gesponsertSmarte Fabriken sicher betreiben Wi-SUN-Sensoren übernehmen die Überwachung des Maschinenzustands

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ROHM Semiconductor GmbH

Künstliche Intelligenz (KI) und IoT-Technologien sind Schlüsselfaktoren für die Entstehung von Smart Factories. Sie ermöglichen eine kosteneffiziente Vernetzung von Produktionsanlagen und minimieren den Bedarf an menschlichem Eingreifen. Zudem sorgt die kontinuierliche Überwachung der Anlagen für eine frühzeitige Erkennung von Verschleiß, wodurch Produktionsausfälle verhindert werden.

Die Transformation zur Smart Factory bringt mehrere Herausforderungen mit sich, wobei die Kosten eine zentrale Rolle spielen. Die Implementierung smarter Technologien wird oft als kostenintensiv angesehen, da für den Aufbau eines intelligenten Produktionssystems moderne Anlagen erforderlich sind. Dies führt häufig zu erheblichen Anfangsinvestitionen. Zudem erfordert der Betrieb und die Wartung solcher fortschrittlichen Anlagen eine Schulung der Mitarbeiter, was die Gesamtkosten weiter erhöht.

Der Umgang mit Geräteausfällen stellt eine weitere Herausforderung dar. Unabhängig von der Beschaffenheit des Systems besteht immer ein Ausfallrisiko. Ein einziger Geräteausfall in einer Fabrik kann die gesamte Produktionslinie lahmlegen und erhebliche Verluste verursachen. Je komplexer das System, desto länger dauert es, den Betrieb wiederherzustellen, was die Rentabilität weiter beeinträchtigt.

Hier kommt die präventive Wartung ins Spiel. Ihr Ziel ist es, den Verschleiß von Maschinen, Geräten und Komponenten der Produktionslinie zu überwachen und zu bewerten, um das Ausfallrisiko proaktiv zu minimieren.

Modernisierung bestehender Systeme zur Überwachung des Maschinenzustands

Der sichere Betrieb einer intelligenten Fabrik hängt von der Echtzeitüberwachung der Fabrikumgebung und -ausrüstung ab. Die kontinuierliche Überwachung ermöglicht eine ständige Bewertung des Zustands und hilft, Ausfälle zu verhindern, bevor sie auftreten. Diese Methode ist allgemein als Überwachung des Maschinenzustands bekannt, und ihre erfolgreiche Umsetzung erfordert drei Elemente: fortschrittliche Sensortechnologie, modernste Halbleiterprodukte wie Stromversorgungsanlagen und analoge Technologien sowie robuste Kommunikationstechnologie.

Ein wesentlicher Vorteil der Überwachung des Maschinenzustands ist die Möglichkeit, Probleme mit relativ geringen Kosten zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, dass die bestehende Produktionslinie einfach mit einem Überwachungssystem nachgerüstet wird, wodurch größere Überholungen umgangen werden können. Es besteht keine Notwendigkeit, in teure Technologien wie Industrieroboter oder AMRs (Autonomous Mobile Robots) zu investieren.

Trotz der Vorteile ist die Modernisierung von Produktionsanlagen immer noch mit gewissen Kosten und Ausfallzeiten verbunden, was in einigen Fällen die Einführung behindern kann. ROHM hat daher eine Lösung entwickelt, die diese Hürde deutlich senkt, indem Sensoren mit drahtloser Kommunikationstechnologie kombiniert werden. Die Palette der Sensoren umfasst Beschleunigungsmesser, Farbsensoren, Lichtsensoren und Stromsensoren. Für die drahtlose Kommunikation gibt es Optionen wie das stromsparende Wi-SUN, das eine stabile Kommunikation auch innerhalb von Fabriken gewährleistet, und das batterielose EnOcean.

Da beide Protokolle entweder stromsparend sind oder keine Batterien benötigen, können die Sensorknoten selbst kleiner gebaut werden. Gleichzeitig ermöglicht die drahtlose Konnektivität eine flexible Platzierung, wodurch Kosten und Installationszeit gesenkt werden. ROHM bietet eine einfache, kostengünstige Methode zur Nachrüstung bestehender Fabriken mit drahtlosen Sensorsystemen zur Überwachung des Maschinenzustands.

Verbesserte Überwachungsgenauigkeit mit modernster Analogtechnologie

Die Lösung von ROHM nutzt die neueste analoge Technologie, um die Leistung des Sensorknotens zu steigern, was zu einer höheren Überwachungsgenauigkeit führt. So wird zum Beispiel ein Stromerkennungs-Verstärker-IC mit einem Shunt-Widerstand kombiniert, um einen Stromsensor zu bilden, der den durch einen Stromkreis fließenden Strom erkennen kann.

Dieses Bauteil zeichnet sich durch zwei Hauptmerkmale aus. Das eine ist die hohe Stromerkennungsgenauigkeit, die über den gesamten Betriebstemperaturbereich ±1 % beträgt. Dies wird durch eine Feinabstimmung des Widerstandswertes des im IC eingebauten Verstärkungswiderstandes erreicht, um die Verstärkungsgenauigkeit zu erhöhen. Die andere ist ein außergewöhnlich kompaktes Design, das die Bestückungsfläche des Bauteils um ca. 50 % reduziert, verglichen mit der herkömmlichen Methode der Kombination eines Operationsverstärker-ICs mit diskreten Halbleitern und passiven Komponenten (Operationsverstärkerschaltung).

Darüber hinaus unterstützt die hohe maximale Eingangsspannung von 26 V die Stromüberwachung und Überstromerkennung in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich industrieller Geräte mit 24-Volt-Netzen.

KI-Chips für "unvernetzte" intelligente Fabriken

ROHM leistet auch Pionierarbeit bei KI-Lösungen für "unvernetzte" intelligente Fabriken. Während sich viele aktuelle Endpunkt-KI-Systeme auf Inferenz konzentrieren, um Vorteile wie reduzierte Netzwerklast und Stromverbrauch zu bieten, geht ROHMs KI-Lösung "Solist-AI™" einen Schritt weiter. Zusätzlich zur Inferenz kann das Lernen am Endpunkt durchgeführt werden, ohne auf eine Cloud-Umgebung angewiesen zu sein. Diese einzigartige Fähigkeit, die die Entwicklungszeit, die Kosten und den Stromverbrauch im Vergleich zu bestehenden Cloud-basierten und Endpunkt-KI-Systemen erheblich reduziert, ist besonders vielversprechend für Machine-Health-Anwendungen.

Integration neuer Lösungen in bestehende Systeme

Die weit verbreitete Annahme, dass die Umwandlung einer bestehenden Fabrik in eine intelligente Fabrik lediglich die Einführung der neuesten Industrieanlagen, Roboter und KI-Geräte erfordert, ist ein Irrglaube. Dies allein ist nicht ausreichend. Der Schlüssel liegt in der effektiven Nutzung der Anlagen und Ausrüstungen, um die betriebliche Effizienz, Qualität und Produktivität zu verbessern und letztlich die Wertschöpfung zu steigern. Selbst in etablierten Fabriken kann die Aktualisierung von Produktionsanlagen und Systemen mit neuen Lösungen die Kosteneffizienz steigern und gleichzeitig hohe Sicherheitsstandards aufrechterhalten.

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