Industry 4.0 - vernetzt, automatisiert, sicher und komfortabel

Neu entstehende digitale Schnittstellen

AR & VR, 360°, Hologramme, Mixed Reality

Virtual Reality schafft neue Wege für Interaktion und Produktion

Mixed Reality Geräte erfordern eine leistungsstarke Rechen- und Grafikleistung. Der Einsatz von Edge Computing ist die einzige Möglichkeit, komplexe 3D-Modelle detailliert und in Echtzeit zu visualisieren und zu verarbeiten.

Produkte durch 3D kennen und verstehen lernen

Holografische digitale Zwillinge komplexer Designs in Augmented Reality Anwendungen ermöglichen die Betrachtung jedes noch so kleinen Details und Produktmerkmals. Der Benutzer erhält mehr Informationen, und komplexe Prozesse sind leichter zu verstehen und zu handhaben.

Fehler erkennen, bevor sie in die Serienproduktion gehen

Ein AR-Zwilling deckt versteckte Designfehler auf, bevor ein Produkt in Produktion geht. Hier ist zum Beispiel eine Schnittansicht hilfreich, die einen Blick auf das Innenleben des entworfenen Produkts ermöglicht, ohne Ressourcen für die Erstellung verschiedener Prototypen zu verschwenden.

Time-to-Market verkürzen und Kosten senken

Durch den Einsatz digitaler Schnittstellen können Designprozesse und damit die Time-to-Market deutlich verkürzt und die Kosten in allen nachfolgenden Projektschritten gesenkt werden. Rutronik bietet die am besten geeigneten Komponenten und das Know-how, um diese passend für die jeweilige Anwendung einzusetzen, um alle Vorteile und Synergien auszuschöpfen.

Vorteile und Anwendungen

• Steigerung der Produktionsleistung
• Geringere Qualitätsfehler- und Ausfallrate
• Optimierung der Entwicklungs- und Produktdesignphase
• Verbesserte Produktpräsentation, Schulung und Wartung

HMI

Positives Nutzererlebnis

Im Kontext von Industry 4.0 wird die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) zum Qualitätsmerkmal und ermöglicht ein positives Nutzererlebnis.  Moderne HMI-Engineering-Prozesse nach ISO 9241-210 setzen auf intelligente Unterstützungs- und Kooperationsmöglichkeiten zwischen allen Herstellungsebenen.

Der Mensch als Sensor und Entscheider 

Sensoren allein sind noch nicht in der Lage, komplexe Zusammenhänge zu erfassen. Die Erfahrung und das Wissen der Mitarbeiter sind nach wie vor entscheidend für die kontinuierliche Optimierung und Korrektur der Gesamtleistung des Sensors. Obwohl Industry 4.0 auf hohe Systemintelligenz und weitgehende Automatisierung setzt, bleibt der Mensch als Entscheider Teil der Systeme.

Anforderungen und Vorteile von HMI für Industry 4.0

Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit, Robustheit, Energieeffizienz und Interoperabilität sind die Schlüsselwörter für die HMI der Zukunft. Besonders wichtig sind anpassungsfähige Schnittstellen (vernetzbare Automatisierungskomponenten), die IT-Netzwerke und -Dienste integrieren und Feldbusse und Sensoren miteinander verbinden.

Moderne Informationstechnik schafft zudem eine innovative und intuitive Mensch-Maschine-Interaktion. Eyetracking, Blicksteuerung, Gestenerkennung im freien Raum, greifbare und haptische Schnittstellen steigern die Effizienz.

Die Produktspezialisten von Rutronik für Sensortechnik, Wireless, Optoelektronik usw. unterstützen bei der Umsetzung zukunftsweisende HMIs von A bis Z.

