Volume 69, Issue 11

Industrial wireless networks are a key technology for the implementation of the Industry 4.0 concepts. Due to its advantages in relation to wired networks, such as flexibility and low cost of installation, these networks are gaining momentum in the recent years. Wireless networks are becoming even more attractive for industrial applications and consequently an increase is expected in the number of wireless devices connected to industrial applications. As a result, efficient network management becomes even more relevant, and consequently new techniques are necessary to cope with new demands. Network management tasks, such as routing, scheduling, coexistence awareness, and mobility, have been in focus of scientific community. However, several important research questions remain open. This paper presents recent works on industrial wireless networks management techniques in addition with the presentation of open research issues.

Zusammenfassung Zukünftige Fahrerassistenzsysteme sollen situationsgerechte Hinweise zum energie- und emissionssparenden Fahren geben. Hierfür benötigen sie eine Vorausschau auf das Schaltverhalten von Lichtsignalanlagen (LSA). Im Gegensatz zu Festzeitsteuerungen ist diese Aufgabe bei verkehrsabhängigen Steuerungen nicht einfach zu lösen. Durch die Echtzeitanalyse von LSA-Prozessdaten soll auf das zukünftige Schaltverhalten geschlossen werden. Bisherige Verfahren zur Schaltzeitprognose nutzen hauptsächlich statistische Ansätze, welche allerdings nicht unter allen Randbedingungen erfolgreich sind. Daher rücken zunehmend auch KI-basierte Methoden in den Fokus. Der Beitrag gibt hierzu einen Überblick und leitet den zukünftigen Forschungsbedarf ab.

Zusammenfassung Systeme im Bereich Industrie 4.0 sollen interoperabel miteinander agieren können. Damit dies automatisiert realisiert werden kann, müssen sie semantisch interoperabel sein. Hierfür fokussiert der aktuelle Industrie 4.0 Forschungsansatz einen semantisch homogenen Sprachraum. In diesem Paper wird eine Methode vorgestellt, die diesen Ansatz um heterogene Semantik erweitert. Die Abbildung unbekannter Vokabulare auf eine Zielontologie ermöglicht die Interaktionen heterogener Verwaltungsschalen. Basis der Abbildung sind Methoden aus dem Bereich Natural Language Processing. Hierzu werden auf ISO Standards vortrainierte language models und sentence embeddings kombiniert. Dies führt zu einer vielversprechenden Genauigkeit bei dem erstellten Evaluationsdatensatz, welcher unterschiedliche Semantiken für Identifikation- und Design-Teilmodelle des Projektes Pumpe 4.0 enthält.

Zusammenfassung Anwendungen, wie z. B. eine datengetriebene Prozessüberwachung oder eine für die Fertigung kundenindividueller Produkte notwendige wandlungsfähige Produktionstechnik, erzeugen neue und zusätzliche Anforderungen an die Industrielle Kommunikation. Die Kommunikation muss stoßfrei rekonfiguriert werden können, um Plug-and-Play-Dienste zu ermöglichen und so skalierbar und sicher sein, dass eine vertikale Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud möglich wird. Als Basis für ein skalierbares Kommunikationsnetzwerk, welches von verschiedenen echtzeitfähigen oder nicht-echtzeitfähigen Protokollen konvergent genutzt werden kann und so die bisher harte Grenze zwischen IT und Feldebene durchlässig macht, soll Ethernet TSN verwendet werden. Um auch einfache Sensoren ohne Gateways anzuschließen, sollen neue physikalische Übertragungstechnologien, Single Pair Ethernet (SPE) eingesetzt werden. Lange Lebenszyklen von Produktionsanlagen und Automatisierungstechnik führen allerdings dazu, dass die Einführung und Verbreitung neuer Technologien nur langsam erfolgt. Dabei unterliegt die Einführung der genannten Technologien unterschiedlichen Einflüssen: So ist die Einführung von TSN als Netzwerktechnologie gegenüber einer Physical Layer-Technologie, wie Single Pair Ethernet, oder einer Protokolleinführung, wie OPC UA, besonders schwer, da TSN nur dann genutzt werden kann, wenn alle Geräte eines Netzwerkes TSN auch unterstützen. Migrationsstrategien für Feldgeräte sind heute häufig unzureichend. Ein neuer Ansatz für eine verbesserte Migrationsstrategie für Feldgeräte, der die Einführung von Ethernet TSN in die Feldebene ermöglicht, ist der Ethernet Bridge-Modus „Time Aware Forwarding“. Time Aware Forwarding vereinfacht die Umsetzung von TSN in Feldgeräte mit zwei Ports. Bestehende PROFINET-Hardware und -Geräte erlangen mit diesem Verfahren die geforderten Funktions- und Leistungsmerkmale, wie Synchronität und geplanter Datenverkehr, um mit TSN-Netzwerken zusammenarbeiten zu können.

