Gesundheit: Die informierte Schraube

Ein Kunstwort geht um auf der Hannovermesse: die Mechatronik. Sie integriert mechanische und elektronische Komponenten (inzwischen oft sogar im selben Bauteil) zu Systemen, die in der jeweiligen Situation besser reagieren können. Nehmen wir ein bekanntes Beispiel für die Zusammenarbeit von Mechanik und Elektronik: Im Auto kommt es darauf an, dass das Antiblockiersystem zwar das Bremsen nicht behindert, aber dann den Druck mindert, sobald auch nur ein Rad stehen bleibt und damit unbeherrschbar wird.

Die Verknüpfung von Mechanik und Elektronik kann so weit gehen, dass beide Aufgaben zum Beispiel schon in einem Steuerventil berücksichtigt sind. Das ist dann nicht nur fürs „Öffnen“ oder „Schließen“ zuständig, es übernimmt sogar die Regelung nach vorgegebenen Werten und kontrolliert auch gleich, ob sie eingehalten werden.

Kameras blicken genauer hin

All das spart Zeit, während die Maschine arbeitet, und reduziert in Serienfertigung auch die Kosten bei der Konstruktion von Geräten. Dadurch werden völlig neuartige Produkte möglich. Wieder ein Beispiel, das vielen Autofahrern einleuchten dürfte: Mechatroniker der Technischen Universität Darmstadt arbeiten an einer Einparkhilfe, die nicht nur die passende Parklücke findet, sondern den Wagen auf Wunsch sogar ganz allein abstellt.

Verständlich, dass es auch in den Fabrikanlagen immer „mechatronischer“ zugeht. Die Elektronik wird aber nicht nur in die Fertigung eingebunden, sondern auch in die Qualitätskontrolle. Da gibt es Kameras mit vielen, nebeneinander liegenden Augen, die das Werkstück auf Bearbeitungsfehler scannen, auch die Bildverarbeitungsverfahren zur Erkennung der Fehler wurden präziser.

Und wenn sich die Funktionen der einzelnen Bearbeitungsstationen immer tiefer von der Programmierung bestimmen lassen, kann der Betrieb mit wesentlich geringeren handwerklichen Umbauten schneller, flexibler und präziser auf die Kundenwünsche reagieren. Im günstigsten Fall fließt die Computer-simulierte Konstruktionsidee zunächst in eine Maschine, die schnell einen Prototypen anfertigt. Bewährt der sich im anschließenden Test, gehen die Daten ohne große Umwege in die richtige Produktion ein.

Von der Digitalisierung der Systeme hat aber auch der Produzent solcher Herstellungsanlagen Vorteile. Denn er muss ebenso scharf kalkulieren wie sein Abnehmer. Also achtet er darauf, vielseitig einsetzbare Module anzubieten. So lassen sich ganze Fertigungsstraßen einfacher zusammenstellen, schneller als früher und mit einer größeren Sicherheit vor Ausfällen im Betrieb.

Aber wenn es doch mal dazu kommt? Immer mehr und genauere Sensoren jedenfalls sollen dafür sorgen, dass sich das Teilsystem rechtzeitig „meldet“, bevor schwere und teure Folgeschäden drohen – möglichst noch vor einem Stopp des ganzen Bandes. Wichtig ist dann auch, dass das „kranke“ Teil seine (beginnende) Störung eindeutig schildert und sie ohne Zeitverlust dem Servicemechaniker mitteilt. Und da der angesichts immer haltbarerer Komponenten nicht mehr direkt neben dem Bauteil zu stehen braucht, sondern in einer Zentrale auf solche Abrufe wartet, werden solche Hilferufe inzwischen immer häufiger per Internet und E-Mail abgesetzt.

Je tiefer die Elektronik und die Informationstechnik in den Produktionsprozess eingreifen, desto wichtiger wird die Vereinbarkeit („Kompatibilität“) von Schnittstellen, von Datenbusnetzen und letztlich auch von Programmebenen bis hin zu den eingesetzten Betriebssystemen. Eine Chance wird dabei sogar für das Ethernet gesehen, mit dem PCs vernetzt werden, sowie im für Jedermann offenen Betriebssystem Linux.

Dabei tritt die „digitale Fabrik“ mit all ihren Datennetzen inzwischen aus dem Anwendungsbereich großer Hersteller heraus und wird auch für Mittelständler interessant und bezahlbar. Davon sind jedenfalls die Fachleute überzeugt.

Für Aufgaben, die nicht in Echtzeit bewältigt werden müssen, also für statistische Zwecke oder eben bei der Wartung bietet sich sogar der drahtlose Datentransport an. Denn wenn schon der Computer zu Haus mit dem Drucker oder dem Scanner mit Hilfe von Infrarot, „Bluetooth“ oder „wireless local area network“ Daten austauschen kann, dann darf man das erst recht von einer modernen Produktionsstätte erwarten.

Aber Funk ist noch nicht alles, denn es kommt noch die Transpondertechnik hinzu. Erst sie bewirkt, dass etwa Sensoren für die Produktions- und Qualitätssicherung weder externe noch eingebaute Stromquellen benötigen – also überhaupt keine Anschlüsse. Transponder reagieren auf elektromagnetische Wellen, die von im Raum angebrachten Antennen ausgesandt werden. Diese Wellen verursachen (per „Induktion“) in Spulen des Transponders einen elektrischen Strom. Und der reicht aus, nicht nur die komplette Sensorelektronik zu versorgen, sondern den kleinen, antwortenden Sender gleich mit.

Schneller schalten

Neu ist diese Technik nicht, sie wird zum Beispiel oft schon bei der Lagerhaltung und beim Transport von Teilen und Waren eingesetzt. Sind daran solche Transponder befestigt, reicht eine kontaktlose elektronische Abfrage, sofort sind der Aufenthaltsort des gesuchten Stücks sowie weitere, im Transponder-Chip hinterlegte Daten verfügbar. Präsentiert werden hier sogar einzelne Schrauben mit solchen winzigen Datenträgern. Das Neue ist nun allerdings die Verknüpfung dieser Technik mit Aufgaben in der laufenden Produktion.

Freilich bleibt noch ein Problem, denn ganz von allein funktioniert auch die digitale Fabrik (noch) nicht: Wo sind die Leute, die so ausgebildet sind, dass sie vom Material ebenso viel verstehen wie von dessen Bearbeitung, dann aber auch noch die komplexen Entwicklungs- und Programmierschritte beherrschen? Nicht ohne Grund also will die Hannovermesse auch in diesem Jahr mit zahlreichen Veranstaltungen ein Forum bieten, auf dem sich schon Jugendliche sowie Abiturienten und Studenten mit den künftigen Berufsbildern vertraut machen können.

Gideon Heimann