Industrielle Sensoren sinnvoll einsetzen

In der Fertigung verbringen Sie einen Großteil Ihrer Zeit mit dem Versuch, die Produktion effizienter zu gestalten. Vermutungen und Erfahrung werden Ihnen einen Teil des Weges weisen, aber um die Gewinne zu erzielen, die Sie brauchen, um an der Spitze zu bleiben, sollten Sie echte Daten aus Ihren Produktionslinien verwenden.

Und um die gewünschten Fertigungsdaten zu erhalten, benötigen Sie industrielle Sensoren.

Produktionsleiter, Prozessingenieure und Werksleiter auf der ganzen Welt haben bereits Manufacturing Intelligence-Lösungen wie Factbird eingesetzt, um einen Mehrwert aus ihren Daten zu ziehen. Der Schlüssel zum Erfolg ist der strategische Einsatz von Sensoren, um sich ein Bild davon zu machen, was an den Produktionslinien passiert.

In diesem Artikel befassen wir uns mit Fertigungssensoren (auch Industriesensoren genannt) und untersuchen ihre wichtige Funktion bei der Überwachung und Optimierung von Produktionsaktivitäten in der Produktion.

Was ist ein Sensor?

Sensoren sind Ausrüstungsgegenstände, die sich an der Grenze dessen befinden, wo man Daten erhalten kann. In der Fertigung sind Sensoren die Augen und Ohren der modernen Produktionsanlagen.

Im Wesentlichen ist ein Sensor ein Gerät, das Daten aus der realen Welt in ihrer Rohform erfasst, also physikalische Phänomene wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Schall, Strom oder Licht.

Ein Sensor wandelt diese Daten dann in der Regel in ein Ausgangssignal um, das in anderen elektronischen Geräten verwendet werden kann, um die Welt auf kleinster Ebene zu überwachen und Informationen zur Analyse und zum Handeln an IoT-Systeme weiterzuleiten.

Die von Sensoren gesammelten und analysierten Daten können zur Überwachung, Steuerung und Optimierung von Fertigungsprozessen verwendet werden, um Effizienz, Sicherheit und Qualität zu verbessern. Die Arten von Industriesensoren sind vielfältig und auf bestimmte Anwendungen und Branchen zugeschnitten, aber sie haben alle ein gemeinsames Ziel: die Verbesserung der Art und Weise, wie wir die Fertigung angehen.

Wo werden Sensoren eingesetzt?

Je mehr industrielle Sensoren wir in der Fertigung zur Datenerfassung einsetzen, desto mehr Möglichkeiten haben wir, Muster aufzuzeigen und zu verstehen.

Sie sind keine neue Erfindung: Bereits 1883 wurde in den USA das Patent für das "elektrische Fernthermoskop", auch Thermostat genannt, erteilt. Seitdem haben sie einen langen Weg zurückgelegt und werden immer billiger, kleiner und weitaus häufiger eingesetzt.

Das U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information berichtet, dass im Jahr 2020 "ein durchschnittliches neues Auto zwischen 60 und 100 Sensoren hat, was sich innerhalb von 6 Jahren verdoppeln könnte." Diese Sensoren sind überall im Auto angebracht, unter anderem im Kraftstoffeinspritzsystem, im Getriebe, im Kraftstofftank, in den Rädern und in den Airbags.

In der Fertigung werden Sensoren zur Überwachung und Steuerung verschiedener Produktionsprozesse eingesetzt. Hier sind einige Beispiele für den Einsatz von Sensoren in Produktionslinien:

Die Überwachung des Produktionsinputs und -outputs kann mit Zählsensoren erfolgen, in der Regel mit fotoelektrischen (Licht-) und induktiven Sensoren, die die Anzahl der produzierten Artikel sowie den Ausschuss und die Artikel, die nachbearbeitet werden müssen, überwachen.

Verpackungsprozesse sind eine häufige Ursache für Engpässe, und Sensoren, die Abstände und Positionierung genau messen, helfen, Verpackungsprobleme zu reduzieren.

Bei der Engpassanalyse werden Videokameras eingesetzt, um die Ursache von Stopps durch die Betrachtung von Videos mit Zeitstempel zu ermitteln.

Zustandsüberwachung von Maschinen mit Vibrations- und Temperatursensoren, die erkennen, ob sich ein Gerät abnormal verhält.

Überwachung des Verbrauchs von Versorgungsleistungen wie Strom und Gas, um Ineffizienzen zu ermitteln und Kosten zu senken.