Vorteile und Anwendungen

• Effiziente Benutzereingabe
• Intuitive Interaktion
• Mobile und flexible Interaktion
• Qualitätssicherung
• Berührungslose Steuerungen
• Gebäudesicherheit
• Reinraum-Anwendungen
• Einbindung
• Verpackung/Logistik
• Robotik
• Wearables

Spracherkennung

Neue Dimension für HMI-Systeme

Als sprachgesteuerte Benutzerschnittstelle ergänzt die Sprachsteuerung die HMI-Systeme mit grafischer Benutzerschnittstelle. Die Bedienung von Systemen ohne Hände, Tasten, Schalter und Blickkontakt erhöht die Produktivität und verbessert das Nutzererlebnis.

Worauf Sie bei Sprachsteuerungssystemen achten sollten 

Die Zuverlässigkeit der Spracherkennung ist der zentrale Punkt der Integration. Erreicht wird sie durch Unabhängigkeit vom Lautsprecher, 30 Sprachvarianten, natürliche Spracheingabe und eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber Hintergrundgeräuschen.

Die Entscheidung, ob das System on- oder offline-basiert ist, hängt von der Aufgabenstellung ab. Geräte, Unterhaltungselektronik, Hausautomation und Mediensteuerung, können dank Online-Vernetzung andere Geräte steuern.

Anwendungen, die offline ein in sich geschlossenes System darstellen, sind auch ohne Netzwerkverbindung einsatzbereit, lange verfügbar und punkten mit hoher Datensicherheit (Privacy by Design).

Verkürzung der Time-to-Market 

Die Time-to-Market ist der letztlich entscheidende Punkt bei der Entwicklung von Anwendungen. Um die Entwicklungszeit für eine hochwertige Sprachausgabe zu verkürzen, bietet Rutronik das RutAdaptBoard-TextToSpeech an. Die Experten von Rutronik beraten bei der Umsetzung, bei Fragen zu zusätzlichen Komponenten für die Anwendung, wie z. B. Audioverstärker, NOR-Flashspeichern oder Lautsprecher.

Vorteile und Anwendungen:

• Sicherheit
• Zugänglichkeit
• Einfachere Handhabung
• Steigerung von Effizienz und Produktivität
• Industrie: 
  •  Zusammenarbeit mit Robotern und in AR-Anwendungen
  •  Steuerung von Maschinen und Geräten
  • Industrielle Automatisierung, Prüf- und Messtechnik
  • Berührungslose Bedienung von Geräten in schwer zugänglichen oder explosionsgefährdeten Umgebungen
• Medizintechnik: 
  •  Intensivbetten und Untersuchungsliegen mittels Sprache
  • Informationsbeschaffung und Dokumentation
  • Berührungslose Bedienung von Geräten in schwer zugänglichen oder sterilen Umgebungen
• Smart Home
• Digitale Beschilderung
• Informationssäulen
• Verkaufsautomaten

M2M

Verbesserung der M2M-Kommunikation mit Edge Computing

Die fortschreitende Verbreitung von M2M-Anwendungen führt dazu, dass immer größere Datenmengen ausgewertet werden. Der entscheidende Faktor ist hier die erforderliche Verarbeitung in Echtzeit, damit flüssige Prozesse realisiert werden können. Edge Computing ist ein Ansatz, um die Latenzzeiten so gering wie möglich zu halten.

Misserfolge vermeiden und neue Geschäftsfelder erschließen

Machine-to-Machine-Kommunikation ist die automatisierte Kommunikation zwischen Endgeräten ohne menschliche Interaktion. Ein mobiles Netzwerk, Bluetooth, WLAN oder kabelgebundene Internetverbindungen übertragen die Informationen.

Die Kombination aus schnellen und planbaren Übertragungswegen ist ein Vorteil der Machine-to-Machine-Kommunikation. Sie bietet auch einen Ansatz, um noch flexibler und mobiler auf Änderungen oder Fehlermeldungen zu reagieren. Dies reduziert den Wartungsbedarf und die Ausfälle, was eine erhebliche Kostenersparnis bedeutet.

Technologien für die Datenübertragung zwischen Geräten

Die Wireless-Experten von Rutronik finden dank der breit aufgestellten Linecard mit etablierten und neuen Herstellern die optimalen Komponenten für jede geplante M2M-Anwendung.

