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Digitalisierung

Die reale Welt bleibt analog

10. Januar 2020, 11:42 Uhr   |  Von Uwe Bröckelmann

Die reale Welt bleibt analog
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Die Welt, in der Industrie 4.0 realisiert werden soll, funktioniert analog. Um präzise Werte aus der analogen Welt robust und zuverlässig in die digitale Ebene zu übertragen, wird auch zukünftig das Know-how von Analog-Experten gefordert sein – ist Uwe Bröckelmann von Analog Devices überzeugt.

Selbst wenn es den Anschein hat, dass durch die Digitalisierung in unseren Fabriken im Rahmen von Industrie 4.0 alle Probleme mit Software zu lösen sind, erkennt man bei näherem Betrachten, dass die Hardware – und hier im Speziellen die analoge – einen wesentlichen Beitrag bei der Umsetzung leistet.

Dies ist nicht nur in der Industrie, sondern auch in vielen anderen Elektronik-Märkten wie Medizin, Kommunikation, Unterhaltung und Automobil der Fall. Somit bietet auch das Jahr 2020 Halbleiterherstellern, die sich auf analoge Technik fokussieren, umfangreiche Betätigungsfelder.

Sensorik – analoge Fühler für Algorithmen

Die zustandsorientierte Instandhaltung von Maschinen braucht beispielsweise genaue analoge Sensorik, damit ein Algorithmus den Wartungsbedarf einer elektrischen Maschine genauestens vorhersagen kann.

Die dafür benötigten Sensoren sind meist Beschleunigungssensoren wie die ADXL100x-Reihe von Analog Devices, die dort als Vibrationssensoren eingesetzt werden. Erst das geringe Rauschen und die hohe Frequenzbandbreite dieser MEMs-Sensoren ermöglicht es, Abnutzungserscheinungen in Lagern und Dichtungen von Elektromotoren präzise zu erkennen. Die Änderungen der Frequenzsignatur werden hier überlagert von starken Vibrationen schnelllaufender Motoren wie sie z.B. in Klimaanlagen oder Förderbändern verwendet werden. Getreu der aus der Informatik bekannten GIGO-Regel (Garbage In, Garbage Out) wird auch der beste Algorithmus aus schlechten Sensordaten keine gute Vorhersage treffen können.

Uwe Bröckelmann von Analog Devices
© Analog Devices

Uwe Bröckelmann von Analog Devices sagt: Selbst wenn per Funk digitale Daten übertragen werden, müssen sehr viele analoge Herausforderungen gemeistert werden.

Des Weiteren müssen Sensoren auch an eine überlagerte Steuereinheit angeschlossen werden. Dies kann über eine Funkverbindung wie die SmartMesh-Technik von Analog Devices geschehen, die im ISM-Frequenzband zeitsynchronisiert auch in rauer Industrieumgebung einen zuverlässigen Transportkanal sicherstellt. Oder auch leitungsgebunden, wobei der Trend weg von den traditionellen Feldbussen hin zu einer durchgängigen Ethernet-Verbindung von der Steuer- bis zu Sensorebene geht.

Obwohl hierbei digitale Daten übertragen werden, müssen sehr viele analoge Herausforderungen gemeistert werden. Die Funkübertragung über weite Strecken bedarf Empfänger mit sehr hoher Eingangsempfindlichkeit, damit auch die Sendeleistung und somit der Strombedarf möglichst gering ausfallen kann. Taktgeber müssen gut aufeinander abgestimmt sein, um eine genaue Zeitsynchronisation auch bei Netzwerken mit vielen Netzwerkknoten zu erzielen.

Robustheit braucht Analog-Know-how

Die Robustheit gegen elektromagnetische Strahlung und eine geringe Störabstrahlung sind ebenfalls Entwicklungsziele. Sollen möglichst günstige Zweidrahtleitungen eingesetzt werden, ist dafür fundiertes Analogwissen bei der Entwicklung von ICs und ein entsprechender Aufwand beim Qualifizieren und Optimieren der entsprechenden Schaltungen nötig. Dieses Know-how wird ebenso gefordert, um ICs für den Betrieb bei den für Industrieanwendungen geforderten Umgebungstemperaturen zu entwickeln, die bei 105 °C oder sogar 125 °C ihre Leistungsdaten zuverlässig einhalten.

Natürlich bedarf es Software und Algorithmen, um Hardware zum Laufen zu bringen und um aus Daten brauchbare Informationen zu generieren. Wir werden dabei in Zukunft zunehmend Angebote von hardwarenaher Software von ehemals reinen Halbleiterherstellern sehen. Diese Angebote werden die Hardware aber nicht ersetzen, sondern ergänzen. Sowohl der Absatzmarkt für Software wie auch Hardware wird gleichzeitig stimuliert. Diese geschieht durch immer höhere Präzision in der Hardware wie z.B. bei den oben aufgezeigten Beispielen und neue Möglichkeiten von Algorithmen in Rechnern vor Ort oder in der Cloud. Die Zukunft bleibt spannend und die Welt trotz Digitalisierung analog.

Der Autor

Uwe Bröckelmann von Analog Devices
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Uwe Bröckelmann von Analog Devices

Uwe Bröckelmann,

Technischer Direktor EMEA Analog Devices, ist seit 2003 für Analog Devices tätig. Von 2004 bis 2012 leitete er das Field Applications Engineering (FAE) Team in Mitteleuropa und zusätzlich von 2008 bis 2015 das Automotive FAE-Team in ganz Europa. Seit 2015 steht Bröckelmann als Abteilungsleiter einem interdisziplinären Team von Applikations-Ingenieuren vor und ist verantwortlich für die technische Entwicklung aller Analog Devices FAEs in EMEA.

Bröckelmann hat einen Abschluss als Diplom-Ingenieur der Automatisierungstechnik von der Universität Kaiserslautern. Er startete seine Karriere als Hardware-Entwickler bei Siemens in Fürth. Im Anschluss war er über fünf Jahre als FAE bei Maxim in Planegg tätig, bevor er als FAE zu Analog Devices stieß.

uwe.broeckelmann@analog.com

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