Verbesserung der Sicherheit der Mitarbeiter durch den Einsatz von Videokameras, um zu analysieren, was im Falle eines Unfalls falsch gelaufen ist.

Welche Arten von Sensoren werden in der Fertigung eingesetzt?

Industrielle Sensoren spielen eine zentrale Rolle bei der Steigerung der Effizienz durch Automatisierung, einem wichtigen Ziel von Industrie 3.0 und 4.0. Sie ermöglichen das Erkennen, Messen, Analysieren und Verarbeiten von verschiedenen Veränderungen wie Positions-, Längen- und Höhenveränderungen, äußeren Einflüssen und Versetzungen in industriellen Produktionsanlagen.

Intelligente Fabriken nutzen diese Sensoren, um die Produktion in Echtzeit zu überwachen, während automatisierte Kontrollsysteme dazu beitragen, mögliche Wartungskosten zu senken. Darüber hinaus erhöht die Digitalisierung die Produktionsflexibilität und verschafft fortschrittlichen Fertigungsunternehmen einen Wettbewerbsvorteil.

Es gibt verschiedene Arten von Sensoren auf dem Markt, von denen einige in Massenproduktion hergestellt werden und leicht erhältlich sind. Die gängigen Arten von Sensoren, die Sie heute finden, sind:

• Positionssensoren können die Bewegung eines Objekts oder seine Position relativ zu einem Referenzpunkt messen.
• Drucksensoren sind für die Überwachung von Druckänderungen in Flüssigkeiten oder Gasen unerlässlich und gewährleisten einen sicheren und effizienten Betrieb.
• Durchflusssensoren sind entscheidend für die Messung der Durchflussmenge von Flüssigkeiten oder Gasen in einem System, die Optimierung des Durchsatzes und die Reduzierung von Ausfallzeiten.
• Temperatursensoren messen und überwachen Temperaturschwankungen in Fertigungsprozessen.
• Kraftsensoren erkennen mechanische Kräfte wie Zug, Gewicht und Druck.
• Näherungssensoren sind der Schlüssel zur Erkennung der An- oder Abwesenheit eines Objekts ohne physischen Kontakt.
• Füllstandssensoren überwachen den Füllstand von Flüssigkeiten oder festen Stoffen in Behältern oder Gefäßen.
• Bildverarbeitungssensoren sind unverzichtbar für die Erfassung von Bildern zur Analyse, z. B. zur Überprüfung der Produktqualität und zur Rationalisierung von Inspektionsprozessen.

Diese Sensoren werden in einer Vielzahl von Fertigungsindustrien eingesetzt, z. B. in der pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Elektronik und der Textilindustrie.

Fertigungssensoren als Teil des IoT-Stacks

Laut McKinsey beschreibt das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) physische Objekte, die mit Sensoren und Aktoren ausgestattet sind, die über drahtgebundene oder drahtlose Netzwerke mit Computersystemen kommunizieren - so dass die physische Welt digital überwacht oder sogar gesteuert werden kann.

Aus dieser Definition geht klar hervor, dass Sensoren ein wesentlicher Bestandteil des IoT, Industrial IoT (IIoT), M2M oder wie auch immer man dieses Phänomen nennen möchte, sind.

Ein typisches IoT-System setzt sich aus fünf Teilen zusammen:

1. Sensoren wandeln physikalische Phänomene in elektrische Signale um.
2. Edge-Geräte übernehmen Aufgaben wie die Umwandlung, Speicherung und Verarbeitung der Signale für die Kommunikation mit einem Netz.
3. Konnektivität, über die die Daten an die Cloud gesendet werden, z. B. Mobilfunk, LoRaWAN, Wi-Fi und Ethernet.
4. Bei der Cloud handelt es sich um Software, die die Daten verarbeitet und dann Aktionen wie das Versenden von Warnmeldungen durchführt. Vor-Ort-Lösungen gibt es in der Fertigung immer noch, aber sie werden immer seltener eingesetzt.
5. Eine Benutzeroberfläche ist die Art und Weise, wie Menschen die Daten sehen, die vom Sensor stammen und von der Cloud-Anwendung verarbeitet wurden.

Industrielle Sensoren mögen die Augen und Ohren Ihrer Anlage sein, aber es sind die Daten, die sie generieren, die einen echten Wert darstellen. So sieht ein typisches Setup aus, wenn Sie Factbirds Plug-and-Play-Lösungen für Manufacturing Intelligence verwenden.