Die RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) eignet sich beispielsweise besonders für den kontaktlosen Datenaustausch mit elektromagnetischen Wellen. Auch der NFC Kurzstrecken-Funkstandard basiert darauf. Die Bluetooth-Technologie überzeugt durch schnelle Datenübertragung und besondere Energieeffizienz.

Vorteile

• Geringer Energieverbrauch         
• Optimierte Arbeitsabläufe
• Geringerer Wartungsbedarf
• Vermeidung von Ausfällen
• Gesteigerte Produktivität
• Optimierung der Ressourcennutzung

Anwendungen

• Mobilitätskonzepte: Flottenmanagement, autonomes Fahren, Connected Car
• Zustandsüberwachung
• Vorausschauende Wartung
• Tracking-Dienste
• Mobiles Bezahlen
• Elektronische Gesundheitsdienste
•  Smart Agriculture
•  Smart Meter

Industrielles Ethernet

Für wen ist industrielles Ethernet geeignet?

Ethernet-Netzwerke überzeugen vor allem durch ihre hohe Geschwindigkeit und Bandbreite. Dadurch ist es möglich, riesige Mengen an Echtzeitdaten aus der Produktion zu sammeln. Darüber hinaus ermöglichen die Eigenschaften von Ethernet, die Kommunikation von zentralen Prozessoren dezentral zu verteilen. Es ermöglicht auch eine direktere Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, was weitere Optimierungsmöglichkeiten in Arbeitsabläufen ermöglicht.

Anforderungen an ein konsistentes Kommunikationssystem in Industrieumgebungen

Ziel ist eine optimale Anbindung an die IT-Systeme auf Steuerungsebene und eine gute Kommunikation in Echtzeit der dezentralen Feldgeräte mit den Controllern. Wichtig ist es, eine transparente Kommunikation und vor allem eine über alle Ebenen konsistente Netzwerkinfrastruktur zu definieren. Industrielles Ethernet bietet mit seiner anwendungsneutralen Verkabelung einen zukunftsweisenden Ansatz.

Im direkten Austausch mit Rutronik werden sowohl der generelle Bedarf an einem industriellen Ethernet als auch die optimale Auswahl der benötigten Komponenten überprüft und eine Empfehlung erarbeitet.

Schnelle Weiterentwicklung für bessere Leistung 

Zu den Punkten, die in der Entwicklung vor allem vorangetrieben werden, gehören die kontinuierliche Verbesserung der Leistung und Taktsynchronisation, die Integration von Sicherheitsprotokollen, die Abbildung von Geräteprofilen, die aus der Feldbuswelt bekannt sind, und das Energiemanagement.

Die Anforderungen an das Material von Hubs und Medienwandlern müssen an die Industrieumgebungsbedingungen angepasst werden:

• Montage auf einer 35 mm DIN-Schiene
• DC-Stromversorgung
• Erhöhte EMV-Störfestigkeit
• Erweiterter Betriebstemperaturbereich
•  Erhöhte Schutzklasse (Schutz gegen Staub, Spritzwasser usw.)
•  Beständigkeit gegen Öle, Schmiermittel und Säuren
• Schwingungsfest
• Vorkehrungen für einen ausfallsicheren Betrieb

Vorteile  

•  Gleichzeitige Datenübertragung
• Nahezu unbegrenzte Teilnehmerzahl
• Netzwerkausbau möglich
• Effiziente Übertragung großer Datenmengen
• Der Buszugang ist für alle Netzwerkteilnehmer gleich
• Übertragungsmedien können kombiniert werden

Anwendungen

•  Öl und Gas
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
• Energy & Power
•  Elektrik und Elektronik
• Automotive und Transport
• Chemikalien

Zeitsensitives Netzwerk (TSN)

