Informationen kann das System dann ermitteln, wann Maschinen gewartet oder repariert werden, um Stillstandszeiten zu minimieren. Durch den potenziell geringeren Anlagenausfall, oder der zu frühen Wartung der Maschine, wird damit die Produktivität der Anlage erhöht.
Integrierte Mikrocontroller
Immer häufiger werden die Sensoren intelligent entwickelt. Der Einsatz von Microcontrollern im Sensor selbst, ermöglicht eine direkte und schnelle Signalverarbeitung. Die Bereitstellung der Daten über Schnittstellen des Systems ermöglicht es dem Sensor intelligent zu handeln. Das ermöglicht neue Anwendungsfelder und Produktionen können so flexibler aufgebaut werden und können sich veränderten Situationen besser anpassen. Auch die Regelung des Sensors wird so einfacher gestaltet.
Kombination mit KI-Systemen
Die Anbindung der Sensortechnik an ein zentrales KI-System ermöglicht es, dass Daten nicht nur aus der gesamten Produktion erfasst und optimiert werden, sondern zusätzlich aus der Umgebung. Auch die Daten aus der Intralogistik, der Kommissionierung und der Lieferketten können in das System integriert werden. Mit intelligenten Algorithmen auf Basis des Machine Learnings, wird es so möglich, dass sich die Anlage selbst regelt.
Die ermittelten Daten und zusätzliche prognostizierte Daten aus Simulationen ermöglichen es, besonders schnell auf neue Situationen reagieren zu können. Moderne Sensorik realisiert so fahrerlose Transportsysteme und damit die Optimierung der gesamten Logistik. Kunden wünschen sich immer häufiger auch individualisierte Produkte, was nur eine flexibel aufgestellte Produktionsstraße zulässt. Intelligent arbeitende Sensoren, kombiniert mit KI-Lösungen ermöglichen genau das, aber auch andere Szenarien wie Smart Buildings.
Woher kommen die Trends?
Gerade der Markt der Smartphones, Kameras, Tablets und Drohnen, haben die Sensorik fit für den Massenmarkt gemacht. Die Nachfrage nach immer kleineren Sensoren aller Art gerade für die schlanker werdenden Smartphones und leichten Drohnen haben hier einen enormen Aufschwung gegeben. Aufgrund der großen Nachfrage dieser Produkte, wurden auch die Sensoren zu Massenprodukten, die immer günstiger geworden sind. Aber auch in anderen Bereichen, wie der Medizintechnik, werden intelligente Sensoren immer wichtiger und ermöglichen ganz neue Therapien. Die Anforderungen an die Robustheit dieser Systeme und dem flexiblen Einsatz, bei einer hohen Präzision und einem großen Grad der Vernetzung werden neue Sensoren stark beeinflussen.
Herausforderungen in der Zukunft
Der breite Einsatz von Sensoren und die Erhebung aller möglichen Daten zur Optimierung der Produktionsschritte gestattet neue Grade der Effizienz und Produktivität. Die Vernetzung aller Produktionsschritte birgt aber auch Gefahren. Gerade die Bedeutung der Cybersicherheit wird mit den Graden der Vernetzung immer wichtiger. Schon jetzt ist die Gefahr, dass gesamte Fabriken durch einen Angriff aus dem Internet lahmgelegt werden, äußerst real. Die Investitionen in die Cybersicherheit werden so mit dem Grad der Vernetzung steigen müssen. Gleichzeitig steigt die Zahl der Cyberangriffe in den letzten Jahren stark an.
