Die Entwicklung der industriellen Automatisierung hat in den letzten Jahrzehnten tiefgreifende Veränderungen erlebt, welche durch bedeutende Fortschritte gekennzeichnet sind.

Diese Fortschritte treiben Industrie 4.0 voran und bewegen sich sogar in Richtung Industrie 5.0. Diese Verschiebung mit Schwerpunkt auf intelligente Technologien, Datenanalyse und Mensch-Maschine-Kollaboration stellt zahlreiche Herausforderungen an bestehende industrielle Setups. Die Umrüstung von Altsystemen auf moderne Technologien ist ein entscheidender Schritt für Unternehmen, die konkurrenzfähig bleiben möchten. Dieser Artikel geht auf die Herausforderungen ein, mit denen industrielle Elektronikentwickler und Systemintegratoren in diesem Prozess konfrontiert sind, und empfiehlt Technologielösungen zur Überwindung dieser Hürden.

Industrie 4.0 und 5.0 verstehen

Industrie 4.0: Sie legt den Schwerpunkt auf Konnektivität, Daten und Automatisierung. Es geht darum, cyberphysische Systeme, das Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing und künstliche Intelligenz (KI) in Herstellungsprozesse zu integrieren.

Industrie 5.0:

Was sind die wichtigsten Herausforderungen bei der Nachrüstung:

• Kompatibilität mit Altsystemen: Die Integration neuer Technologien in die bestehende Infrastruktur kann aufgrund von Kompatibilitätsproblemen und der Notwendigkeit einer nahtlosen Kommunikation zwischen alten und neuen Systemen äußerst komplex sein.
• Interoperabilität: Es ist wichtig, eine nahtlose Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten und Systemen zu gewährleisten. Die Standardisierung von Protokollen und Schnittstellen wie OPC UA und MQTT ist für die Erreichung der Interoperabilität unerlässlich.
• Datenmanagement: : Eine effektive Datenerfassung, -speicherung und -analyse ist von entscheidender Bedeutung. Altsysteme verfügen oft nicht über die Kapazität für fortschrittliche Datenanalysen, was es schwierig macht, umsetzbare Erkenntnisse zu gewinnen.
• Sicherheit: Die Verbesserung der Cybersicherheit ist entscheidend, da eine erhöhte Konnektivität die Systeme potenziellen Cyberbedrohungen aussetzt. Altsysteme sind möglicherweise nicht für moderne Sicherheitsprotokolle ausgestattet.
• Qualifikationsdefizite: Der Wandel hin zur Digitalisierung erfordert die Weiterbildung der Belegschaft. Widerstand gegen Veränderungen und mangelnde digitale Kompetenz können die Einführung neuer Technologien behindern.
• Kosten: Die anfängliche Investition für die Nachrüstung kann erheblich sein. Unternehmen müssen die Kosten mit den potenziellen langfristigen Vorteilen und der Kapitalrendite (ROI) in Einklang bringen.

Empfohlene Technologielösungen

KI und maschinelles Lernen

KI und maschinelles Lernen können riesige Datenmengen mit dem Ziel analysieren, Prozesse zu optimieren, Fehler vorherzusagen und die Produktion zu personalisieren.

Figure 1: Artificial Intelligence at the Edge revolutionises industries

Anwendungen

• Vorausschauende Wartung: KI-Algorithmen können Geräteausfälle vorhersagen, bevor diese tatsächlich auftreten.
• Qualitätskontrolle: Modelle des maschinellen Lernens können Fehler in Produkten mit hoher Genauigkeit identifizieren.

Industrielle IoT-Gateways (IIoT-Gateways)

IIoT-Gateways sind für die Verbindung von Altsystemen mit modernen Netzwerken unerlässlich. Sie ermöglichen die Datenerfassung von Altgeräten und übermitteln diese zur Analyse an Cloud-basierte Plattformen.

Figure 2: Industrial LoRaWAN Gateway

Vorteile

• Nahtlose Datenintegration aus verschiedenen Quellen.
• Echtzeit-Datenverarbeitung und -analyse.

Edge-Computing

Edge-Computing bringt Rechenleistung und Datenspeicherung näher an die Datenquelle, wodurch die Latenz und die Bandbreitennutzung reduziert werden.

Figure 3: EdgeBox RPi 200 - Industrial Edge Controller (Source)

Vorteile

• Schnellere Entscheidungsfindung.
• Reduzierte Abhängigkeit von der Cloud.

Beispiel

Eine Fertigungsanlage kann Edge-Geräte dazu nutzen, Daten von Sensoren in der Fertigungsstätte zu verarbeiten, was sofortige Anpassungen von Maschinen ermöglicht, ohne dabei auf die Cloud-Verarbeitung warten zu müssen.

Erweiterte Sensoren und Aktoren

Die Aufrüstung von Sensoren und Aktoren kann die Fähigkeiten von Altsystemen erheblich verbessern. Intelligente Sensoren liefern genauere Daten in Echtzeit, welche für fortschrittliche Analysen und Automatisierung von entscheidender Bedeutung sind.

Figure 4: Advanced Sensors and Actuators (Source)

Arten von Sensoren:

• Temperatursensoren: Überwachen und regeln die Temperatur in Echtzeit.
• Vibrationssensoren: Sagen mechanische Ausfälle vorher.
• Näherungssensoren: Erhöhen die Sicherheit, da sie die Anwesenheit von Personen erkennen.

Cloud-Plattformen

Cloud-Plattformen bieten skalierbare Speicher- und Verarbeitungsleistung und ermöglichen erweiterte Analysen und KI-Anwendungen.