Im Mittelpunkt von Industrie 4.0: die smarte, digitalisierte Fabrik. Welche Aufgaben eine Smart-Kamera in diesem Kontext übernehmen kann und wie sie gleichzeitig auch KMUs einen einfachen Einstieg in die Bildverarbeitung ermöglicht, beschreibt der folgende Artikel.

Industrie 4.0 basiert auf vier Organisationsgestaltungsprinzipien. Das erste Gestaltungsprinzip heißt Vernetzung: Menschen, Sensoren, Maschinen kommunizieren miteinander sowohl lokal als auch über das Internet. Informationstransparenz ist das zweite Prinzip und beschreibt das virtuelle Abbilden einer Fabrik mit Live-Daten von den Sensoren. Das dritte Prinzip ist die technische Assistenz. Zum einen ist damit die physische Unterstützung bei körperlich herausfordernden Arbeiten gemeint, zum anderen durch Assistenzsysteme aufbereitete Daten, welche eine Entscheidungsfindung erleichtern sollen. Das letzte Prinzip stellt die dezentrale Entscheidung dar. Systeme sollen in der Lage sein, selbstständig Aufgaben zu lösen und Entscheidungen zu treffen.

Um einen vollständigeren Überblick der Produktion zu erhalten, müssen sämtliche Produktionsschritte mittels Kameras beobachtet werden. Doch damit eine Industriekamera alle vier Gestaltungsprinzipien abdeckt, ist ein enormer Integrationsaufwand erforderlich. Das heißt die Industriekamera, ob USB 3.0, Gigabit Ethernet oder Camera Link basierend, benötigt einen PC, der die Vernetzung ermöglicht und die Daten aufbereitet und gegebenenfalls die Entscheidungen mittels Software selbst trifft. Um im Umfeld der Sensoren und Aktoren arbeiten zu können, wird zudem noch eine Feldbusanbindung benötigt. Das sind viele unterschiedliche Themengebiete, für die es unterschiedliche Experten gibt.

Zu viele Anfragen, zu wenig Personal

Doch das Problem in der aktuellen Boom-Phase ist, dass Deutschland zwar eine hohe Anzahl an Experten in Form von Systemintegratoren besitzt, die optische Inspektionssysteme maßgeschneidert entwickeln und installieren können,  die aktuelle und die kommende Flut an Anfragen allerdings nicht mehr bewältigen können. Sie müssen sich gezwungenermaßen auf die lukrativeren Aufträge konzentrieren. Verschärft wird diese Situation durch den Fachkräftemangel, sodass der steigende Bedarf an Personal nicht gedeckt werden kann.

Software als digitaler BV-Experte

Die einzige Möglichkeit, diesen Engpass zu lösen, ist, sowohl die Hardware als auch die Software eines optischen Inspektionssystems so weit zu vereinfachen, dass durch die einfachere Bedienung der Nutzerkreis automatisch vergrößert wird. Als Hardware-Basis bietet sich eine intelligente Kamera an, sogenannte All-in-one-Systeme – also PC, Industriekamera und die passenden Schnittstellen (seriell, SPS, Feldbus, etc.) in einem Gehäuse. Durch die kompakte Bauweise können intelligente Kameras flexibel in vorhandenen Maschinen integriert, auf Robotern montiert und in Applikationen mit herausfordernden Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.

