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02 2020 Elektronik 47 Sensorik kurz sein Bei kritischen Frequenzen kann dann direkt in den Produktionsprozess eingegriffen und dieser auch gegebenenfalls gestoppt werden Die aufgenommenen Prozessinformationen stehen als virtuelles Abbild des Werkstücks in Form eines digitalen Zwillings zur Analyse wie beispielsweise einer Prozessoptimierung und Fehlerrückführung zur Verfügung Der schwedische Mobilfunkausrüster Ericsson prognostiziert dass ein frühzeitiger Prozesseingriff durch eine 5Gunterstützte adaptive Produktion mittels prozessintegrierter Sensorik weltweit jährlich 360 Mio Euro bei der Fertigung von BLISK-Bauteilen einspart 1 Flexible Datenerfassung mit 5G-Multisensor Am Fraunhofer IPT wurde ein modularer 5G-Multisensor entwickelt Bild 1 mit dem ein flexibles Überwachungssystem aufgebaut werden kann Er verfügt über drei Hardware-Schnittstellen über die beliebige Sensormodule angeschlossen werden können Je nach Anwendungen können unterschiedliche Prozessgrößen und -parameter des Bauteils oder der Maschine mit einer Datenrate von bis zu 10-20 kbit s erfasst werden Konfiguriert wird der Sensor über Softwareschnittstellen Entsprechend der angeschlossenen Sensoren können Abfragefrequenzen Datentypen und Meta-Daten konfiguriert werden Statusparameter des Sensors wie CPU-Temperatur und Energieversorgung können abgefragt und zur Überwachung des Sensors genutzt werden Die Datenübertragung erfolgt über Ethernet oder ein Mini-PCIe-Modul für Funkkarten Dadurch kann der Multisensor sowohl in einer 4Gals auch in einer 5G-Netzwerkinfrastruktur durch Austauschen der Funkkarten betrieben werden Für die Bauteilüberwachung von BLISKKomponenten wird ein Vibrationssensor sowie ein Neigungsund Orientierungssensor am Multisensor betrieben Alle Daten der Sensoren werden in Echtzeit an eine Factory Cloud weitergeleitet und dort verarbeitet In einer solchen prozessnahen Cloud können latenzkritische Aufgaben erledigt werden wie zum Beispiel Datenvorverarbeitung Steuerungsaufgaben und Eingriffe in die Feldebene Für aufwendige und zeitunkritische Berechnungen werden die Daten in einer Remote Cloud gespeichert In dieser werden Big-DataAnalysen Digitale Zwillinge und Prozessmodelle erzeugt Diese Modelle können durch den bidirektionalen Austausch wieder in der Factory Cloud genutzt werden um so eine kontinuierliche Optimierung des Prozesses und der Werkstückqualität zu garantieren 5G-Industry Campus Europe Um Sensor-Cloud-Systeme in der Industrie zu testen und weiter zu erforschen entwickelt das Fraunhofer IPT mit sieben weiteren Industriepartnern im Projekt 5GSensPRO ein modular erweiterbares Sensor-Cloud-System für bestehende Maschinen Das System umfasst Sensorik Steuerungs-Auswerteund Visualisierungssoftware Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle um hochdynamische Produktionsprozesse zu überwachen und adaptiv steuern zu können Das System wird anschließend in das 5GMobilfunknetz in der Maschinenhalle des Fraunhofer IPT integriert und getestet Entstehen soll eine flexible Produktionsumgebung mit ausschließlich drahtloser Datenübertragung Das Sensor-Cloud-System wird auf die Herstellung von Turbomaschinenbauteilen ausgelegt Die Sensoren befinden sich direkt auf dem Bauteil und sind damit unmittelbar in den Fertigungsprozess integriert Die Sensorund Maschinendaten werden vorverarbeitet und in der Cloud als Teil eines Digitalen Zwillings abgelegt Produzierende Unternehmen können so nicht nur das Produktionsergebnis sondern auch Wartungsbedarf und Ausfallrisiken zuverlässiger als bisher prognostizieren Im Jahr 2018 wurde in Zusammenarbeit mit Ericsson in der Maschinenhalle des Fraunhofer IPT ein voll funktionsfähiges 5G-Netzwerk in Betrieb genommen um den Einsatz von 5G in einer realen Produktionsumgebung zu untersuchen Die 5G-Forschungsumgebung wird im Zuge des Projekts 5G-Industry Campus Europe zu einer standortübergreifenden 5G-Infrastruktur erweitert Sie wird rund 1 km² des Campus Melaten in Aachen inklusive vier Maschinenhallen mit einem flächendeckenden 5GNetz im Frequenzbereich 3 7 bis 3 8 GHz abdecken und über ein zusätzliches 4GNetz verfügen Es handelt sich dabei um ein privates Netzwerk das logisch und physisch von einem öffentlichen Mobilfunknetz getrennt ist Nur autorisierte Geräte werden darauf zugreifen können Infrastruktur wird zudem für den industrienahen Test von 5GSensorik Logistikausrüstung Robotik und standortübergreifenden Produktionsketten aufgebaut Auch das Testen von KIoptimierten Produktionsprozessen wird möglich sein MHA Literatur 1 Zitat Ericsson 2018 https www ericsson com en reportsandpapers consumerlab reports 5gbusinessvaluetoindustryblisk 12 12 2019 Sven Jung M Sc studierte an der RWTH Aachen Informatik Seit 2016 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Produktionsmesstechnik mit dem Schwerpunkt Digitalisierung und Vernetzung der Produktion und leitet seit 2017 die Gruppe Metrologiebasierte Automatisierung und Produktion Am 5G-Industry Campus Europe ist er seit 2019 als technischer Leiter tätig Sarah Schmitt M Sc studierte an der RWTH Aachen Physik und ist seit 2019 in der Abteilung Produktionsmesstechnik als Wissenschaftliche Mitarbeiterin mit dem Schwerpunkt Digitalisierung und Vernetzung der Produktion tätig Dort ist sie unter anderem Projektleiterin des Projektes 5GSensPRO