Alter Wein in neuen Schläuchen?
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
24 Steuerungsebene
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite
Alter Wein in neuen Seit einiger Zeit tauchen immer
wieder neue Begrifflichkeiten
Schläuchen?
auf, wie beispielsweise Industrie
4.0, Manufacturing 2.0, Cyber-
physikalische Systeme (CPS)
oder das Internet der Dinge. Die
Einordnung und Abgrenzung
fällt schwer. Handelt es sich
hierbei nur um neue Schlag
worte für bereits bekannte
Handlungsfelder oder steckt
wirklich etwas Neuartiges
dahinter?
U m die Vielzahl der Begrifflichkeiten
einordnen zu können, die derzeit
durch die Automatisierungstechnik
„schwirren“ und den Übergang hin zu
intelligenten technischen Systemen be
schreiben, ist es vorteilhaft sich mit deren
zeitlichem Ursprung und ihrer Herkunft
zu beschäftigen. Schon 1966 schrieb der
deutsche Kybernetiker Karl Steinbuch in
seinem Buch „Die informierte Gesell
schaft“: Es wird in wenigen Jahrzehnten
kaum mehr Industrieprodukte geben, in
welche die Computer nicht hineingewo
ben sind. Drei Jahre später führte das ja
panische Unternehmen Yaskawa Electric
erstmalig den noch heute wichtigen Be
griff der Mechatronik ein – zu diesem
Zeitpunkt jedoch noch nicht unter Ein
beziehung der heute berücksichtigten
Informationsverarbeitung.
Anfang der 90er Jahre wurde der ameri
kanische Informatiker Mark Weiser vom
Palo Alto Research Center (PARC) mit
seiner in dem Aufsatz „The Computer for
the 21st Century“ mit „Ubiquitous Com
puting“ bezeichneten Vorstellung einer
umfassenden Informatisierung und Ver
netzung der Welt und ihrer vielen Gegen
stände bekannt.
Den Begriff „Internet der Dinge“ (IOT
– Internet of things) verwendete erstmalig
im Jahr 1999 Kevin Ashton, zu diesem
(Bilder: inIT/Fraunhofer IOSB-INA)
Zeitpunkt Mitarbeiter bei Procter and
Gamble (USA). Die technologischen
Wurzeln von IOT liegen im Auto-ID-Cen
ter des Massachusetts Institute of Tech-
nology (MIT), wo sich zum gleichen Zeit
punkt eine von Ashton mitgegründete
Arbeitsgruppe mit RF-ID und Sensor
12/12 . www.computer-automation.de
Steuerungsebene 25
technologien beschäftigte. Das IOT stellt
eine umfassende Erweiterung des klassi
schen Internets dar: Während das Internet
auf den Austausch von Daten und Doku
menten verschiedener Medientypen be
schränkt ist, adressiert das Internet der
Dinge die Vernetzung von und mit All
tagsgegenständen. Damit hebt es die
Trennung zwischen virtueller und realer
Welt weitestgehend auf. Mit anderen
Worten: Eindeutig identifizierbare physi
sche Objekte (things) werden mit einge Nicht immer leicht zu durchschauen: die Begrifflichkeiten mit Bezug zur Automation auf
betteten Systemen ausgestattet, erhalten dem Weg hin zu intelligenten technischen Systemen.
