Industrie 4.0 lernt hören

Damit die Betreiber dieser wichtigen Aufgabe auch nachkommen können, beschäftigt sich das Verbundprojekt ACME 4.0 (Akustische Condition Monitoring Elektronikplattform) derzeit mit der Frage, wie es mit akustischer Sensorik künftig möglich sein könnte, Industrieanlagen intelligenter, sicherer und effizienter zu gestalten. Zur Beantwortung untersuchen Partner aus Industrie und Forschung das Potenzial der akustischen Überwachung von Maschinen und Produktionsprozessen. Mittels Energy-harvesting und drahtloser Kommunikation soll die Technologie komplett ohne Verkabelung funktionieren und damit eine energieautarke, hochintegrierte Sensorplattform darstellen.

Drahtloses Langohr

Ziel ist es, eine Kombination aus Elektronik, Sensorik und Signalverarbeitungs-Verfahren zu entwickeln, die beispielsweise bei Pumpen Verschleißerscheinungen anhand des Betriebsgeräuschs erkennen kann: Das Anwendungsszenario beim Industriepartner Bosch Rexroth (Demonstrator 1, siehe Infokasten) ist die Zustandsüberwachung von großen Maschinen, um den Verschleiß an Axialkolbenpumpen rechtzeitig zu erkennen. Bei bisherigen Messverfahren über drahtgebundene Vibrationssensoren ist die Position des Sensors am Gerät für eine zuverlässige Fehlerdetektion entscheidend. Hierzu ist bisher häufig eine aufwendige Anpassung durch Experten sowohl an die Bauform der Anlage als auch an die akustische Umgebung nötig. Die Beteiligten des Forschungsprojekts wollen nun eine flexibel einzusetzende, drahtlose Sensorik entwickeln, die über den Körperschall von Maschinen hinaus auch Luftschall und den Frequenzbereich von Infra- und Ultraschall erfasst. Die Bauform soll dabei kompakt bleiben und die Energieeffizienz hoch sein, damit das Sensorsystem leicht zu integrieren ist.

Zum Projekt: Vier Schritte ergeben 4.0

Durch die Kombination der Industrie 4.0-Ansätze: Selbstadaption, Vernetzung und Energie­autarkie mit neuester Sensortechnik aus der Akustik geht das Projekt unter Einsatz neuer EDA-Entwicklungsmethoden vier Ziele an:

Zunächst soll ein Beitrag zu „I4.0 Made in Germany“ geleistet und als Wettbewerbsvorteil im deutschen Maschinenbau eingeführt werden. Die selbstlernenden Sensorsysteme sollen nicht nur die jeweiligen Komponenten selbst, sondern auch deren Umgebung überwachen und somit die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöhen können (Demonstrator 1 kommt bei Bosch Rexroth zum Einsatz). Die geplante Akustische Condition Monitoring Elektronikplattform (ACME) ist hierbei schnell über Software für andere Komponenten zu konfigurieren. Weitere Flexibilitäts- und Wettbewerbsvorteile sollen durch die im Konzept berücksichtigte Energieautarkie und drahtlose Kommunikation entstehen.

Als zweites Ziel soll das Projekt die Tauglichkeit des oben erwähnten ACME-Ansatzes in einem deutschen Betrieb demonstrieren (Demonstrator 2): Ifag ist der größte deutsche Halbleiterhersteller mit einem starken Schwerpunkt im Automotive-Bereich, in dem Qualität und Zuverlässigkeit entscheidende Wettbewerbs-Parameter sind. Die akustische Überwachung soll hier auch bei den kleineren empfindlicheren Strukturen hohe Zuverlässigkeit ermöglichen.

Drittens soll den Forschungspartnern für die I4.0-Anwendung „selbstlernendes Condition Monitoring (CM)“ eine Entwicklungsumgebung, eine leistungsfähige Testplattform sowie eine preisgünstige Demonstrationsplattform zur Verfügung stehen, um künftige Entwicklungen zu beschleunigen und so einen Wettbewerbsvorteil gegenüber internationalen Mitbewerbern zu sichern.
Zuletzt sollen die jüngst in deutschen und europäischen Projekten entwickelten EDA-­Methoden genutzt und um etliche Komponentenmodelle erweitert werden. Dadurch wird der Fundus an diesbezüglichem Know-how und IP für die Entwicklung von innovativen Systemen in Deutschland gestärkt.

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