Jedoch sind intelligente Kameras kompliziert. Eine Inspektion muss mittels Bildverarbeitungsbibliothek programmiert werden, wozu sowohl Programmierkenntnisse als auch Bildverarbeitungskenntnisse für ein gutes Ergebnis zwingend notwendig sind. Aus diesem Grund nahm sich Matrix Vision neben der Hardware in Form der intelligenten Kamera mvBlueGemini auch der Software an und entwickelte das mvImpact Configuration Studio. In die Software integrierte das Unternehmen ihr Bildverarbeitungswissen in Form eines digitalen Bildverarbeitungsexperten. Das heißt die Software wertet eine von der Kamera aufgenommene Szene automatisch aus, wählt die dafür passenden Algorithmen und bei Bedarf auch Filter aus, die auch gleich automatisch richtig parametrisiert werden. Schöner Nebeneffekt ist es, dass dieses Wissen jederzeit verfügbar ist, 24 Stunden, sieben Tage die Woche. Es muss weder Anfahrt bezahlt, noch ein Wartungsvertrag abgeschlossen werden. Konkret wurden typische Bildverarbeitungsaufgaben modularisiert und in Tools zusammengefasst. Diese heißen beispielsweise „Kamera einrichten“, „Bild erfassen“, „Code lesen“, „Objekt finden“, „Objekt vermessen“, etc. und beschreiben den jeweiligen Anwendungszweck. Damit verwendet die Software die Sprache eines Benutzers, der zwar beschreiben kann, was er erreichen will, jedoch typischerweise keinerlei Bildverarbeitungsvorkenntnisse hat. Inspektionsaufgaben werden durch die Tools visuell, schnell und kosteneffizient in wenigen Minuten umgesetzt. Dies macht aus der intelligenten Kamera eine Smart-Kamera.

Smart-Kameras im Umfeld von Industrie 4.0

Wird jetzt die Funktionalität der Smart-Kamera den Gestaltungsprinzipien von Industrie 4.0 gegenübergestellt, wird schnell klar, dass eine Smart-Kamera eine sinnvolle Ergänzung sein kann. Der webbasierte Ansatz des mvImpact Configuration Studios und die vorhandene Ethernet-Schnittstelle der Smart-Kamera deckt die Vernetzung ab und ermöglicht einen weltweiten Zugriff auf die Inspektion. Statistikdaten der Inspektion können im Netz abgelegt und die Inspektion live überwacht werden, sodass eine Informationstransparenz gegeben ist. Die Statistik, der Live-Zugriff als auch der integrierte, digitale Bildverarbeitungsexperte bieten auch die erforderte technische Assistenz und erweitern den möglichen Anwenderkreis. Das optische Inspektionssystem lässt sich von jedem einfach anpassen und erweitern. Last, but not least schafft es die Intelligenz der Kamera, dass die Smart-Kamera dezentral Entscheidungen treffen und auf Schlechtteile entsprechend reagieren kann, sei es durch Ansteuern eines Auswerfers über SPS oder der Benachrichtigung eines menschlichen Kollegen, der die Produktion überwacht.

Kameras liefern Gesamtübersicht der Produktion

Was bedeutet die Digitalisierung für die Industrie? Produktionsanlagen, die selbstständig und ohne menschliches Zutun Bauteile nachordern, sobald diese zu Neige gehen; Produktionsprozesse, in denen mitgeteilt wird, dass etwas nicht in Ordnung ist oder ein Schlechtteil erkannt wurde, weltweit nachvollziehbar und abrufbar. Die neue Welt von Industrie 4.0 und in ihrem Kern die digitalisierte, smarte Fabrik ist dabei, die Produktionswelt grundlegend zu ändern. Für Kunden und Lieferanten bringt es vor allem den Vorteil, dass firmenübergreifende Prozesse optimiert werden können, was Zeit, Material sowie den Personaleinsatz verbessert und letztendlich die Wertschöpfungskette optimiert.
Damit ein vollständiger Überblick der Produktion gewährleistet ist, sind Kameras erforderlich, die sämtliche Produktionsschritte überwachen. Eine Smart-Kamera bietet hierbei eine ideale Lösung, da sie einfach in Produktionsanlagen integriert werden kann und mit ihr einfach optische Inspektionen erstellt werden können. Das Zwillingskonzept aus der Smart-Kamera mvBlueGemini und der Software mvImpact Configuration Studio konnte bereits überzeugen. Denn Matrix Vision wurde sowohl beim Innovationspreis 2017 des Landes Baden-Württemberg ausgezeichnet als auch mit dem Preis „100 Orte für Industrie 4.0 in Baden-Württemberg“ bedacht.