Sicherheit 4.0: Safety-on-Chip für die Industrie von morgen

Im Audi-Werk in Neckarsulm flitzen autonome Fahrzeuge durch die Produktionshallen. Sie steuern den Materialtransport eigenständig und unterstützen die Mitarbeiter, wo sie nur können. Das geht nur, weil chipbasierte Systeme für höchste Sicherheit sorgen. Wo etablierte Sicherheitssteuerungen bisher zu groß waren, findet die miniaturisierte Technik nun Platz – etwa in Sensoren, Aktoren und medizintechnischen Geräten.

Als der Amerikaner James Hausman auf einem Kreuzfahrtschiff von einer Glasschiebetür am Kopf getroffen wurde, verklagte er die Holland America Line. Die Gesellschaft sollte schließlich 21,5 Millionen US-Dollar zahlen. Mit einer Sicherheitssteuerung in der Automatiktür wäre der Unfall vermieden worden, hätte sie doch die korrekte Funktion des verbauten Sensors überwacht. Häufig wird in relativ einfachen Anwendungen wie dieser jedoch auf Sicherheitssteuerungen verzichtet. Erstens sind die Steuerungen verhältnismäßig groß und können nicht problemlos in jede Anwendung integriert werden. Zweitens erfordern sie eine kostspielige, langwierige Zertifizierung. Drittens sind sie erst ab einem bestimmten Gefahrenpotenzial vorgeschrieben.

Mit dem Durchbruch der Industrie 4.0 wird es künftig aber immer mehr intelligente und digital vernetzte Anwendungen geben, die höchste Sicherheit zwingend erforderlich machen.

Sichere Mikroelektronik spart Kosten und Zeit

Denn: Entwicklungsabteilungen in Industrieunternehmen stehen vor neuen Herausforderungen. Sie entwickeln zunehmend komplexe Produkte, die schnell in den Markt eingeführt und nachgewiesen hohe Sicherheitsstandards erfüllen müssen. Und das oft auf kleinstem Raum. Klassische Sicherheitssteuerungen, wie sie beispielsweise für Industrieanlagen verwendet werden, sind schlicht zu groß – wenn es beispielsweise um OP-Roboter oder industrielle Antriebe geht. Oder um Automatiktüren.

Daher startet gerade eine Art Siegeszug der „Embedded Systems“: Die chipbasierten Systeme sind nicht größer als eine Ein-Euro-Münze, erfüllen sämtliche Anforderungen an die Sicherheitstechnik und werden direkt in das zu schützende Gerät eingebaut. Sie sind bereits vorzertifiziert, was die Time-to-Market erheblich verkürzt. Zudem können sie eine Vielzahl an Sicherheitsfunktionen abbilden und dabei sogar den Sicherheitslevel SIL 3 erreichen. SIL 3 ist in hochgefährdeten Branchen wie der Öl- und Gasindustrie verpflichtend, dürfte künftig aber auch in zahlreichen weiteren Anwendungsfeldern vorausgesetzt werden. Da ein Safety-on-Chip-(SoC)-System fast hundertmal kleiner ist als klassische Sicherheitstechnologien, aber ähnlich standardisiert hergestellt werden kann, lässt es sich leicht und wirtschaftlich integrieren.

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Kostengünstige Entwicklung von Sicherheitselektronik

Ein Safety-System-on-Chip ermöglicht es, sehr wirtschaftlich individuelle Sicherheitsanwendungen zu entwickeln. Wie das funktioniert, erklärt dieses Paper.

Beispielsweise in einer modernen Produktionshalle, in der Menschen und Roboter Seite an Seite zusammenarbeiten – ganz ohne Sicherheitszäune. Unter anderem in solchen Umgebungen kommt die Safety-on-Chip-Technologie HICore von HIMA zum Einsatz. Bei Audi wurde sie bereits eingeführt.

„Mithilfe vorzertifizierter Embedded Safety können Unternehmen ihre Entwicklungszeit und damit die Time-to-Market signifikant verkürzen.“
Dr. Alexander Horch,
Vice President Research, Development & Product Management bei HIMA

Transportsystem KARIS PRO: wandlungsfähig und kosteneffizient

Im Audi Sport Werk Neckarsulm holen autonome Transportfahrzeuge Montageteile aus dem Lager und bringen diese zum richtigen Zeitpunkt an den gewünschten Arbeitsplatz – dort montiert sie ein Mitarbeiter am Prototyp des neuen Audi R8. KARIS PRO heißen diese kleinskaligen mobilen Transportsysteme, die sich frei durch die Fabrik bewegen und auch untereinander kommunizieren. Per WLAN verteilen die Mitarbeiter einen Transportauftrag an sämtliche KARIS PRO – bei Audi sind fünf im Einsatz. Welches der Mobile den Auftrag dann übernimmt, verhandeln sie untereinander: Der kürzeste Weg und ausreichend Akkuladung sind ausschlaggebend. Dabei überwachen integrierte Sicherheitschips permanent, wie schnell sich die jeweilige Transporteinheit im Werk bewegt und bremst diese automatisch ab, wenn sich Mensch und Maschine zu nahekommen. Hindernisse werden jederzeit erkannt und umfahren. Zudem können sich die KARIS PRO Systeme selbst umbauen: Muss beispielsweise eine gesamte Palette transportiert werden, verbinden sich vier Fahrzeuge zu einer Einheit. Bei Audi haben die KARIS PRO Transportmittel mit integrierter SoC-Technology bereits ihre Praxistauglichkeit bewiesen.

Die chipbasierte Sicherheitstechnologie dürfte die Technologie der Zukunft sein: Normen und Gesetze werden kontinuierlich verschärft, Innovationszyklen verkürzt und der Technologiewandel beschleunigt. Je intelligenter und vernetzter Systeme sind, desto größer werden die Sicherheitsrisiken. Flexibel integrierbare, miniaturisierte Sicherheitstechnik wird deshalb für zahlreiche Bereiche des täglichen Lebens zwingend notwendig. Selbst bei so vermeintlich simplen Dingen wie einer Automatiktür auf einem Kreuzfahrtschiff.