eine virtuelle Repräsentation und kom
munizieren über das Internet. Systeme gemeint sind, welche – be Kleidung integrierte Sensoren und Ak
Im Jahr 2006 gebrauchte schließlich schreibbar durch die Gesetze der Physik toren oder der miniaturisierte, energie-
Helen Gill von der National Science – zeitkontinuierlich arbeiten. Nach Helen autarke Datenlogger FuLog, der am inIT
Foundation (NSF), der US-amerikani Gill sind Cyber-Physical Systems dem zur Integration in Werkstücke entwickelt
schen Forschungsgesellschaft, erstmalig nach Systeme, in denen die Cyber- und wurde. Die Informationsverarbeitung
den Begriff „Cyber-Physical Systems“ physischen Systemen auf allen Ebenen kann ferner geografisch weit verteilt und
(CPS). Dabei definierte sie mit dem Be eng miteinander verbunden sind. vernetzt sein. In der Regel wird sie dabei
griff „Cyber“ solche Systeme, die zur dis Die Informationsverarbeitung kann von einem eingebetteten System – häufig
kreten Verarbeitung und Kommunikation dabei tief in die physikalischen Kom verteilt und in Echtzeit – erbracht. Ein
von Informationen genutzt werden, wäh ponenten (embedded systems) und gege CPS ist also letztendlich die Verschmel
rend mit „physical“ die natürlichen und benenfalls sogar in die Materialien in zung der Informationsverarbeitung mit
vom Menschen geschaffenen technischen tegriert sein. Beispiele hierfür sind in dem physikalischen Prozess. Im Jahr
2. Elektronik wireless power congress
2. - 4. JULI 2013 IM KONFERENZZENTRUM MÜNCHEN Bitte senden Sie mir
Informationen zu Ausstellung & Sponsoring
Call for Papers & Workshops
Informationen zum Programm
Der 2. Elektronik wireless power congress, ein Fachkongress mit begleitender Fachausstellung,
wendet sich an Entwickler, die Geräte und Systeme zur kontaktlosen Energieübertragung
entwickeln oder implementieren, z.B. zum Laden von Akkus in mobilen Geräten und
Fahrzeugen oder zur direkten Versorgung von ID-Karten und -Labeln. Firma
Hauptthemen des 2. Elektronik wireless power congress werden die gebräuchlichen
Übertragungsverfahren (induktiv, kapazitiv, elektromagnetisch), das Schaltungs- und
Systemdesign sowie EMV und Sicherheit sein. Vorname, Name
Der 2. Elektronik wireless power congress konzentriert sich auf die Themen:
❚ Qi-Standard
❚ Übertrager-, Koppler- und Antennendesign Straße
❚ Schaltungstechnik (Wandlerdesign, Leistungsregelung, Energieeffizienz)
❚ Übertragungsverfahren und Kopplung (induktiv, kapazitiv, elektromagnetisch)
❚ Datenübertragung und Authentifizierung PLZ, Ort, Land
❚ Sicherheit und EMV
❚ Normen und Gesetze
❚ Systemdesign und Systemintegration Telefon, Fax
❚ Spezifische Systemanforderungen in Elektrofahrzeugen
Einsendeschluss für Vortragsvorschläge ist der 8. Februar 2013.
E-Mail
Detaillierte Informationen finden Sie. 12/12
www.computer-automation.de unter:
www.wireless-power-congress.de Jetzt anfordern: Fax +49 (0) 89 - 25556 0725
26 Steuerungsebene
Intelligente der Gesellschaft für Mess- und Automa
technische tisierungstechnik (GMA) des VDI/VDE.
Systeme sind über Bei der Eröffnung der Hannover Messe
das Internet 2011 tauchte mit „Industrie 4.0“ der vorerst
vernetzte Automa- neueste Begriff mit Bezug zur Automation
tisierungssysteme auf. Unter „Industrie 4.0“ wird die durch
mit kognitiver das Internet getriebene vierte industrielle
Informationsverar- Revolution verstanden. Sie umschreibt den
beitung. Sie bilden technologischen Wandel heutiger Produk
die technische tionstechnik hin zu Cyber-physischen Pro
Grundlage für duktionssystemen (Smart Factory). Sicher
künftige intelli- lich hat sich der ein oder andere gefragt,
gente Fabriken was denn die anderen Revolutionen in der
(Smart Factory), Industrie gewesen sind? – Die erste indust
Energienetze rielle Revolution bestand in der Mechani
(Smart Grids) oder sierung, darauf folgten die Massenferti
Städte (Smart gung und daran anschließend der Einsatz
Cities). von Elektronik zur Automatisierung der
Produktion.
2009 wurde von der NSF im Bereich Mit einem gewissen Schleppabstand hat Zunächst kaum beachtet, hat die Bun
CPS ein gleichnamiges Forschungspro der Begriff CPS auch Deutschland erreicht desregierung Industrie 4.0 zwischenzeit
gramm eingerichtet, in dem bis heute und entsprechende Aktivitäten initiiert, lich als eines von zehn Zukunftsprojekten
über 100 Projekte gefördert wurden. unter anderem in Form der Ende 2010 in den Aktionsplan zur High-Tech-Strate
Zudem wurde dieses Feld als eine von der Bundesregierung gestarteten „For gie aufgenommen. Jüngst wurden der
Schlüsseltechnologie für die Forschung schungsagenda CPS“ oder der Einrichtung Bundesregierung zudem Handlungsemp
in den USA identifiziert. entsprechender Fachausschüsse, etwa in fehlungen für Industrie 4.0 von der For
2. Elektronik energy harvesting congress
2. - 4. JULI 2013 IM KONFERENZZENTRUM MÜNCHEN Bitte senden Sie mir
Call for Papers & Workshops Informationen zu Ausstellung & Sponsoring
Kein Kabel, keine Batterie. Der 2. Elektronik energy harvesting congress, ein Fachkongress mit begleitender Informationen zum Programm
Fachausstellung, zeigt Entwicklern und industriellen Anwendern worauf es ankommt, wenn sich ein System
selbst mit elektrischer Energie versorgen soll.
