Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Im Rahmen des Forschungsprojektes SmartSensor 4.0 wurde in Zusammenarbeit mit dem Magdeburger Unternehmen studio.201 ein intelligentes Sensorsystem entwickelt. Dieses Konzept leistet einen Beitrag zur Initiative "Industrie 4.0" und stellt insbesondere mit der smarten Kraftmessdose einen wichtigen Baustein für die intelligente Datenerhebung in der Verarbeitung und Charakterisierung von Kunststoffen dar. Das Sensorsystem dient als Datenquelle für die vollständige Beschreibung einer Produktionskette, auch bekannt als digitaler Zwilling. Im Projekt wurde dies für den Bereich der mechanischen Charakterisierung umgesetzt, wobei die smarte Kraftmessdose drahtlos mit einem Datenserver über ein IoT-Netzwerk verbunden ist. Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere solcher Sensoreinheiten in einem Netzwerk mit einer gemeinsamen Datenablage zu betreiben. Über eine Web-Schnittstelle können ausgewählte Daten entsprechend der gewünschten Anwendung für andere Dienste bereitgestellt werden (OpenAccess).
Der Hauptunterschied zu anderen am Markt erhältlichen Sensorsystemen besteht darin, dass Basis- und Umgebungsgrößen kontinuierlich in den drei Betriebszuständen Versuch (Online), Bewegung und Lagerung (jeweils offline) aufgezeichnet werden. Dadurch können Überlastungen sowie Umwelt- und Zustandsgrößen (auch bei Lagerung und Handling) zuverlässig überwacht werden. Das Monitoring kann individuell für jeden Kanal definiert und mit einem Nachrichtensystem (E-Mail, Messenger) verbunden werden. Ein integriertes Rechtemanagement ermöglicht die Steuerung von Lese- und Schreibrechten auf Kanal- und Level-Basis. Alle Messdaten werden in einer gemeinsamen Zeitreihendatenbank gespeichert. Durch die Verknüpfung von Zeitstempeln und Sensorkanal-IDs können auch parallel laufende Prozesse (mit zeitlichen Überschneidungen) erfasst und später sauber getrennt werden. Die Verknüpfung mit Metadaten aus anderen Systemen (Proben- und Versuchsdokumentation, Prüfmittelüberwachung, Gerätedaten) erfolgt über Versuchs-IDs und Zeitstempel.
Ein Prototyp, der auf Basis eines M5stack/ESP32 entwickelt wurde, kann leicht zwischen der Prüfmaschinenelektronik und einer Standard-Kraftmessdose eingesetzt werden. Aktuell ist die Anpassung an einer Prüfmaschine im Fraunhofer IMWS möglich. Das entwickelte Konzept für einen smarten Sensor kann auch auf andere Anwendungsfelder in der Industrie oder in der Forschung und Entwicklung übertragen werden. Es bestehen Möglichkeiten für weitere Aktivitäten und Projekte mit Industriepartnern, wie die Weiterentwicklung und Nutzung der strukturierten Daten für KI-Methoden oder statistische Untersuchungen. Neben der Materialverarbeitung und Charakterisierung kann das Projekt auch auf andere Anwendungsfelder wie Medizintechnik, Logistik und Landwirtschaft angewendet werden.