Künstliche Intelligenz im Sensor

Mittels Sick Appspace individualisierte Sensoren schaffen

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Die zunehmende Digitalisierung und Vernetzung der industriellen Produktion und der Lieferketten sind die Basis für eine wachsende Nachfrage nach intelligenten Sensorlösungen für industrielle Anwendungen. Doch welchen Einfluss hat damit die Digitalisierung auf die weitere Ausrichtung von Sick als weltweit führenden Hersteller von Sensoren und Sensorlösungen für industrielle Anwendungen? Antworten gibt Bernhard Müller, Senior Vice President Industry 4.0 bei der Sick AG.

Die Fragen stellten Johannes Gillar und Andreas Gees, stv. Chefredakteure elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Herr Müller, Begriffe wie Industrie 4.0 und Digitalisierung beschreiben den Wandel, den die Industrie in den kommenden Jahren vollziehen wird. Wie ändert sich damit die Rolle des Sensorherstellers Sick?

Bernhard Müller (Sick): Der Sensor ist der Generator aller Daten, und weil er immer mehr komplexe Daten generiert, wird er zukünftig auch dafür zuständig sein, diese Daten zu strukturieren. Ziel ist es, daraus Informationen zu gewinnen, die einen Mehrwert und ein vollständiges Bild seiner Umgebung schaffen. Ausgehend von der wachsenden Datenmenge wird mehr IT in den Sensoren erforderlich sein, sodass ein Sensorhersteller mehr Software- und Analytik-Kenntnisse erwerben muss. Da Sensoren zunehmend umfangreiche Informationen bereitstellen, müssen Sensorhersteller dem Edge-Computing besondere Aufmerksamkeit widmen. Der Sensor bleibt der essenzielle Teil eines Prozesses, deshalb werden wir uns verstärkt mit den Applikationen beschäftigen. Damit sind dann auch neue Geschäftsmodelle denkbar, oberhalb der eigentlichen Sensorik-Ebene. Sick bleibt jedoch ein Sensorspezialist, dass ist unser Basisgeschäft.

elektro AUTOMATION: Wenn sich jetzt die Sensorhersteller in die Bereiche IT und Cloud bewegen, wie unterscheiden sie sich von den Automatisierungsanbietern, die aus Steuerungen Daten in die Cloud liefern und das Thema lloT ebenfalls intensiv bedienen?

Müller: Die Steuerung, so wie wir sie heute kennen, wird sich grundlegend verändern. Intelligente Sensoren und Aktoren können in Zukunft als Alternative zur SPS Quelle von Daten und Informationen für die übergeordneten Applikations-Ebenen sein. Unser Alleinstellungsmerkmal bleibt die Spezifität der Sensoren sowie ihre hohe Qualität. Wir bei Sick kennen uns mit den Applikationen aus, wir wissen, wo die Sensorik eingesetzt wird und kennen die Prozesse der Kunden. Möchten wir tiefer in die Kundenapplikation einsteigen, müssen wir das entsprechende Know-how weiter ausbauen. Dadurch differenzieren wir uns bei Sick schon immer.

elektro AUTOMATION: Wie würden Sie den Sensor der Zukunft beschreiben. Der Sensor, wie man ihn bisher kennt, liefert Parameter für die Echtzeitsteuerung. Der Sensor der Zukunft hat mehr Funktionen?“

Müller: In der Frage steckt ein weiterer Aspekt. Ziel laut Acatech-Modell (Red.: Industrie 4.0 Maturity Index, www.acatech.de) sind letztendlich auch selbststrukturierende Prozesse. Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Die Echtzeitsteuerung wird weiterhin ihre Aufgaben übernehmen, aber der Sensor der Zukunft erfüllt seine Aufgaben über die Echtzeitsteuerung hinaus. Heutige Sensoren bieten ihre Basis-Funktionalität, liefern jedoch zusätzliche Informationen über ihr Umfeld, ob über Temperatur, Feuchte, Lichtstärke, Helligkeit, Verschleiß, Lebensdauer, Verschmutzungsgrad oder Vibration. Diese zusätzlichen Informationen können wir nutzen, um neue Erkenntnisse über Prozesse oder Maschinen zu gewinnen, ohne sie in die Echtzeit-Steuerung einfließen zu lassen.

elektro AUTOMATION: Werden intelligente Sensoren und Aktoren über IP-Kommunikation im Feld direkt an die ERP-Ebene gekoppelt, fällt damit die klassische Steuerungsebene in der Automatisierungspyramide weg.