Die Energy Harvester genannten Mini- und Mikro-Generatoren erzeugen weder eine zum Betrieb Firma
von elektronischen Schaltungen direkt nutzbare Spannung noch reicht ihre Leistung dafür aus. Ohne
Spannungswandler und Energiemanagement geht nichts. Bei der Entwicklung von energy-harvesting-
Systemen müssen die Gewinnung der elektrischen Energie, ihre Speicherung und Nutzung genau aufeinander
abgestimmt werden. Die erfolgreiche Entwicklung eines energieautarken Systems hängt aber nicht nur von
Vorname, Name
der richtigen Auswahl geeigneter Komponenten ab – Mikrogeneratoren, DC/DC-Wandler, Speicher, Controller,
Sensoren, Aktoren und Funk-Module. Ganz wesentlich ist die optimale Betriebsweise und das dazu passende
Energiemanagement – damit immer ausreichend Leistung zur Verfügung steht, wenn sie gebraucht wird.
Neue Powermanagementverfahren „lernen“ sogar, wieviel Energie sie sammeln können, erstellen eine
Energiesammelprognose und passen ihre Betriebsweise an. Straße
Vom Einzelteil bis zum fertigen System beleuchtet der 2. Elektronik energy harvesting congress alle Aspekte
energieautarker Systeme. Insbesondere:
❚ Mikrogeneratoren (PV-Zellen, elektrodynamische, piezoelektrische und thermodynamische Wandler, Antennen) PLZ, Ort, Land
❚ Energiespeicher (Kondensatoren, Akkumulatoren) ❚ Energie- und Powermanagement (Spannungswandler,
Power- und Energiemanagement-Controller) ❚ ultra low-power Mikrocontroller ❚ energieeffiziente Codierung
und Codeoptimierung ❚ energieoptimierte Betriebsweisen und prediktives Powermanagement ❚ ultra low-
power Komponenten, Sensoren und Aktoren ❚ ultra low-power Funk-Sender und Funkstandards Telefon, Fax
❚ Systemintegration und Optimierung, Zuverlässigkeit ❚ Energieautarke Sensornetze ❚ Messtechnik und
Designwerkzeuge ❚ Modellierung und Simulation energy-harvesting basierter Systeme
Einsendeschluss für Vortragsvorschläge ist der 8. Februar 2013. E-Mail
Detaillierte Informationen finden Sie unter:
www.energy-harvesting-congress.de Jetzt anfordern: Fax +49 (0) 89 - 25556 0725
Steuerungsebene 27
schungsunion Wirtschaft und Wissenschaft übergeben, die helfen sol Einfach. Mehr. Freiheit.
len, dass Deutschland zu einem Leitmarkt und zum Leitanbieter von JetSym STX – Automatisierung in Hochsprache
intelligenten technischen Systemen wird. Im Prinzip ist Industrie 4.0 die
Fortführung des bereits in den 1970er Jahren eingeführten Konzeptes
der computerintegrierten Fertigung (CIM) auf der Basis nun verfügba
rer moderner Informations- und Kommunikationstechnologien.
Der gemeinsame Nenner
Die Ausführungen machen deutlich, dass die Begriffe nicht scharf defi
niert und voneinander abgrenzbar sind. All diesen Begriffen ist jedoch
gemeinsam, dass es sich um Handlungsfelder handelt, bei denen eine
zunehmende Informatisierung im Vordergrund steht. Das führt letztend
lich zu intelligenten technischen Systemen, die sich dadurch auszeich
nen, dass sie adaptiv sind, mit ihrem Umfeld interagieren und sich die
sem durch Lernen anpassen können.
