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Sensorik-Markt

Die große Vielfalt

4. Dezember 2018, 9:47 Uhr |

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Sensorfirmen und -technologien

Eine Vielfalt unterschiedlicher Sensoren und Sensorsysteme ist in Entwicklung oder kommerziell verfügbar, für elektromagnetische, mechanische, optische, sowie chemische und medizinische Messgrößen. Diese finden Anwendung in einer großen Anzahl unterschiedlicher Märkte mit den jeweils angepassten technischen und ökonomischen Anforderungen. So ergeben sich spezifische Anforderungen durch variierende Preisklassen, Seriengrößen, thermische Stabilität und mechanische Stabilität, Lebensdauer, Multifunktionalität, Dichtigkeit, medizinische Oberflächen und vieles mehr. Der AMA Verband sieht hier seit vielen Jahren ein Zusammenspiel der Trends:

Miniaturisierung,
Integration und
Kommunikation.

Die Sensor-Entwicklung und -Fertigung ist aktuell durch zwei Hauptströmungen gekennzeichnet: Einerseits die „explosionsartig“ wachsende Zahl von Sensoren für Massenmärkte. Typische Anwendungen liegen in Smartphones, Tablet-PCs, Kameras, sowie in der Bekleidungs- und Sportindustrie (Freizeittrends). Zunehmend werden die Funktionen bereits im Signalverarbeitungs-Schaltkreis integriert. Alternativ können die Sensorelemente und die Elektronik zur Signalverarbeitung und zur Kommunikation in einem gemeinsamen Gehäuse integriert werden. Die typischen Hersteller, Automobilzulieferer wie Bosch sowie Elektronikkonzerne wie Samsung, Intel, TSMS, Texas Instruments und Toshiba, die über kostengünstige Halbleitertechnologien verfügen, fertigen die Sensoren in Großserien.
Aber: Für den dominierenden Anteil dieser Anwendungen werden oftmals keine hohen Ansprüche an die Messgenauigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit oder Lebensdauer gestellt. Diese Anwendungen in Massenmärkten sind durch extremen, globalen Wettbewerb gekennzeichnet, die auch schnelle Produktwechsel mit geforderten kurzen Entwicklungszeiten beinhalten. Auf der anderen Seite gibt es anspruchsvollere Sensorsysteme für industrielle Anwendungsgebiete wie Automatisierungstechnik, Fahrzeugbau, Landmaschinen, Krane, Flugtechnik und Medizintechnik, chemische und pharmazeutische Prozesstechnik. Neben ausgewiesenen Herstellern für Automatisierungs- und Fahrzeugtechnik bieten sich hier vielfältige Chancen, vor allem in anspruchsvollen Nischen, für die typisch mittelständischen AMA-Firmen. Die industriellen Sensoren beruhen häufig auf den Fertigungstechnologien des Massenmarktes, allerdings mit robusterem und damit aufwändigeren Packaging, anwendungsspezifischen Zertifikaten, anspruchsvollerer Signalverarbeitung und anwendungsspezifischen Schnittstellen.

Von smarten Sensoren und kognitiven Systemen
Eine Vielzahl neuer Anforderungen leitet sich aus den globalen Anforderungen der Technologieentwicklungen für die Sensorik und aus den Trends in der Informationsverarbeitung ab. Um die zunehmende technische Komplexität zu beherrschen, wird sich der „Sensor“ in Richtung „Sensorsystem“ entwickeln. Dabei werden folgende generelle Entwicklungstrends erwartet:

Zunehmende Funktionsintegration unterschiedlicher Sensorkomponenten einschließlich der analogen und digitalen integrierten Signalverarbeitung (Smart Sensors).
Zunehmend physikalische und chemische Situationserkennung (Sensorfusion, Mustererkennung).
Vorausschauendes autonomes Handeln des Smart Sensors, zum Beispiel durch Folgeabschätzungen und frühzeitiges Konfigurieren.
Sensor-Kooperation und Verhalten in globalen Netzen (Multiagentensystem, Gruppenverhalten, geteilte Kontrolle).
Sensor-Anpassung für die Mensch-Maschine-Interaktion (Interaktionsregeln). Nutzung multimodaler Mensch-Maschine-Schnittstellen wie Sprache und Gesten zur Sensor-Kommunikation und -Steuerung.
Umsetzung von Funktionen des Maschinellen Lernens. Dabei stellen sich CPS-Systeme auf die Nutzer, beziehungsweise Situationen ein (Personalisierung).
Integration von Strategien zur Sensor-Selbstüberwachung und Selbst-Rekonfiguration.
Strategie der Selbstadaption, das heißt Sensoren passen sich selbst mit ihrem optimalen Messbereich und Arbeitspunkt an die konkreten Prozessanforderungen an.

Diese Merkmale kennzeichnen den Übergang der Sensoren zu zunehmend kognitiven Systemen. Abgeleitet vom „Cognitive Computing“ wird man in naher Zukunft auch vom „Cognitive Sensor“ sprechen. Ziel dieses Trends ist die Entlastung des „Bedieners“ von Routineaufgaben und die verstärkte Einführung von Assistenzfunktionen. Ermöglicht wird diese Entwicklung durch die rasanten Fortschritte bei der Software-Entwicklung und deren Hardware-Umsetzung durch leistungsfähige, höchstintegrierte Rechner- und Speicherschaltkreise.

Paradigmenwechsel in der autonomen Steuerung
In der industriellen Produktion vollzieht sich ein grundlegender Paradigmenwechsel von einer zentralen zu einer dezentralen, autonomen Steuerung mit dem Ziel einer hochflexiblen Produktion individualisierter, digital „veredelter“ Produkte und Dienste. Klassische Branchengrenzen verschwinden, es entstehen neue, übergreifende Handlungsfelder und Kooperationsformen. Wertschöpfungsprozesse verändern sich, die Arbeitsteilung wird neu organisiert. Um sich den globalen Herausforderungen stellen zu können, sind verstärkt branchenübergreifende und interdisziplinäre Kooperationen zwischen Wirtschaft und Wissenschaft erforderlich. Dies trifft auch auf den Querschnittsbereich der Informations- und Kommunikationstechnik (ITK) sowie der Sensorik und Messtechnik zu. Moderne Mikrosysteme – bestehend aus Sensorik und Elektronik – sind inzwischen vernetzt, autark, intelligent und weit mehr als eine Komponente. Sie haben sich zu eigenständigen Knoten in intelligenten Systemen wie Sensornetzwerken entwickelt. Durch die fortschreitende Miniaturisierung werden damit ständig neue Anwendungsbereiche auf dem Weg zur intelligenten Umgebung (Ambient Intelligence) erschlossen.

All diese gezeigten technologischen Schwerpunkte sind verbunden mit den Schlagworten mehr Digitalisierung, verstärkte Vernetzung und starker Zuwachs an Messstellen durch „Sensoren überall“. Doch diese Sensoren müssen weiterentwickelt und angepasst werden an diese zukünftigen Aufgaben. Dann würden sich, so das Resümee der Studie, große Chancen für alle Beteiligten bieten.

Über die Studie
Die Studie „Sensor Technologien 2022“ wird vom AMA Verband für Sensorik und Messtechnik e.V. herausgegeben. Sie ist weitgehend von Mitgliedern des AMA Wissenschaftsrats und von "innovativen kleinen Firmen" als Vertreter der neuen Technologien erarbeitet worden. Die Zielgruppe der Studie sind industrielle Entscheidungsträger, Entwickler und Marketingexperten, sie soll aber auch Anregungen zur Gründung von Start-ups geben. Ziel der Studie ist es, einen vorausschauenden Blick in die nahe Sensor-Zukunft zu geben, der auf kompetentem Expertenwissen beruht. Diese Erfahrungen gilt es zu bündeln und strukturiert darzustellen. Dabei wird nicht Vollständigkeit angestrebt, sondern es werden vor allem die Chancen neuartiger Technologie- und Anwendungsfelder aufgezeigt.