Lenze Forschungsvorstand Frank Maier über Optimierungspotenziale

Wohin mit der Intelligenz?

Laut Frank Maier, Forschungs- und Entwicklungsverantwortlicher im Vorstand von Lenze, sind es vor allem zwei Themen, die die Automatisierungsbranche in den nächsten Jahren beschäftigen werden: die mechatronische Integration und eine weitere Vereinfachung des Engineerings.

Fördertechnik im neuen Werk im österreichischen Asten.

Am Anfang jeder Innovation steht eine gute Idee. Das stimmt. Aber nicht jeder geistige Geniestreich mündet automatisch in kommerziellem Erfolg. Bestes Beispiel dafür sind Alexander Graham Bell und Johann Philipp Reis. Beide erkannten für sich das Potenzial des Telefons, aber nur einer von beiden konnte letztendlich Kapital aus dieser Erfindung schlagen. Das heißt: Innovation ist kein deterministischer Prozess. Sie ist nicht befehlbar und auch schwierig zu planen, weil es für jede Idee unter anderem auch den richtigen Zeitpunkt braucht. Lenze gab im Geschäftsjahr 2011/12 insgesamt 33 Millionen Euro - das entspricht rund sechs Prozent des Gesamtumsatzes - für Forschung und Entwicklung aus. Wobei die zentralen Herausforderungen der Zukunft laut Frank Maier in der Verbesserung des Zusammenspiels zwischen Elektronik, Mechanik und Software - Stichwort mechanische Integration - sowie in der Vereinfachung des Engineerings liegen.

Der IQ macht den Unterschied

Ein ausgeklügeltes Miteinander von Hard- und Software spielt auch beim Thema Energieeffizienz eine Rolle. So lassen sich beispielsweise bei den Geräten der Umrichter-Plattform Inverter Drives 8400 mit der "VFC-eco"-Funktion bis zu 40 Prozent Energie sparen. Dieser Modus passt den Magnetisierungsstrom eines Motors intelligent an den tatsächlichen Bedarf an. Eine Funktion, die sich vor allem im Teillastbereich schnell bezahlt macht, weil hier die Drehstrommotoren oft mit einem größeren Magnetisierungsstrom versorgt werden, als es die Betriebsbedingungen eigentlich erfordern würden.

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Zahlreiche Fall-Beispiele aus der Praxis beweisen: Jede Art von Intelligenz birgt mehr Potenzial als die Optimierung einzelner Komponenten. "Entscheidend ist vor allem die Frage: Wie löse ich die Bewegungsführung?", weiß Frank Maier, worauf es bei der optimalen Auslegung einer Antriebslösung wirklich ankommt.

Lenze antwortet darauf je nach konkreter Aufgabenstellung entweder drive- oder controllerbasiert. Zu 100 Prozent maßgeschneiderte Lösungen sind auch bei zwei für Lenze als Antriebs- und Automatisierungslösungsanbieter besonders zukunftsträchtigen Betätigungsfeldern gefragt: im Bereich Elektromobilität und in der Robotik. Für Ersteres bietet Lenze mit der Mobile-Plattform die geeignete Lösung. Dieser Produktbaukasten umfasst speziell für den Einsatz in Fahrzeugen konzipierte Doppel-Umrichter, DC/DC-Wandler und verschiedene Kombi-Module. Im Bereich der Robotik stellt sich die Problematik, dass Roboter und Mensch immer enger aneinander heranrücken, quasi zusammenarbeiten. Das gilt schon im industriellen Umfeld und noch wesentlich extremer im Zukunftsfeld der Service- Robotik. "Service-Roboter sind eine echte mechatronische Herausforderung. Ihre Hauptaufgabe ist es, komplexe Bewegungen auszuführen. Dabei müssen sie natürlich zu jeder Zeit zuverlässig erkennen, was rund um sie passiert, um die Menschen in ihrer Umgebung nicht zu gefährden", beschreibt Frank Maier. Das heißt: Bei dieser Thematik gilt es, für die Entwickler bei ihrem Lösungsansatz gleich mehrere Faktoren zu berücksichtigen: die reine Funktionalität, aber auch die Sicherheit und die Beherrschung der Komplexität der Aufgabe.

Moore' sches Gesetz bestätigt

In den sechziger Jahren prognostizierte Intel-Mitbegründer Gordon Moore, dass sich die Zahl der Transistoren von integrierten Schaltungen (IC) jährlich verdoppelt. Diese Faustregel wurde von ihm im Jahre 1975 dann dahingehend relativiert, dass er die Verdoppelung der aktiven Komponenten eines Chips auf etwa alle zwei Jahre voraussagte. Nun - das Moore' sche Gesetz hat immer noch seine Gültigkeit. Wie lange noch, darüber scheiden sich die Geister. Lenzes F&E-Vorstand Frank Maier geht davon aus, dass dieses zumindest noch weitere zehn Jahre hält, und er ahnt auch schon, was sich mit einer Verbesserung der aktuell verfügbaren Rechenleistung um noch einmal den Faktor 50 bis 2025 so alles realisieren lässt. Eine interessante Option sind lernende Verfahren. Dort, wo man die Momentenvorsteuerung bei der Antriebsregelung auslässt - in sich permanent verändernden Umgebungen - könnten beispielsweise lernende Verfahren zur Fehlerkorrektur eingesetzt werden, demonstriert Frank Maier am Beispiel eines Querschneiders. Bei diesem wurde der maximale Fehler des Schnitts dank Iterative Learning Control nach zehn Iterationen von rund 0,8 auf rund 0,2 Millimeter reduziert. Ein zweites Einsatzgebiet, das sehr viel Rechenleistung erfordert, sind Simulationen. "Hier ist es mittelfristig vorstellbar, dass Multikörper-Simulationen in der Umgebungsmodellierung eingebaut werden und in Echtzeit arbeiten. Damit werden sie zu einem Teil des Steuerungssystems", prophezeit Frank Maier.

Wie bleibt alles beherrschbar?

Die stetig steigende Leistungsfähigkeit von Computer-Chips ist das Eine - vernünftig mit einer explodierenden Datenflut umzugehen das Andere. Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass sich das Wissen der Welt alle fünf bis zwölf Jahre verdoppelt. Bereits im Jahr 2002 wurden laut Peter Lyman et al. 170 Terabyte an Information über das World Wide Web verbreitet. Lenze macht sein Wissen über die sogenannte mechatronische Engineering-Toolbox für Anwender nutzbar. Darin finden sich Solution-Tools, die bei der Suche, Auslegung und Bestellung der passenden Automatisierungs- beziehungsweise Antriebslösung helfen, Development-Tools, die beim Konfigurieren, Parametrieren und Visualisieren unterstützen sowie last but not least Operation-Tools, die bei der Inbetriebnahme sowie bei der Fehlersuche- und -diagnose wertvolle Dienste leisten. bw

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