Müller: Das wird mittlerweile so gesehen. Es wird Edge-Intelligenz in intelligenten Sensoren geben, auf der selben Ebene wie die Steuerungsintelligenz. Damit lassen sich die fünf Ebenen der klassischen Pyramide auf zwei Ebenen zusammenführen: In eine datengenerierende Ebene, das ist die Edge-Ebene, sowie eine weitere, die aus den gewonnen Daten Applikationen erzeugt. Das können neben ERP und MES beliebige andere Lösungen sein.

elektro AUTOMATION: Der Sensor 4.0 erzeugt ja eine Menge von Daten, die für Transparenz entlang der Wertschöpfungsketten genutzt werden. Welche Leistung muss hier ein Sensorhersteller über die eigentliche Sensortechnologie hinaus anbieten, um diese flexible Produktion der Industrie 4.0 beim Kunden zu ermöglichen?

Müller: Sensoren, Aktoren und Steuerungen liefern gleichwertige Daten. Daraus ergibt sich für den Sensorhersteller die Notwendigkeit, sich mit den Anforderungen dieser Ebene zu beschäftigen. Es geht also auch darum, in dieser Ebene in die Sensoren Funktionalitäten bzw. Applikationen hineinzubringen. Es geht darum, den Sensor nicht nur als Entscheidungsträger zu nutzen, sondern auch als Informationsträger. Schon heute können komplexe Aufgaben mit Hilfe von Kameras, Laserscannern oder Sensoren gelöst werden, die für eine Aufgabe kombiniert werden, sodass darauf basierend Edge-Devices eine völlig andere Sicht auf den Prozess bzw. die Applikation bekommen und damit auch andere funktionale Lösungen möglich sind. Damit kann der Sensorhersteller funktionale Applikationen entwickeln und bereitstellen, die auf seinen Sensoren beruhen.

elektro AUTOMATION: Mit dem zunehmenden Einsatz intelligenter Sensoren steigt die Datenmenge. Stichwort: Big Data. Welche Rolle spielt diese Datenverarbeitung in Ihrer Strategie?

Müller: Eine Aufgabe des Edge-Devices ist es, aus der Menge an Daten sinnvolle Informationen zu generieren. Beobachten zwei Kameras oder Laserscanner ganze Umgebungen und es ist nur ein kleiner Bereich von Interesse, müssen aus einer großen Datenmenge die wesentlichen Informationen gewonnen werden. Das ist eine Funktionalität, die im Edge-Device realisiert werden kann.

elektro AUTOMATION: Da taucht der Begriff der künstlichen Intelligenz auf. Gehört sie in die Cloud oder in das Edge-Device?

Müller: Idee ist, dass schon Sensoren intelligente Antworten geben können, Dinge erkennen und auf der Basis der gewonnenen Erkenntnisse entscheiden. Doch wie bekomme ich diese Fähigkeit in den Sensor hinein? Wie wird der Sensor intelligent und wie bekommt er das Wissen? Wurden früher individuelle Lösungen aufwendig programmiert, trainiert man heute die Sensoren mittels künstlicher Intelligenz. Man zeigt ihnen eine große Zahl von Bildern und trainiert sie auf diese Art. Dann kann ein Sensor auch Bilder auswerten, die er bisher nicht gesehen hat. Mit künstlicher Intelligenz geht es also schneller. Künstliche Intelligenz sehen wir deshalb als bedeutenden Teil der Sensoraktivität. Auf der Hannover Messe haben wir eine Software-Lösung basierend auf Deep-Learning-Algorithmen vorgestellt.

elektro AUTOMATION: Die Erstellung von Algorithmen erfolgt also in der Edge bzw. im Sensor. Andere Fachleute meinen, erst alle Informationen in die Cloud zu liefern, um dort die Algorithmen zu erstellen, die dann im Edge-Device ablaufen.

Müller: Mittlerweile haben selbst die großen Softwareanbieter erkannt, dass es unsinnig ist, alle Daten in die Cloud zu senden und dort auszuwerten. Auch andere Cloud-Protagonisten sehen, dass das nicht das Ziel sein kann. Neben der Connectivity stellt darüber hinaus auch die Security ein Problem dar. Intelligenz in Edge oder Fog erfüllt die Anforderungen weit besser.

elektro AUTOMATION: Sick bietet mit dem Eco-System AppSpace verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung eigener Lösungen. Können Sie uns erklären, welche Absichten das Unternehmen mit dieser Plattform verfolgt?

Müller: Die Idee dahinter ist, einen Sensor mit einem Raum zu versehen, in den Programme eingespielt werden können, um ihm eine spezifische Funktionalität zu geben. Ähnlich dem App-Store-Prinzip stehen in einem Pool verschiedene Apps zur Verfügung, die dem Sensor eine definierte Funktionalität verleihen. Solche Apps lassen sich ändern, erweitern oder auch ergänzen. Darüber hinaus steht ein Engineering-Tool zur Verfügung, mit dem sich solche Apps programmieren lassen. Bei der Entwicklung ging es uns bei Sick darum, uns selbst aber auch unsere Kunden in die Lage zu versetzen, ihren Sensoren eine individuelle Funktionalität zu geben. Hat man früher eine Kamera benötigt, die eine Bohrung analysiert oder einen Barcode liest, musste man diese Applikation eigens entwickeln und programmieren. Zukünftig lässt sich die Funktionalität als App auf den Sensor laden.

elektro AUTOMATION: Ist das System für kundenseitige Entwicklungen offen?