Manufacturing-Intelligence-Lösungen wie Factbird ermöglichen es Ihnen, Daten von verschiedenen Sensoren zu sammeln, zu speichern und zu analysieren und so Rohdaten in verwertbare Erkenntnisse zu verwandeln.

Dieser Datenverwaltungsprozess umfasst vier Schlüsselkomponenten:

• Bereitstellung von Kontext für die Sensordaten (Zeit, Ort und Prozessstatus), um die Informationen besser zu verstehen und fundiertere Entscheidungen zu treffen.
• Die Filterung und Priorisierung von Daten nach Wichtigkeit ermöglicht es Ihnen, sich auf die wichtigsten Aspekte Ihres Betriebs zu konzentrieren.
• Gewährleistung der Konsistenz von Datenformaten und -einheiten zur Förderung einer reibungslosen Kommunikation und Interoperabilität zwischen verschiedenen Systemen und Sensoren.
• Wir wandeln rohe Sensordaten in aussagekräftige Erkenntnisse um, die Sie und Ihr Team in die Lage versetzen, fundierte Entscheidungen zu treffen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen.

Was können die Sensoren verbessern?

Die Investition in industrielle Sensoren kann für Ihren Betrieb erhebliche Vorteile bringen.

Unternehmen, die Produktionsdaten erfassen und analysieren, profitieren von einer verbesserten Produktivität durch die Überwachung und Optimierung von Prozessen in Echtzeit, wodurch die Effizienz gesteigert und Ausfallzeiten reduziert werden.

Eine bessere Qualität lässt sich auch durch eine präzise Steuerung der Fertigungsprozesse erreichen, was zu qualitativ hochwertigeren Produkten mit weniger Fehlern führt.

Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Sicherheit, da die frühzeitige Erkennung von gefährlichen Zuständen oder Gerätefehlfunktionen dazu beiträgt, Unfälle zu vermeiden und Mitarbeiter zu schützen.

Sensoren tragen auch zur Abfallreduzierung bei, indem sie die Ressourcennutzung optimieren und Abfälle minimieren, was zu nachhaltigeren und kostengünstigeren Abläufen führt.

Schließlich ermöglicht die Überwachung des Zustands und der Leistung der Geräte vorbeugende Wartung und eine vorausschauende Wartung, die eine immer genauere Vorhersage potenzieller Ausfälle und eine proaktive Wartung ermöglicht, wodurch letztlich Ausfallzeiten reduziert werden.

Ein Blick in die Zukunft der Sensoren

Da Industrie 4.0 und jetzt Industrie 5.0 die Fertigungslandschaft weiter prägen, werden Sensoren eine immer wichtigere Rolle bei der Förderung von Innovation und Effizienz spielen.

Sensoren tragen zu einer höheren Produktivität bei, die von der Industrie 4.0 gefordert wird, und unterstützen gleichzeitig die auf den Menschen und die Umwelt ausgerichteten Konzepte der modernen Industrie 5.0.

Zu den erwarteten Fortschritten in der Sensortechnologie gehören:

• Die fortschreitende Miniaturisierung wird die Entwicklung kleinerer, kompakterer Sensoren ermöglichen, die in ein breiteres Spektrum von Geräten und Anwendungen integriert werden können.
• Hochentwickelte Materialien wie Graphen und Nanokomposite werden eine höhere Empfindlichkeit, Haltbarkeit und Vielseitigkeit bieten.
• Die Ausweitung drahtloser Sensornetzwerke wird die Echtzeit-Datenerfassung, -Analyse und -Kommunikation in und zwischen Produktionsanlagen verbessern.
• Die Integration von Technologien der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens mit Sensordaten aus der Fertigung wird fortschrittliche Analysen und Vorhersagefunktionen ermöglichen, die zu intelligenteren und autonomeren Fertigungsprozessen führen.

Abschließende Gedanken

Fertigungssensoren haben seit ihren Anfängen einen weiten Weg zurückgelegt und sind zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Führungskräfte in der Fertigung, Produktionsleiter und Betriebsleiter geworden, um ihre Abläufe zu überwachen, zu steuern und zu optimieren.

Durch die Investition in einfach zu bedienende Manufacturing Intelligence-Lösungen wie Factbird können Unternehmen das volle Potenzial dieser Sensoren nutzen und Rohdaten in verwertbare Erkenntnisse umwandeln, die Effizienz, Qualität und Rentabilität sofort steigern.