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Industrie 4.0

Virtuelle Sensorik macht reale Sensoren weitgehend überflüssig

| Redakteur: Peter Koller

Facharbeiter installieren bei Gorenje Sensoren in das Werkzeug einer Umformmaschine, die Bauteile für Haushaltsgeräte presst.
Facharbeiter installieren bei Gorenje Sensoren in das Werkzeug einer Umformmaschine, die Bauteile für Haushaltsgeräte presst. (Gorenje Group)

Die Industrie 4.0 verspricht Maschinen, die durch eingebaute IT intelligent sind und mitdenken. Im Projekt iMAIN ist eine Technologie entstanden, die es erlaubt, Maschinen in bisher unbekannter Qualität und in Echtzeit am Rechner zu überwachen. Kernelemente: Virtuelle Sensoren und mathematische Modelle.

Umformmaschinen müssen einiges aushalten, und das über eine lange Zeit. Fallen die Maschinen aus, ist der Schaden groß. Hinzu kommt, dass die Maschinen meist in eine Prozesskette eingebettet sind: Fällt eine aus, steht die gesamte Produktion still.

Die Maschine der Zukunft weiß, wenn sie ein Problem hat

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz arbeiten daran, dies zu ändern: Maschinen sollen in Zukunft genau wissen, wenn sie ein Problem haben und wann dieses auftritt. Im EU-Projekt iMAIN (www.imain-project.eu) haben die Wissenschaftler den Prototypen einer Technologie entwickelt, die es erlaubt, eine Aussage darüber zu treffen, zu welchem Zeitpunkt eine Anlage oder eine Komponente in naher Zukunft ausfällt bzw. bricht.

Kernstück der Technologie sind virtuelle Sensoren. Diese werden einerseits von den rechnergestützten Simulationsmodellen der Maschine und andererseits über reale Sensoren mit Informationen über die auftretenden Spannungen in einzelnen Bauteilen gespeist. „Anhand mathematischer Modelle und nur weniger wirklich installierter Sensoren können so Spannungsszenarien an der kompletten Maschine realgetreu und in Echtzeit simuliert werden. Das ermöglicht eine vorausschauende Instandhaltung in einer Form, die es bisher noch nicht gibt“, sagt Markus Wabner vom Fraunhofer IWU.

Installation realer Sensoren ist aufwendig und teuer

Manche Hersteller nutzen zwar bereits reale Sensoren. Sich alleine auf diese zu verlassen, hat jedoch Nachteile: Es ist aufwendig und teuer sie zu installieren, sie selbst müssen dauerhaft überwacht werden und sie messen nur Belastungen, die dort auftreten, wo sie installiert sind. Belastungen an anderen Stellen bleiben außen vor. „Aus unserer Sicht sind die virtuellen Sensoren deshalb auch der einzig denkbare Ansatz, ganzheitliche Belastungsszenarien auf wirtschaftliche Weise darzustellen“, so Wabner.

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