Erschienen am: 27.03.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 4 2017

Herausforderungen heute und morgen

Wie einfach ist einfach?

Die Sensorik hat sich in den vergangenen Jahren deutlich gewandelt. Kein Wunder - denn auf dem Weg zu Industrie 4.0 gibt es viele Herausforderungen zu meistern. Claus Melder hat diese Entwicklung in seiner Funktion als Leiter der Division Presence Detection bei Sick eng begleitet und schildert den aktuellen Standpunkt und die noch zu gehende Strecke.


Man kann sich der Diskussion um Industrie 4.0 und die intelligente Fabrik nicht entziehen, schließlich steckt ja ein doch ein echter technologischer Wandel dahinter. Entsprechend wird die Automatisierungstechnik immer smarter - und damit auch die Sensorik. Um zu verstehen, was dieser Trend für einfache detektierende Sensoren bedeutet, muss man die aktuellen und kommenden Herausforderungen betrachten.

Herausforderungen von heute

Eine aktuelle Herausforderung für einfache Sensoren besteht darin, dass sie immer flexibler immer komplexere Objekte detektieren müssen. Ein gutes Beispiel liefert hier die Lebensmittelindustrie: Weil die Inhalte vergleichbar sind, müssen sich die Verpackungen mehr und mehr unterscheiden - ausgefallene Form, bunter Aufdruck und besondere, z.B. spiegelnde, lichtabsorbierende oder polarisierende Oberflächen. Weitere Knackpunkte sind transparente oder perforierte Objekte, sehr kleine Produkte und natürlich die steigenden Geschwindigkeiten im Prozess. Bei solchen Ansprüchen zählt manch Anwender gar nicht mehr die Produkte direkt, sondern den Spalt dazwischen. Das funktioniert aber nur, wenn die Produkte vereinzelt unterwegs sind, was wiederum Nachteile in Punkto Durchsatz, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit des Prozesses bedeutet. Es gilt also, Sensoren zu entwickeln, die Produkte nach wie vor ohne Vereinzelung zählen können - und sei die Verpackung noch so ausgefallen. Der eigene Anspruch bei Sick in dieser Hinsicht verdeutlicht sich an unserer Aktion auf den letzten Fachmessen: Hier haben wir unsere Kunden dazu eingeladen, ihre zu detektierenden Objekte mitzubringen und vor Ort in einer realistischen Anlage unter Beweis gestellt, dass Sick-Sensoren sie erkennen. Das hat in den allermeisten Fällen sehr gut funktioniert und von den wenigen Ausnahmen ließ sich gut weiteres Verbesserungspotenzial ableiten. Eine zweite heutige Herausforderung, der wir mit viel Engagement begegnen, ist die der kundenspezifischen Ausführungen. Bei Bedarf nehmen wir Änderungen an unseren Sensoren vor, damit die Aufgabe beim Kunden bestmöglich gelöst wird - z.B. an der Optik, an der Gehäuseform oder an den Steckern. Auf diese Weise lässt sich die Sensorik heute immer tiefer in die Maschine oder Anlage integrieren.

Herausforderungen von morgen

Mit Blick in Richtung Industrie 4.0 ist aber noch so manche weitere Herausforderung zu stemmen. Und das Thema ist deswegen so spannend, weil es sich letztendlich um die Frage dreht, wie die produzierende Industrie in Europa konkurrenzfähig bleibt oder wieder besser wird. Das funktioniert z.B. über die Ansätze von Losgröße 1, also der individualisierten Massenfertigung. Egal ob ein Turnschuh in einzigartiger Farbkombination, oder die Sektflasche mit persönlichem Etikett: Nur wenn die Produkte in der Nähe hergestellt werden, lässt sich Losgröße 1 preislich und zeitlich attraktiv umsetzen.

Datenerfassung und Kommunikation

Diese Trends bedeuten, dass der Anwender die Kontrolle über eine deutlich erweiterte Wertschöpfungskette behalten und gleichzeitig seine Kunden und Lieferanten bestmöglich darin integrieren muss. Das geht nur mit einem durchgängigen Datenmodell - bis hinunter in die Sensoren. Dabei stellt sich die Frage: Wie bekommt man die Daten auf einfache Form aus dem Sensor heraus und in andere Systeme hinein? Bei einfachen Sensoren im Bereich von 20 bis 70€ macht ein extra Ethernet-Knoten meist nicht viel Sinn - stattdessen bietet hier z.B. IO-Link eine zukunftsfähige Lösung. Damit die smarte Fabrik funktioniert, muss zudem jeder Sensor eine eigene Identität erhalten und diese auch kennen. Nur dann kann er sich in den neuen Fertigungsstrukturen zurechtfinden und seine Aufgabe gut erfüllen. Die Verfügbarkeit der Sensordaten und des jeweiligen Status ist eine große Herausforderung. Es reicht aber natürlich nicht, die Daten nur zur Verfügung zu stellen. Sie müssen auch analysiert werden. Erst daraus entsteht das Know-how, dass der Anwender für Prozessverbesserung und Service nutzen kann. Deshalb muss es in Zukunft zwei Kommunikationswege geben: Einen wie bisher vom Sensor zur Steuerung und einen zweiten vom Sensor - möglichst ohne Umwege - in die Cloud. Wenn hingegen umfangreiche Datenmengen, die für den direkten Steuerungsprozess überhaupt nicht relevant sind, von unten nach oben durch das komplette Fabriknetz geschleust werden, kommt es schnell zum Kommunikationskollaps.

Umsetzung in die Praxis

Einige Elemente für die Lösung der zukünftigen Ansprüche sind bereits verfügbar. Eines davon ist z.B. das Wissen um den eigenen Zustand. Moderne Sick-Sensoren wissen, ob ihre Optik verschmutzt ist und ob dadurch Störungen drohen. Auch die Parametrierung per Software (ggf. aus der Ferne) ist in vielen Fällen bereits möglich. Zudem kann sich der Sensor identifizieren und die SPS ihn prüfen. Wird also im Wartungsfall ein falsches Modell verbaut, merkt es der Anwender umgehend. Das ist von zunehmender Bedeutung, da das Instandhaltungpersonal nicht immer die dafür nötigen Qualifikationen besitzt. Insgesamt integrieren wir heute schon viel Funktionalität in einfache Geräte, die vormals den großen und komplexen Sensoren vorbehalten war.

Intelligenz im Sensor

Der einfache Sensor wird auf dem Weg zur Smart Factory mit Sicherheit eine wichtige Rolle einnehmen. Dann geht es auch zunehmend darum, dass Intelligenz und die Möglichkeit zur Datenvorverarbeitung bereits direkt in - selbst einfachenen - Sensoren verbaut sind. So lässt sich dezentral vor Ort bereits messen, sortieren oder ein fehlerhaftes Produkt ausschleusen. Das schafft ganz andere Möglichkeiten in der Automatisierung von Prozessen. Komplexe Systeme, wie sie heute bei solchen Aufgaben üblich sind, können dann entfallen.