Smart Manufacturing oder „intelligente Fertigung“ ist eine gerade stattfindende Weiterentwicklung herkömmlicher Fertigung. Sie zielt darauf ab, jeden Schritt im Produktionsprozess zu optimieren. Sensoren spielen in der Logistik für Smart Manufacturing eine zentrale Rolle, vor allem in Teilgebieten wie Beschaffung, Produktion, Vertrieb und End-of-Life.
In jedem Schritt des Fertigungs-Lebenszyklus eines Produkts kommen verschiedene Sensoren zum Einsatz. Dieser Artikel stellt einige der beliebtesten Sensoren vor, die in den verschiedenen Stufen im Smart Manufacturing-Prozess eingesetzt werden.
Intelligente Nachverfolgung für Einkauf, Vertrieb und End-of-Life
Der Sektor der Lieferkettenlogistik hängt stark davon ab, dass große Mengen an Einzelkomponenten, Paketen und Speichergeräten effektiv verwaltet werden. Die Technologie des Smart Manufacturing leistete Pionierarbeit bei der Einführung von Systemen, die eine intelligente Nachverfolgung dieser breit gefächerten Gegenstände ermöglichen.
Zum Beispiel: Eine Boeing 777 besteht aus mehr als 3 Millionen Einzelteilen, die von mehr als 500 Zulieferern kommen. Das für die effiziente Produktion einer Boeing 777 notwendige nahtloser Management von Millionen von Teilen ist nur mithilfe großer, präziser Datensätze möglich, die sich auf die automatische Verfolgung jedes einzelnen Bauteils innerhalb eines Lagerhauses stützen. Dafür werden RFID-Tags und Transponder eingesetzt. Sie bilden gemeinsam einen „modernen Strichcode“, der das Nachverfolgen großer Mengen von Komponenten über die gesamte Lieferkette hinweg ermöglicht.
Arten von Tracking-Tags
RFID-Tags (Radio Frequency Identification) sind kostengünstige Geräte zur drahtlosen Identifizierung, mit denen sich der Warenbestand beim Wandern durch die gesamte Lieferkette nachverfolgen lässt. In Anwendungen des Smart Manufacturing können RFID-Tag-Lesegeräte eine fest installierte Infrastruktur am Beschaffungspunkt sein, z. B. Laderampen. Allerdings gibt es RFID-Leser auch als Handgeräte. Mit solchen Geräten können RFID-Tags aus einer Entfernung von bis zu 10 Metern passiv gelesen werden. Dies ermöglicht das automatische und schnelle Verfolgen von Paketen, Produktrollen oder sogar Einzelkomponenten.
Es gibt zwei Arten von RFID-Tags:
- • Passive, die keine Stromquelle benötigen
- • Aktive, für die eine Stromquelle erforderlich ist
Aktive RFID-Tags können bist zu einem Abstand von 100 Metern zum RFID-Sensor ausgelesen werden. Bei beiden Arten ist kein Sichtkontakt erforderlich, es können sogar Gegenstände zwischen Tag und Sensor liegen, und beide Arten können weniger als 10 Cent pro Stück kosten.
NFC-Tags (Near Field Communication) sind eine Untergruppe in den RFID-Technologien. Mit ihnen können verschiedene Arten von Daten übertragen werden. Sie können zur Produktauthentifizierung verwendet werden, kommen aber im Allgemeinen nicht bei der Nachverfolgung von Produkten zum Einsatz. Stattdessen lassen sich mit NFC-Tags Produktinformationen überprüfen und zusätzliche Produktdaten für Informationssysteme im Smart Manufacturing bereitstellen. Weitere Informationen zu den Unterschieden zwischen RFID und NFC finden Sie in RFID und NFC: Der Unterschied zwischen RFID und NFC erklärt.
RFID- und NFC-Sensoren sind zu einem unverzichtbaren Faktor für die automatische Produktverfolgung im Smart Manufacturing geworden. In Fertigungslieferketten ermöglichen sie die Produktnachverfolgung vom Produktionsort bis zum Nutzungsort sowie nach der Fertigung zur Verkaufsstelle und weit über das End-of-Life des Produkts hinaus.
6 Sensortypen für die Produktion
Die Bandbreite des Produktionssektors im Smart Manufacturing ist sehr breit und kann extrem komplex sein. Entsprechend gibt es ein breites Angebot an Sensoren, die in spezialisierten Smart Manufacturing-Systemen eingesetzt werden. Man findet sie in maßgeschneiderten Maschinenkonstruktionen, Produktionsnetzwerken und sogar überall in Produktionsanlagen. Im Folgenden finden Sie eine Liste der gängigsten Sensoren in Produktionssystemen:
Temperatursensoren kommen häufig in Branchen zum Einsatz, in denen es bei der ordnungsgemäßen Produktanwendung vor allem auf die Einhaltung einer bestimmten Temperatur ankommt. Beispielsweise besitzen Aluminiumdosen im Endverbrauchermarkt innen häufig eine lebensmittelsichere Kunststoffbeschichtung. Damit der Kunststoff richtig an der Aluminiumstruktur haftet, muss beim Aufbringen eine bestimmte Temperatur herrschen.