Dahinter verbirgt sich eine in der Automation wohl bekannte
Grundstruktur: Die geschlossene Wirkungskette, ausgehend vom
physikalischen Prozess über die Sensorik (erfassen), die Informati
onsverarbeitung (analysieren und entscheiden) bis hin zur Aktorik
(handeln). Die Intelligenz ist in erster Näherung in der Art und Weise
der Informationsverarbeitung zu finden. Aufgrund der physikalischen
Prozesse verfügen die meisten Steuerungen heute in ihrer Software
über eine rein reaktive und starre Kopplung zwischen der Sensorik
und Aktorik. Intelligente technische Systeme hingegen können diese
starre informationstechnische Kopplung aufbrechen und gezielt mo
difizieren. Mit Hilfe der kognitiven Informationsverarbeitung lässt
Besuchen Sie uns
sich das Systemverhalten verändern – entweder auf Basis von vorhan
auf der SPS IPC
denem oder durch Lernen von neu generiertem Wissen. Damit erhält Drives in Nürnberg,
ein technisches System Fähigkeiten der Selbstoptimierung, der Selbst vom 27. – 29.11.2012
konfiguration und der Selbstdiagnose. Darüber hinaus ist ein intelli HALLE 7 | STAND 106
gentes technisches System in der Regel mit weiteren Systemen ver
netzt und kann von oder mit diesen Dienste gemeinsam erbringen,
oder von diesen in Anspruch nehmen.
Anhand zweier Forschungsprojekte, die derzeit am inIT und dem
Fraunhofer-Anwendungszentrum in Lemgo zusammen mit Unter
nehmen bearbeitet werden, soll verdeutlicht werden, dass intelligente Mehr Infos
technische Systeme signifikant über den Stand der heutigen Automa erhalten Sie unter
www.jetter.de/ad/CUA1212
tion hinausgehen.
Der erste Bereich ist die Diagnose zur Steigerung der Zuverlässig
keit von Maschinen – ein immerwährendes Thema in der Automation.
Denn ein Produktionsausfall durch Anlagenstillstände führt schnell
zu hohen Kosten. Heute ist die Fehlersuche gerade in vernetzten Au Industrieautomation mit JetSym STX.
tomatisierungssystemen bereits sehr aufwendig, da der Ort eines
Fehlersymptoms häufig nicht dem Ort der Fehlerursache entspricht. JetSym STX bietet Ihnen die Möglichkeit alle Automatisierungs-
Der Anlagenbediener oder der Instandhalter steht daher bei eingetre projekte für Ihre Industrieautomation mit nur einem einzigen Tool
tenen Fehlern unter hohem Zeit- und Erfolgsdruck, um die Anlage zu programmieren. Bei der Realisierung komplexer Funktionalitäten
wieder anzufahren. wie Arithmetik, Regel-Algorythmen und Achshandling bis hin zur
Intelligente Diagnose-Assistenten können dem Benutzer bei der frü
Bahnsteuerung bietet die moderne, objektorientierte Programmier-
hen Erkennung von Problemen und von Verschleiß (Erkennung von
sprache „Einfach. Mehr. Freiheit“.
Anomalien), bei der Identifikation von Fehlerursachen (Diagnose) und
bei der Anlagenreparatur helfen. Für einen Diagnose-Assistenten ist
Wissen in Form eines Computermodells über den automatisierten Pro
duktionsprozess notwendig. Allerdings kommen Diagnose-Assistenten
in der Industrie bislang kaum zum Einsatz. Auf der einen Seite ist die
Modell-Erstellung arbeitsintensiv und nur von Experten ausführbar, die
die Anlage sehr gut kennen. Zum anderen verändern sich Anlagen häu
fig, zum Beispiel durch Verschleißprozesse, Umwelteinflüsse oder Um
bauten.
überraschend einfach ...
www.computer-automation.de . 12/12
Jetter AG • Gräterstraße 2 • 71642 Ludwigsburg • Telefon 07141 2550-0 • info@jetter.de
28 Steuerungsebene
Das inIT der Hochschule OWL und das Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo untersuchen,
erproben und demonstrieren in der Lemgoer Modellfabrik die Integration von ge- lich sind viele Einzelelemente intelligenter
eigneten Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) für die Automation technischer Systeme schon vorhanden und
wandlungsfähiger, rekonfigurierbarer und energieeffizienter Produktionssysteme. damit nicht neu. Auch ist die IKT-Integra
tion in die Automation kein wirklich neues
Hier bietet das maschinelle Lernen aus ben dem Einsatz moderner Antriebstechnik Thema. So ist beispielsweise die PC-ba
der Informatik einen Ausweg: Durch Be ein enormer Aufwand in die Auslegung sierte Automation heute Stand der Technik
obachtung des Prozesses in Echtzeit kann und Optimierung der Anlage zu investieren. oder die Einführung von Echtzeit-Ethernet
das Computermodell und damit das not Ein praktisches Beispiel dafür ist das Ein- und Wireless in vollem Gange.