An approach for the non-destructive characterisation of adhesive bonds using guided ultrasonic waves is presented. Pulsed laser radiation is used to thermoacoustically excite broadband ultrasonic waves in a multi-layered sample, consisting of a metal plate adhesively joined to a polymeric layer using synthetic resin. The resulting signals are received by a purpose-built piezoelectric transducer. Varying the distance between excitation and detection yields spatio-temporal measurement data, from which the dispersive properties of the propagating waves can be inferred using a two-dimensional Fourier transform, assuming the plates to act as coupled waveguides. Coupled multi-layered waveguides show an effect referred to as mode repulsion , where the distance between certain modes in the frequency-wavenumber domain is assumed to be a measure of coupling strength. Measurements at different stages of curing of the adhesive layer are performed and evaluated. A comparison of the results shows changes in the dispersive properties, namely an increased modal bandwidth for the fully cured sample as well as an increased modal distance.

Fluid-driven actuators are not only well-established in automation, but also a promising drive technology for collaborative robots. Their inherent compliance due to the compressibility of suitable fluids such as air, as well as their direct drive properties are advantageous safety features for human-machine collaboration. In this work, we provide an overview of different fluid-driven manipulators, namely fluidic muscle actuated ones, continuum manipulators, and those with rotary joints. For the latter, we introduce the mathematical model including mechanics and pressure dynamics and describe its properties such as strong nonlinearities, which make trajectory tracking control challenging. A model-based nonlinear cascaded controller is presented. Experimental results on a 6 degrees of freedom (DOF) prototype demonstrate the resulting trajectory tracking performance.

Zusammenfassung Ethernet Technologie ist in Prozessanlagen nur in den höheren Ebenen der Automatisierungspyramide im Einsatz, kaum in der Feldebene. Dabei bietet Ethernet viele Vorteile, die vor allem im Zuge der Digitalisierung und Industrie 4.0 genutzt werden könnten. Was sind also die Hindernisse für den Einsatz von Ethernet im Feld? Wie sieht eine technische Lösung aus, welche auch für die kommenden Jahre mit verstärkten Anforderungen aus der Digitalisierung zukunftsfähig ist? Der Beitrag fokussiert die Beantwortung dieser Fragen und zeigt, wie Ethernet Technologie auch das Feld von Prozessanlagen erschließen kann.

Digitalization is discussed nearly everywhere in the world. This article describes the basics of digitalization which were originally developed for Industry. However the concept can also be used in our daily life as a blue-print of the infrastructure for the Internet of Things and Services (IoTS) which is shown in this article.

Zusammenfassung Im vorliegenden Beitrag werden Kommunikationssysteme in der abendländischen und christlich-jüdischen Mythologie betrachtet. Dabei zeigt sich, dass viele aktuelle Aspekte wie etwa die Technologien der Übertragungskanäle, typische Signalarten, Störungen in der Übertragung etc. durchaus auch in mythischen Zeiten bekannt waren.

Zusammenfassung Die Bedeutung von Simulation im industriellen Umfeld nimmt stetig zu. Durch Entwicklungen im Rahmen des digitalen Zwillings rückt zunehmend die betriebsparallele Simulation in den Fokus. Damit lassen sich Szenarien wie die Online-Optimierung von Durchlaufzeiten oder die Fehlerdetektion realisieren. Eine Herausforderung der betriebsparallelen Simulation ist jedoch der Umgang mit Abweichungen der Simulationsmodelle von der industriellen Anlage, welche nicht nur Aufgrund von vereinfachenden Annahmen während der Modellierung auftreten, sondern auch durch Alterung oder Umbau der industriellen Anlage entstehen. Die Arbeit beschäftigt sich daher mit der Entwicklung der Zustandssynchronisierung, welche eine betriebsparallele Simulation an eine industrielle Anlage kontinuierlich angleicht.