Müller: Selbstverständlichen erstellen wir bei Sick auch Apps im Kundenauftrag. Aber der AppSpace ist auch für Integratoren offen, die ihre eigenen Lösungen dort anbieten und vermarkten können. Auch private Bereiche sind möglich, zu denen nur bestimmte Anwender Zugang erhalten. Wieder andere Spezialisten stellen ihre Entwicklungen allen Interessenten zur Verfügung. Idee ist es, Funktionalitäten zu erstellen und anzubieten, die bisher so nicht vorhanden sind.

elektro AUTOMATION: Wenn Sie jetzt als Sensorhersteller die Daten liefern und mittels Algorithmen eine entsprechende Verarbeitung der Daten anbieten, welche Geschäftsmodelle könnten sich daraus real ableiten lassen?

Müller: Gerade die Maschinenbauer und die Software-Giganten fragen sich, welcher Nutzen aus den Daten gewonnen werden kann. Predictive Maintenance fällt jedem sofort ein, weil das bereits ein bekanntes Thema ist, das wir heute nur unter dem Gesichtspunkt einer technologischen Weiterentwicklung mit der gleichen Fragestellung betrachten. Heute haben wir neue Sensoren, neue Funktionalitäten und neue Software zur Verfügung. Neue Geschäftsmodelle hängen zukünftig jedoch direkt von einer konkreten Fragestellung ab. Hinter einem Geschäftsmodell muss ein Problem, damit Fragestellung und ein Lösungsweg stehen. Es gibt sicher Fragestellungen, die Logistiker Unternehmen bewegen. Diese zu lösen, wird zu neuen Geschäftsmodellen führen.

elektro AUTOMATION: Es gibt ja auch Geschäftsmodelle, als klassisches Beispiel, die als Pay-per-Use angeboten werden. Ich verkaufe Druckluft und keine Kompressoren mehr. Ist so etwas im Sensorbereich auch denkbar?

Müller: Oft stellen Sensoren die eigentliche Funktionalität einer Lösung dar und sind der bestimmende Teil einer Anlage. Das ist nicht die Lichtschranke, sondern eine eher komplexe Komponente. Dann ist die Funktionalität entscheidend für Qualität und Effizienz eines Prozesses. Für einen solchen Sensor ist es durchaus denkbar, ein übergeordnetes Thema aufzusetzen und dazu die Daten genauer zu betrachten. Das ist die Aufgabe eines Sensorherstellers, darin haben wir bei Sick Erfahrung. Gerade für Logistikprozesse haben wir solche Tools im Angebot und verkaufen diese recht erfolgreich. Dieses Know-how werden wir konsequent weiterentwickeln.

elektro AUTOMATION: Wir befinden uns hier in dem Gebäude von Sick, in dem auch das Thema Security angesiedelt ist. Können Sie uns etwas dazu sagen?

Müller: Geht es um Datensicherheit, muss ich mir genau anschauen, wo meine Daten für Dritte zugänglich sind. Benötige ich in einem übergeordneten System Daten, um sie auszuwerten, dann kann ich sie nicht verschlüsseln. Dann sollten die Sicherheitsmechanismen soweit entwickelt sein, dass diese Daten nicht gefährdet sind. Wir haben unsere Securityabteilung aufgebaut, um die umfangreichen Fragestellungen zu klären. Die Abteilung sorgt dafür, dass unsere Sensoren systematisch sicher sind und nicht kompromittiert werden können. Aber diese Abteilung kümmert sich auch um unsere Cloud-Applikationen, die ja ebenfalls sicher sein müssen. Wir haben uns im Projekt Industrial Data Spaces engagiert (http://hier.pro/muPAg). Denn wir benötigen Methoden, um innerhalb der Vernetzung die Weitergabe von Informationen sicher zu gestalten. Auch die genannten Edge-Devices stellen mögliche Einfallstore dar. Es muss also sichergestellt sein, dass alle aktuellen und technisch möglichen Schutzmaßnahmen ergriffen werden.

www.sick.com

Details zum Sick AppSpace

http://hier.pro/7VQXJ


Bernhard Müller, Senior Vice President Industry 4.0, Sick AG
Bild: Sick

„Der Sensor bleibt der essenzielle Teil eines Prozesses, deshalb werden wir uns verstärkt mit den Applikationen beschäftigen. Sick bleibt ein Sensorspezialist, dass ist unser Basisgeschäft.“



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