wendige Diagnosewissen selbstständig er und Auslagern von Waren in einem auto Bezogen auf intelligente technische Sys
lernt werden. Grundlage hierfür ist die Ver matisierten Hochregallager, das eine Viel teme ist es aber alles andere als alter Wein
fügbarkeit der Prozessdaten, die zum zahl von Verfahrachsen mit elektrischen in neuen Schläuchen! Künftige Automati
Betriebszeitpunkt in ausreichender Menge Antrieben aufweist. Um neben dieser sierungssysteme müssen sich selbstständig
erfassbar sind. Mittels dieses gelernten Grundfunktion eine energieoptimierte Be vernetzen, diagnostizieren und optimal an
Wissens analysiert der Diagnose-Assistent triebsführung durchführen zu können, muss passen. Hierfür existieren derzeit viele
nun das Anlagenverhalten im Betrieb und – wie bei dem Diagnose-Assistenten auch Teil-, aber noch keine ganzheitlichen Lö
erkennt Anomalien durch Soll-/Ist-Ver – ein Computermodell der Anwendung aus sungen in der Automation.
gleiche, die dann dem Fachpersonal energie- und automatisierungstechnischer Zusammenfassend lässt sich demnach
über geeignete Mensch-Maschine-Inter Sicht vorhanden sein. Algorithmen der festhalten: Die in der Automation einge
aktionstechnologien (Leitsysteme, mobile Selbstoptimierung übernehmen nun auf setzten Technologien werden zunehmend
Plattformen) mitgeteilt werden. In einem Basis dieses Modells wiederkehrend und in durch die Möglichkeiten der Informatik
nächsten Schritt werden anhand der erlern Echtzeit Aufgaben des SPS-Programmie und der Informations- und Kommunikati
ten Wirkzusammenhänge Fehlerursachen rers, in dem sie das Ablaufverhalten der onstechnologien bestimmt. Viele dieser
ermittelt, die die Anomalien erklären Verfahrachsen kontinuierlich derart anpas Schlüsseltechnologien kommen aus den
können. Beispiele für Anomalien sind ein sen, dass zum einen die Grundfunktion ge USA oder Asien. Für Deutschland gilt es,
falsches Zeitverhalten aufgrund von Ver währleistet bleibt und zum anderen gleich das Potenzial an der Schnittstelle zwischen
schleiß, suboptimale Energieverbräuche zeitig die gesetzten Energieziele möglichst den Ingenieurwissenschaften und der In
oder unerwartete Sensorsignale. gut erfüllt werden können. formatik noch intensiver zu nutzen. Ein
Ein anderes Feld für intelligente techni Technische Grundlage der vorgestellten Beispiel hierfür ist der BMBF-Spitzenclus
sche Systeme ist der ressourcenoptimierte Intelligenz sind neben einer durchgängigen ter „Intelligente technische Systeme Ost
Betrieb von Maschinen und Anlagen. In Vernetzung die explizite, rechnerverarbeit westfalen-Lippe – It’s OWL“, in dem 174
telligente Optimierungsassistenten helfen bare Modellierung des Wissens der auto Partner aus Industrie und Wissenschaft in
dem Benutzer, die Anlagenleistung und matisierten Prozesse sowie entsprechende tensiv zusammenarbeiten, um den Über
Effizienz kontinuierlich zu analysieren, zu wissensbasierte Algorithmen zur Selbstdi- gang von der Mechatronik hin zu Syste
verbessern und einen möglichst optimalen agnose und Selbstoptimierung. Derzeit feh men mit inhärenter Teilintelligenz zu
Arbeitspunkt anzustreben. Ein aktueller len aber noch geeignete Modellformalis vollziehen. gh
Anwendungsfall ist die Optimierung des men und Semantik-Informationen, die das
Energieverbrauchs von produktionstechni Lernen der Modelle unterstützen und eine Prof. Dr.-Ing.
schen Anlagen: In Industrieanlagen entfal Prognose des Systemverhaltens erlauben. Jürgen Jasperneite
len knapp 70 % des elektrischen Energie Um auf die Ausgangsfrage zurückzu leitet das Fraunhofer-Anwen-
bedarfs auf Antriebe. Der ZVEI sieht in kommen: Handelt es sich bei Industrie 4.0 dungszentrum Industrial
diesem Bereich alleine in Deutschland ein & Co. nun um alten Wein in neuen Schläu Automation und das inIT der
Hochschule Ostwestfalen-
Einsparpotenzial von 38 TWh pro Jahr. chen? Bezogen auf die vielen Begrifflich Lippe in Lemgo.
Zur Erschließung dieses Potenzials ist ne keiten lautet die klare Antwort: Ja! Sicher
12/12 . www.computer-automation.deSie können auch lesen
