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Donnerstag, 14. Dezember 2017

Industrie

Allianz für digital vernetzte Photonik

Von Peter Trechow | 12. Januar 2017 | Ausgabe 01

Sensoren und Lasersysteme sollen in den digitalen Produktionswelten der Industrie 4.0 eine zentrale Rolle spielen. Um drängende Fragen zu klären, formiert sich nun die „Allianz Photonik 4.0“.

Spektaris-BU
Foto: Sick AG

Regelkreise: Sensoren, Aktoren und Steuerungen sollen stärker von Datenströmen profitieren.

Punkt für Punkt und Pixel für Pixel lösen hochfrequente Ultrakurzpulslaser mit Wiederholraten von einigen hundert Kilohertz winzige Partikel aus Metall- und Kunststoffoberflächen. Die thermische Belastung ist minimal. Ungewollte Schmelze und Materialspritzer werden vermieden. Zuvor digital simulierte Fertigungsprozesse lassen sich dank der hohen Präzision nahezu identisch in die Realität übertragen.

Das ist nur ein Beispiel dafür, warum sich das masselose und daher zugleich schonende und hochexakte Werkzeug Licht für digital gesteuerte und vernetzte Prozesswelten der Industrie 4.0 aufdrängt. Gleiches gilt für die Additive Fertigung: Laser verschmelzen dabei feinste Metall- oder Kunststoffpulver in digitalen Prozessketten zu Bauteilen. Gesteuert wird die schichtweise Belichtung direkt aus konvertierten CAD-Daten.

Ähnlich sieht es im Bereich der sensorischen Qualitätsüberwachung aus. Optische Verfahren bieten hier dank immer schnellerer Datenverarbeitung immer höhere Auflösungen. Damit schaffen sie die Voraussetzung, um trotz Miniaturisierung und steigenden Fertigungsgeschwindigkeiten nahezu fehlerlos zu produzieren. In heutigen Prozessen sind im Qualitätsmanagement nach Six-Sigma Fehlerquoten von unter 0,00034 % gefragt. Umfassende sensorische Überwachung direkt in der Fertigungslinie ist daher geboten. Sie muss schnell sein, flexibel und intelligent. Nur so lassen sich mikroelektronische Bauteile und Chips kontrollieren, auf denen Leiterbahnen wenige Nanometer klein sind.

Die meist mittelständischen Anbieter von optischen Technologien stehen vor der Frage, welche weiteren Anforderungen die Digitalisierungswelle an ihre Sensor- und Lasersysteme stellen wird – wie also eine Photonik 4.0 zukünftig aussieht. Deutlich wird, dass sich starre Hierarchien zwischen Sensoren und Netzwerken mit Bussystemen sowie verteilten Steuerungen auflösen. Offen scheint, inwiefern zusätzliche Sensoren in den Prozessen nötig sind, ob Daten künftig bereits in den Sensorsystemen vorverarbeitet werden sollen und wer die Hoheit über die gesammelten Daten bekommt. Schließlich geht es um Daten, in denen das Kern-Know-how der industriellen Anwender steckt.

Photonikunternehmen wollen nun gemeinsam Antworten darauf finden. Deshalb formiert sich hierzulande eine „Allianz Photonik 4.0“. Initiiert vom Verband Spectaris, der Wissenschaftlichen Gesellschaft Lasertechnik (WLT) und unterstützt von den Bundesministerien für Wirtschaft und Energie sowie für Bildung und Forschung suchen darin Dutzende mittelständische Unternehmen, Hochschulen und Forschungsinstitute den Schulterschluss. Auf einer Auftaktveranstaltung Ende 2016 in Berlin trugen sie zunächst Fragen, Herausforderungen und Visionen zusammen.

„Wir stehen vor einem gewaltigen Umbruch, der die Innovationszyklen rasant beschleunigt“, erklärt der scheidende WLT-Präsident und Leiter des Lehrstuhls für Laseranwendungstechnik der Ruhr-Uni Bochum, Andreas Ostendorf, die Motivation der Initiative. Um den aktuellen Vorsprung im Bereich der Lasersysteme und Messtechnik im Zuge der Digitalisierung zu verteidigen, werde es darum gehen, wissenschaftliche Erkenntnisse schneller in Produkte zu übersetzen. Dafür müssten die Akteure enger zusammenrücken.

Zumindest in Berlin war Verunsicherung darüber spürbar, wer in einer digitalisierten Produktion Zugriff auf welche Daten haben wird. Denn erfolgreiche Geschäftsmodelle in der Digitalisierung kommen bisher vor allem aus den USA. Beispiele sind für Mike Böttger, Vice President Strategy der Jenoptik AG, Firmen wie Uber, Airbnb oder Netflix. Diese hätten sich an die Spitze im Taxi-, Ferienwohnungs- oder Filmmarkt gesetzt, ohne ein Taxi, eine Wohnung oder ein Kino zu besitzen. „Die Digitalisierung schreibt neue Regeln für Märkte und Geschäftsmodelle“, mahnt er. Das werde auch für die Photonik gelten, der in der Industrie 4.0 die Schnittstellenfunktion zwischen digitaler und realer Welt zukomme. Die Branche müsse dazu künftig mit stark anwachsenden Echtzeitdatenströmen aus multiplen Sensortypen und Fertigungsanlagen umgehen.

Der intelligente Umgang mit großen Datenvolumina zählt laut Ostendorf bisher nicht zu den Stärken deutscher Photonikunternehmen. Zwar basiere der schnelle Datentransport oft auf optischen Glasfasernetzen und lieferten die Kameras und Sensoren immer höher aufgelöste Datenpakete. Doch die Big-Data-Analysewerkzeuge und Cloud-Dienste kämen bisher vor allem von Übersee.

„Es bestehen große Sorgen, dass Dateneigentum durch Cloud-Prozesse verwässert und Kern-Know-how in fremde Hände gelangt“, erklärt er. Darum seien Initiativen wie Industrial Data Space gefragt. Das ist ein Förderprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, in dem Fraunhofer-Forscher eine Referenzarchitektur für eine sichere Industrie-Cloud mit klaren Regeln zur Datenhoheit entwickeln. Knapp 50 Unternehmen, darunter VW, Bosch, Thyssen Krupp und der Sensoranbieter Sick haben sich der Initiative schon angeschlossen. Das ist ein Anfang, dem die Allianz Photonik 4.0 viele weitere Schritte folgen lassen möchte.  

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