Halleffektgeber werden üblicherweise für Zählanwendungen verwendet. Dabei befindet sich ein Magnet an einem sich bewegenden Maschinenteil. Wenn der Magnet in der Nähe eines Halleffektgebers ist, wird er vom Sensor erkannt, der Daten an die Steuereinheit der Maschine weitergibt. Bei rotierenden Flaschenetikettierungsanlagen lässt sich die Position der Etikettenspindel beispielsweise aktiv überwachen und anhand der magnetischen Eingangssignale am Halleffektgeber anpassen. Dies ermöglicht eine nahtlose automatische Anbringung von Etiketten.
Infrarotsensoren werden eingesetzt, um die Infrarot-Ausgangssignale von Gegenständen zu überwachen. Dabei können sie aus der Ferne Temperaturdaten erfassen, Gaszusammensetzungen analysieren sowie den Reflexionsgrad und die Oberflächenglattheit von Gegenständen erkennen. Mit Infrarotsensoren lassen sich beispielsweise Gaszusammensetzungen in komplexen Schweißanwendungen wie etwa dem Titanschweißen überwachen, bei denen das Auftreten unerwünschter Gase katastrophale Folgen für den Fertigungsvorgang haben kann.
Näherungsschalter werden eingesetzt, um die räumliche Nähe des Sensors zu einem Gegenstand zu ermitteln. Im Smart Manufacturing werden Näherungsschalter im Wesentlichen für Anwendungen eingesetzt, bei denen Maschinen den Fertigungsvorgang automatisieren. Ein Beispiel sind Pick-and-place-Roboter, die in der Fertigung von Elektroprodukten zum Einsatz kommen. Sie können einzelne Komponenten an einem Lagerort abholen und sie an einem genauen Zielort wieder ablegen. Das Steuersystem eines Pick-and-Place-Roboters kann Näherungsschalter umfassen, um das Werkzeug darüber zu informieren, wie nahe es beim Abholen dem Bauteil und beim Ablegen dem Zielort ist.
Beschleunigungsmesser lassen sich in vielen verschiedenen Smart Manufacturing-Systemen einsetzen, z. B. Motorsteuerung, Diebstahlschutz, Erschütterungs-, Neigungs- und Ausrichtungserkennung, Maschinendynamik und vieles mehr. Beispiel: Der Werkzeugkopf einer 5-achsigen CNC-Fräsmaschine wird wahrscheinlich zahlreiche Beschleunigungsmesser enthalten, um während des Fräsens die genaue Platzierung des Werkzeugs im dreidimensionalen Raum sicherzustellen.
Pegelschalter werden zum Ermitteln von Flüssigkeitsständen in Verteilungsanlagen und Lagercontainern für Flüssigkeiten verwendet. In Smart Manufacturing-Branchen, in denen Flüssigkeiten eingesetzt werden, kann das genaue Wissen um die gerade verwendete Flüssigkeitsmenge ausschlaggebend dafür sein, dass ein Prozess wie erwartet ausgeführt wird. In der Halbleiterfertigung kommen beispielsweise Hunderte von unterschiedlichen Flüssigkeiten zum Einsatz – von Kunststoffbrei bis hin zu hoch flüchtigen Ätzlösungen. Diese Flüssigkeiten müssen entsprechend den Verfahrensvorschriften verwaltet werden. Mit Pegelschaltern lassen sich Einblicke in die Verbrauchsrate, die erforderlichen Entsorgungsmengen und das Vorhandensein von Flüssigkeit in einem Flüssigkeit enthaltenden System gewinnen.
Smart Manufacturing-Sensor in der Industrie 4.0
Intelligente Sensortechnologie in Fertigungssystemen kann durch die gesamte Industrie hindurch mannigfaltige Formen annehmen. Unabhängig von der jeweiligen Anwendung sind die von ihnen erfassten Informationen stets von entscheidender Bedeutung für den Fertigungsprozess. Sensoren für das Smart Manufacturing können sich in puncto Kosten, Technologie und Verwendung erheblich voneinander unterscheiden. Dennoch spielen Sensoren eine Zentrale beim Übergang von herkömmlicher Fertigung zum Smart Manufacturing. Die von ihnen gelieferten Daten ermöglichen modernen Steuerungssystemen und der Datenwissenschaft, Fertigungsprozesse auf der ganzen Welt zu optimieren.
