Das Fraunhofer IDMT und Festo beschäftigen sich mit der Zustandsüberwachung pneumatischer Antriebe, insbesondere für die frühzeitige und automatisierte Detektion von Druckluftleckagen.

Bild: Fraunhofer IDMT / Anika Bödecker

Sichere dezentrale Analyse- und Prognosefähigkeit Audio-Überwachung gegen Leckagen in pneumatischen Antrieben

24.05.2022

Akustische Sensorsysteme werden in der industriellen Fehler- und Zustandserkennung sowie der automatisierten Qualitätskontrolle eingesetzt. Im Projekt „KI-MUSIK4.0“ entwickelt das Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT diese Technologien für den Einsatz in hochvernetzten Multisensorsystemen weiter. Ein Anwendungsfall ist die Leckagedetektion an pneumatischen Antrieben.

Produktionsprozesse sind bereits heute weitreichend digitalisiert. Smarte Sensorik, leistungsfähige Mikroelektronik und eingebettete Software sammeln und verarbeiten eine Vielzahl an Daten, die zur Optimierung von Betriebsabläufen herangezogen werden. Auch der Oldenburger Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des Fraunhofer IDMT erforscht und entwickelt anwendungsspezifische Sensorsysteme dieser Art, zum Beispiel zur Überwachung von Maschinen.

Einer nächsten Generation intelligenter, zunehmend autonomer Produktionssysteme ist das Projekt „Mikroelektronik-basierte universelle Sensor-Schnittstelle mit Künstlicher Intelligenz für Industrie 4.0“, kurz: „KI-MUSIK4.0“, gewidmet. Koordinator des BMBF-geförderten Projektes ist Schaeffler Technologies. „Das Ziel des Vorhabens liegt in der Verbesserung der Datenerhebung und -verarbeitung am Ort des Geschehens, um eine sichere dezentrale Analyse- und Prognosefähigkeit zu gewährleisten.

Neben der Entwicklung neuartiger, energieeffizienter Sensorkonzepte werden Aspekte des maschinellen Lernens untersucht. Für den Einsatz „in Echtzeit“ muss die Technologie robust, energieeffizient und vernetzt in Produktionsumgebungen einsetzbar sein“, erklärt Projektleiter René Grünke, Senior Expert Sensorik bei Schaeffler.

Showcase: Leckagedetektion an pneumatischen Antrieben

Für besonders anwendungsbezogene Ergebnisse entwickelt und erprobt das Konsortium von „KI-MUSIK4.0“ die neuen IIoT-Technologien (Industrial Internet of Things) anhand realer Use Cases. Das Fraunhofer IDMT betrachtet beispielsweise mit Festo die Zustandsüberwachung pneumatischer Antriebe und insbesondere die frühzeitige und automatisierte Detektion von Druckluftleckagen.

Sie entstehen meist schleichend. Gesteigerte Betriebskosten, verringerte Maschineneffizienz oder vereinzelte Maschinenausfälle lassen sich erst spät mit dem Druckluftverlust in Verbindung bringen. „Eine Reduktion der Druckluftverluste bietet Einsparpotenzial für Kunden und erhöht die Energieeffizenz von Komponenten und Anlagen“, sagt Stefan Saller, Projektleiter im Bereich Advanced Development Mechatronic Systems bei Festo.

Das Unternehmen und die Oldenburger Entwicklerinnen und Entwickler sehen weitreichende Mehrwerte insbesondere in der intelligenten Aufbereitung und Bereitstellung von Daten für Predictive Maintenance Anwendungen. Anhand eines Technologiedemonstrators präsentiert das Fraunhofer IDMT den Anwendungsfall an seinem Stand auf der Hannover Messe 2022.

Intelligente akustische Sensorik und KI-Methoden

Im Projekt entwickelt das Fraunhofer IDMT seine intelligenten, akustischen Sensorsysteme für den Einsatz in großen Sensornetzwerken weiter. Verfahren zur Signalvorverarbeitung reduzieren anwendungsspezifische Störgrößen, gestalten neuartige KI-Methoden robuster und machen zu übertragende Datenpakete bedeutend kleiner.

Die neuen Sensorlösungen verarbeiten zudem große Datenmengen „on-premises“ bevor sie die relevanten Informationen an das Netzwerk weitergeben. „All das beschleunigt die Kommunikation zwischen den Komponenten erheblich, verbessert die akustische Fehler- und Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen nochmals deutlich, vermeidet die Weitergabe eventuell sensibler Audiodaten – und unterstützt das gesteckte Ziel der zuverlässigen Echtzeitüberwachung auf allen Ebenen moderner Systemarchitekturen“, erklärt Danilo Hollosi, Gruppenleiter Akustische Ereignisdetektion am Fraunhofer IDMT.

Weitere Industrielösungen

„Unsere Lösungen im Bereich der Zustandserkennung von Maschinen und Anlagen sind Teil eines Gesamtkonzeptes für den Einsatz von Audiotechnologie in der Produktion von morgen. Dabei geht es uns um die Erschließung der Potenziale von Audiotechnologie auf allen Ebenen der Interaktion zwischen Maschine und Mensch, Mensch und Mensch sowie Mensch und Maschine, also beispielsweise durch die Erkennung von Fehlerzuständen durch die Maschine und die akustische Signalisierung an den Menschen, eine gute Sprachverständlichkeit im Lärm und über die Distanz bei der Kommunikation zwischen Menschen, sowie eine robuste und gezielte Sprachsteuerung von Maschinen durch den Menschen“, erklärt Dr. Jens Appell, Leiter des Institutsteils Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA.

Neben der Leckagedetektion an pneumatischen Antrieben zeigt das Fraunhofer IDMT daher auch weitere Lösungen, zum Beispiel für die Qualitätssicherung beim Einrasten von Steckverbindungen in der Automobilproduktion.

Weitere Informationen zu den Lösungen für Industrie und Produktion des Fraunhofer IDMT in Oldenburg erhalten Sie auf der Website oder direkt am Stand A06, Halle 5, auf der Hannover Messe vom 30. Mai bis 2. Juni 2022.

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