TSN, das „Ethernet Plus“

In der industriellen Produktion müssen Werkzeuge, Equipment und Maschinen genau aufeinander abgestimmt sein, um Schäden am Werkstück oder an der Maschine zu vermeiden. Voraussetzung dafür ist der Austausch von Daten in Echtzeit. Alle beteiligten Geräte müssen immer über eine identische Zeitbasis verfügen, die garantiert, dass die Antworten den Empfänger innerhalb einer bestimmten Zeit erreichen. Industrial Ethernet-fähige Technologien wie EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) oder PROFINET (Process Field Network) usw. garantieren solche Reaktionszeiten. Da jedes Bussystem auf bestimmte Anwendungen abgestimmt ist, haben sich mehrere parallel etabliert.

Durchgängige, autonom agierende Systeme für einen erfolgreichen Übergang zur Industry 4.0

Hier kommt die Idee von TSN ins Spiel. Es läuft neben der klassischen Kommunikation und ermöglicht die Kommunikation in Echtzeit auch in heterogenen Umgebungen, d. h. wenn unterschiedliche Bussysteme und Ethernet im Einsatz sind. Ziel ist es, Determinismus und Konvergenz mehrerer Datenflüsse in einem Netzwerk zu erreichen.

Präzision ist entscheidende Voraussetzung

Echtzeitfähige Systeme basieren auf hochpräzisen Uhren in jedem Endgerät. Sie müssen synchronisiert werden, da jedes ihrer Datenpakete einen Zeitstempel bereitstellt. Verantwortlich dafür ist das Precision Time Protocol PTP-1588.

Bei der Auswahl von Komponenten wie Bridges oder Controllern für die TSN-Integration sorgen die Digitalspezialisten von Rutronik für umfassendes Know-how und eine optimale Vorauswahl möglicher Hersteller.

Vorteile und Anwendungen

• Einfachere Netzwerk-/Maschinenarchitekturen
• Weniger Kommunikationshardware erforderlich
• Höhere Prozesstransparenz und verbessertes Prozessmanagement
• Standardisierung der verwendeten Protokolle
• Gesteigerte Produktivität
• Bessere Integration von OT- und IT-Systemen
• Industrielle Automatisierungstechnik
• Automotive

Sicherheit

Mehrstufiges Sicherheitskonzept „Defense in Depth“

Die Vielzahl unterschiedlicher Kommunikationsbeziehungen im industriellen Bereich erfordert ein Umdenken bei der Gestaltung der IT-Sicherheit. Jeder Kommunikationspartner vom Feldbus bis zum Controller hat seine Sicherheitsanforderungen. Hinzu kommt, dass durch die Integration von Cloud-Computing- und IoT-Anwendungen die Grenzen des eigenen industriellen Netzwerks zunehmend verschwimmen. Im Ergebnis verspricht nur ein Maßnahmenpaket mit unterschiedlichen Methoden und Technologien Sicherheit.

Entwicklung einer IT-individuellen Sicherheitsstrategie

Die strategische Definition optimaler, mehrstufiger und angemessener Defense-in-Depth-Maßnahmen erfordert eine Bewertung des Betriebsvermögens und eine Risikoanalyse. Der Fokus liegt dabei auf dem gezielten Schutz wertvoller Unternehmensdaten und der wichtigsten Prozesse. Es ist nicht zwingend erforderlich, einzelne Maschinen oder Anlagen umfassend zu schützen.

Defense-in-Depth-Maßnahmen sind:

• Antivirensoftware
•  Firewalls
• Anti-Spyware-Programme
•  Ein abgestuftes Passwortsystem
• Mechanismen zur Erkennung von Intrusion
• Biometrische Erkennungsverfahren

Rutronik bietet Unterstützung von der Analyse bis zur finalen Einführung des individuell passenden Sicherheitssystems und liefert wertvollen Input bei der Evaluierung und Auswahl der benötigten Komponenten.

Vorteile und Anwendungen

• Schutz kritischer Daten
• Rechtzeitiges Blockieren von IT-Bedrohungen
• Schutz vor Ausfällen
• Automation
• Automotive