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tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
]

Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard

12 Issues per year


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2196-7113
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Volume 84, Issue 5

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Sensorik und Messtechnik für die Industrie 4.0

Sensors, instrumentation and measurement science for “Industrie 4.0”

Andreas Schütze
  • Universität des Saarlandes – Lehrstuhl für Messtechnik, Fachrichtung Systems Engineering, Campus A5.1, Raum 2.33, 66123 Saarbrücken Germany
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/ Nikolai Helwig
  • Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gGmbH – Sensorik und Aktorik, 66121 Saarbrücken Germany
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Published Online: 2017-01-11 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2016-0047

Zusammenfassung

Dieser Beitrag betrachtet zunächst allgemein die Bedeutung von Sensorik und Messtechnik für die Industrie 4.0 und versucht, den nach wie vor schwammigen Begriff Industrie 4.0 für den Bereich Sensorik und Messtechnik als Sensor 4.0 zu konkretisieren. Anschließend wird kurz die Erwartungshaltung aus Sicht der Industrie 4.0 an moderne Sensorik und Messtechnik reflektiert, bevor der heutige Stand der Technik und die weitere Entwicklung skizziert werden. Konkrete Beispiele smarter Sensor- und Messsysteme für die Industrie 4.0 aus dem Bereich hochintegrierter magnetischer Sensoren sowie Anwendungen wie dem Condition Monitoring komplexer Anlagen auf Basis verteilter Sensoren verdeutlichen das Potential und die noch anstehenden Herausforderungen. Gerade das Condition Monitoring als Voraussetzung für eine zustandsbasierte Wartung von Systemen, aber auch für ein autonomes Aushandeln von Fertigungsprozessen muss neben dem Zustand von Prozess und Maschine auch mögliche Sensorausfälle bzw. die aktuelle Fertigungsgenauigkeit berücksichtigen. Hierzu zählt auch eine erweiterte Betrachtung der Messunsicherheit für statistische bzw. allgemein datenbasierte Auswertemodelle, da bei diesen u. a. gezielt Korrelationen in komplexen Systemen ausgenutzt werden, um den Zustand einzelner Komponenten bewerten zu können.

Abstract

This contribution will first address the relevance of sensors, instrumentation and measurement science for “Industrie 4.0” and will try to substantiate the somewhat fuzzy term “Industrie 4.0” for the field of sensors and measurement science by defining a Smart Sensor (“Sensor 4.0”). Expectations for new applications of sensors and measurement systems in the field of “Industrie 4.0” are briefly reflected as well as the current state-of-the-art and future trends in sensors and instrumentation. Specific examples are given for smart sensors and measurement systems for industrial applications, especially highly integrated magnetic sensors and sensor networks for condition monitoring of complex industrial systems. Both demonstrate the potential and also future challenges. Condition monitoring as basis for condition based maintenance of industrial systems, but also for autonomous negotiation of manufacturing processes has to take potential sensor faults and the current manufacturing precision into account in addition to the condition of the process and the machine. In this context, measurement uncertainty has to be reflected further, especially for statistical and generally data-based evaluation models. For these, correlations in complex systems are specifically used to determine the state of individual components.

Schlagwörter: Industrie 4.0; Smart Sensor; Condition Monitoring; datenbasierte Auswertemodelle; erweiterte Messunsicherheitsbetrachtung

Keywords: “Industrie 4.0”; smart sensor; condition monitoring; data-based evaluation models; extended measurement uncertainty

About the article

Andreas Schütze

Andreas Schütze studierte Physik an der RWTH Aachen und promovierte in Angewandter Physik an der Justus-Liebig-Universität Gießen. Nach einer mehrjährigen Tätigkeit in der Wirtschaft wurde er 1998 als Professor für Sensorik und Mikrosystemtechnik an die FH Niederrhein berufen. Seit 2000 leitet er den Lehrstuhl für Messtechnik in der Fachrichtung Systems Engineering der Universität des Saarlandes. Seine Forschungsschwerpunkte sind intelligente chemische Messsysteme für die Gasphase und für Flüssigkeiten sowie Condition Monitoring mit datenbasierten Modellen. Er ist u. a. Koordinator mehrere internationaler Verbundprojekte, Vorsitzender des Wissenschaftsrates des AMA Verband für Sensorik und Messtechnik e. V., Vorstandsmitglied der f. m. s. - Forschungsgesellschaft für Messtechnik, Sensorik und Medizintechnik e. V. Dresden und Vorsitzender des fms/ProcessNet-Gemeinschaftsausschusses Sensoren und Sensorsysteme sowie Mitglied von IEEE und VDE. An der Universität des Saarlandes ist er einer der Gründer des Mikrotechnologie-Transferzentrums Mitranz und des Zentrums für Mechatronik und Automatisierungstechnik (ZeMA) GmbH. Er ist aktiv als Mitglied des Editorial Boards und Gutachter für verschiedene wissenschaftliche Zeitschriften (u. a. J Sensors and Sensor Systems, J of Sensors, Sensors & Actuators B, IEEE Sensors Journal) und Mitglied des Programmkomitees verschiedener Tagungen und Konferenzen. Er betreibt seit 2006 das Schülerlabor SinnTec und engagiert sich in der Nachwuchsförderung, insbesondere mit Themen aus dem Bereich Sensorik und Messtechnik.

Universität des Saarlandes – Lehrstuhl für Messtechnik, Fachrichtung Systems Engineering, Campus A5.1, Raum 2.33, 66123 Saarbrücken

Nikolai Helwig

Nikolai Helwig studierte Mechatronik an der Universität des Saarlandes und ist seit 2013 wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Sensorik und Aktorik am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gGmbH (ZeMA), einem saarländischen Landesinstitut zur Förderung der anwendungsbezogenen Forschung, zur Ausbildung des ingenieurwissenschaftlichen Nachwuchses und zum Technologietransfer durch Kooperation mit der Wirtschaft. Sein Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich Condition Monitoring mit statistischen Methoden, primär auf Basis automatisierbarer, überwachter Lernverfahren. Er war maßgeblich an den dem Forschungsprojekt iCM-Hydraulik beteiligt und ist Mitinitiator des BMBF-Projektes MoSeS-Pro, in dem er heute tätig ist.

Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gGmbH – Sensorik und Aktorik, 66121 Saarbrücken


Revised: 2016-12-14

Accepted: 2016-12-14

Received: 2016-10-31

Published Online: 2017-01-11

Published in Print: 2017-05-24


Citation Information: tm - Technisches Messen, Volume 84, Issue 5, Pages 310–319, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2016-0047.

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[1]
Robert H. Schmitt and Christoph Voigtmann
Journal of Sensors and Sensor Systems, 2018, Volume 7, Number 1, Page 389
[2]
Andreas Schütze, Nikolai Helwig, and Tizian Schneider
Journal of Sensors and Sensor Systems, 2018, Volume 7, Number 1, Page 359

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