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Fertigung

Wie das Internet der Dinge Produktionsabläufe verändert

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Um eine feine Motor- und Stellungssteuerung zu ermöglichen und gleichzeitig eingehende Netzwerkpakete zu verarbeiten, bieten die digitalen Signalcontroller (DSC) von Freescale zwei unabhängige Rechenkerne. Einer, der für die Signalverarbeitung optimiert ist, kann für die Motor-, Aktuator- und Sensorvorgänge zuständig sein, während der andere die Netzwerkpakete verarbeitet. Diese Arbeitsteilung ermöglicht eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit auf wichtige Ereignisse in der Branche.

Bei der Implementierung von Systemen, die das industrielle Internet of Things nutzen, steht eine Reihe von Netzwerkschnittstellen zur Auswahl: vom IP-fähigen Ethernet bis hin zu Drahtlosprotokollen, die IP-Versionen mit geringer Leistungsaufnahme unterstützen, zum Beispiel die Protokollfamilie, die auf dem Standard IEEE802.15.4 aufsetzt. Hierzu gehören Zigbee und 6LowPAN. So können Ingenieure eine programmierbare Transceiver-Technologie wie die von Lime Microsystems einsetzen und dadurch eine Vielzahl von Drahtlosoptionen unterstützen, die für eine bestimmte Implementierung ausgewählt wurden.

Ergänzendes zum Thema
Glossar

Wenn es um Industrie 4.0 oder das Internet der Dinge geht, verstehen viele nur Bahnhof. Wir erklären Ihnen kurz und bündig, was konkret hinter diesen Begriffen steckt.

Das Internet der Dinge

Heute sind immer mehr Geräte netzwerkfähig und werden von Mikrocontrollern gesteuert. Sie bilden die Basis des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT), in dem solche intelligente Geräte miteinander vernetzt sind und untereinander eigenständig Informationen austauschen. Jedes Mitglied des IoT muss eindeutig identifizierbar sein, was dank des Internetprotokolls IP6 möglich ist. Es stellt für jeden Quadratmillimeter der Erdoberfläche 665.570.793.348.866.944 Internetadressen zur Verfügung – also mehr als genug, um allen Gegenständen auf unserem Globus eine eindeutige IP-Adresse zuzuordnen. So lassen sich beliebige Geräte der Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte und auch Industriesysteme einbinden, mobile Geräte gehen über Mobilfunknetze oder Funktechnologien wie WLAN, RFID oder NFC ins Netz. Geprägt hat den Ausdruck Internet der Dinge Kevin Ashton, Mitgründer und Leiter des Auto-ID Center am Massachusetts Institute of Technology (MIT), der 1999 erstmals eine firmenübergreifende RFID-Infrastruktur entwarf. In Ashtons Vision sollten Computer fähig sein, Informationen unabhängig vom Menschen zu beschaffen und die reale Welt begreifen, ohne von Menschen bedient zu werden.

Industrie 4.0

Industrie 4.0 ist ein Zukunftsprojekt im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung. Ziel ist es, die Informatisierung der klassischen Industrien voranzutreiben. So soll die intelligente Fabrik (Smart Factory) realisiert werden, die extrem flexibel, effizient und ergonomisch ist. Dabei ist auch die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in die Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse vorgesehen. Die technologische Basis von Industrie 4.0 sind Cyberphysische Systeme und das Internet der Dinge. Laut Bundesregierung soll Industrie 4.0 die vierte industrielle Revolution zum Ausdruck bringen.

Die erste industrielle Revolution war die Mechanisierung mit Wasser- und Dampfkraft, Massenfertigung mit Hilfe von Fließbändern und elektrischer Energie die zweite und schließlich die digitale Revolution, der Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion schließlich die dritte. Der Begriff Industrie 4.0 wurde 2011 zur Hannover Messe erstmals genannt. und 2012 wurden der Bundesregierung Umsetzungsempfehlungen des Arbeitskreises Industrie 4.0 der Promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion übergeben. Auf der Hannover Messe 2013 wurde der Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0 übergeben und die von den Branchenverbänden Bitkom, VDMA und ZVEI eingerichtete Plattform Industrie 4.0 nahm ihre Arbeit auf.

Um beispielsweise die Kosten für Kabel in einer langen Pipeline zu senken, kann es sinnvoll sein, ein lizenzfreies Frequenzband unter 1 GHz, z.B. 868 MHz, in Kombination mit einer 6LowPAN-Version zu verwenden und gleichzeitig die Maschennetzwerk-Fähigkeiten von Zigbee zu nutzen. Maschennetzwerke bietet Routing-Beständigkeit beim Ausfall eines einzelnen Knotens; das bedeutet, andere Knoten finden in der Vernetzung eine neue Route um die Unterbrechungsstelle herum.

In industriellen Systemen mit mobilen Anlagen wie Robotern und Lager- und Kommissionierungssystemen bietet die IEEE802.15.4-2011-Protokollfamilie Unterstützung für Ultra-Breitbandkommunikation, über die Positionsinformationen über den Sender sowie Sensordaten übertragen werden können. Der Einzelchip-Transceiver von DecaWave bietet eine Positionierungsgenauigkeit von bis zu 10 cm.

Durch Technologien wie die modernen Mikroprozessoren und stromsparende Kommunikationslösungen können sich Anwender in der Industrie nun alle Vorteile der IoT-Technologie zunutze machen: Ihre Systeme können so nahtlos miteinander kommunizieren und kooperieren.

* Rich Miron ist Ingenieur für technische Inhalte bei Digi-Key.

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