Der Motor als Sensor

Der Motor als Quelle zur Überwachung des Maschinenzustands: Das ist das Ziel von maxon MIND (Motion Insights and Diagnostics). Die Grundlage dafür bilden maschinelles Lernen, physikalisches Fachwissen und eine offene Architektur. Claude Jaquemet, Business Development Manager Digital Business bei der maxon group, stellt das System hier vor.

In der industriellen Antriebstechnik ist der Motor längst mehr als nur ein Aktuator. Er liefert wertvolle Informationen über den Zustand des gesamten Systems – vorausgesetzt, man weiß, wie man diese Daten richtig interpretiert. Genau hier setzt maxon mit seiner neuen Lösung maxon  MIND (motion insights and diagnostics) an. Das System nutzt die Signale des Motors, um Rückschlüsse auf den Zustand des Antriebssystems und dessen Umgebung zu ziehen. Den Ansatz bringt das zuständige Entwicklungs-Team bei maxon so auf den Punkt: „Der Motor ist der beste Sensor in der Maschine.“

maxon MIND wurde entwickelt, um Condition Monitoring und Predictive Maintenance auf ein neues Niveau zu heben. Die Lösung analysiert Daten, die während des Maschinenbetriebs aus dem Controller ausgelesen werden und erkennt daraus Muster, die auf Verschleiß oder Fehlfunktionen hinweisen. Dabei geht es nicht nur um die Überwachung des Motors selbst, sondern um das gesamte Antriebssystem. So lassen sich Abweichungen frühzeitig erkennen.

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. maxon MIND ist besonders gefragt in Anwendungen, bei denen unerwartete Ausfälle frühzeitig erkannt werden müssen – etwa zur Erhöhung der Personensicherheit oder zur Minimierung von Downtime. Dabei erkennt maxon MIND auch Probleme, die in klassischen Tests verborgen bleiben. Auch in Produktionslinien mit mehreren Maschinen in Reihe kann maxon MIND helfen, kleinste Abweichungen zu identifizieren, bevor sie sich auf nachgelagerte Prozesse auswirken. Darüber hinaus bietet das System einen Mehrwert im Serviceeinsatz bei Anwendungen, bei denen der tatsächliche Gerätezustand für die Wartungsplanung entscheidend ist. 

Erklärbare, optimierte KI: Wenig Daten, hohe Nachvollziehbarkeit

Technologisch basiert maxon MIND auf erklärbarer, künstlicher Intelligenz. Damit ist sichergestellt, dass jegliche Diagnosen und Voraussagen nachvollziehbar sind. Das ist insbesondere in sicherheitskritischen und stark regulierten Anwendungen essenziell. Das von maxon entwickelte Machine-Learning-Modell kommt zudem mit wenig Daten aus und kann auf einfacher Hardware betrieben werden. Der Vorteil: Minimalinvasive Integration in der Anwendung und geringer (Zeit-)Aufwand für das Modelltraining. Zudem benötigt das Modell keine GPU-Infrastruktur, was insbesondere ein Kostenvorteil für Neuentwicklungen ist. Auch Retrofits in Bestandsanwendungen sind möglich.

Die Datenverarbeitung folgt einem klar strukturieren Ablauf. Zuerst werden die Rohdaten während des Maschinenbetriebs erfasst. Diese werden vorverarbeitet, bevor sie in das Machine Learning Model gelangen. Dort prüft das Modell die Daten und analysiert genauestens jede Abweichung von einem gesunden Betriebszustand. Das Ergebnis wird anschließend im Frontend visualisiert. Glassbox statt Blackbox: Jeder Verarbeitungsschritt ist rückverfolgbar.

System lernt aus der realen Anwendung

Ein wesentliches Merkmal von maxon MIND ist die Integration von domänenspezifischem Know-how in das Modell. Die physikalischen Zusammenhänge eines mechatronischen Systems fließen direkt in die Modellierung ein. Dadurch wird eine hohe Prognosequalität bei gleichzeitig geringem Datenbedarf erreicht. Das System lernt zudem aus der realen Anwendung: Bei der Inbetriebnahme der Maschine wird ein sogenannter Initialzustand erfasst, der den Motor im Kontext seiner Umgebung beschreibt. Im laufenden Betrieb werden dann regelmäßig neue Daten eingespeist, die mit dem Modell abgeglichen werden. Je nach Anwendung geschieht dies stündlich, täglich oder einfach nach Bedarf.

Die Qualität der Daten spielt dabei eine zentrale Rolle. Um valide Ergebnisse zu erzielen, müssen die aufgenommenen Signale eine ausreichende Repräsentativität für den Betriebszustand der Maschine aufweisen. Deshalb arbeitet maxon eng mit den Kunden zusammen, um geeignete Messzyklen zu definieren. Diese können beispielsweise standardisierte Bewegungsabläufe umfassen, die typische Belastungssituationen abbilden. Auf diese Weise entsteht ein auf die Kundenanwendung abgestimmtes und robustes Modell, das auch unter variierenden Bedingungen zuverlässige Aussagen trifft.

Eine offene Plattform

Eine wichtige Rolle bei maxon MIND spielt auch der Umgang mit Daten. Standardmäßig erfolgt die Datenverarbeitung in der Cloud. Kunden können ihre Daten einsehen und herunterladen. Es werden keine personenbezogenen Informationen benötigt, alle Daten können vom Kunde anonymisiert werden.

MIND

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Die Plattform ist offen konzipiert. Kunden können über eine API auf ihr Daten zugreifen und in ihrer Systemumgebung integrieren. Die Lösung ist minimalinvasiv: Bestehende Motoren, Elektronik und Steuerungen bleiben unverändert. Einzige Voraussetzung ist die Installation eines Softwarepakets auf dem Mastercontroller, welches die Daten z.B. via MQTT-Protokoll überträgt. Ist die Maschine bereits ans Internet angebunden und verfügt der Controller über die Fähigkeit zur Datenakquise, kann das System innerhalb weniger Tage in Betrieb genommen werden. Alle nötigen Spezifikationen sind bereits definiert.

Voraussetzungen und Kompatibilität

Ein Vorteil von maxon MIND liegt in seiner hohen Kompatibilität mit bestehenden Systemen. Die Lösung ist so konzipiert, dass sie sich nahtlos in unterschiedliche Antriebskonfigurationen integrieren lässt – unabhängig von Branche oder Anwendung. Bestehende Hardware wie Motoren, Steuerungen und Elektronik muss nicht ersetzt werden. Auch ist maxon MIND grundsätzlich im gesamten maxon Antriebs-Portfolio einsetzbar, sofern der entsprechende Motor mit einer Steuerung ausgestattet ist.

Technischer Fokus, industrielle Robustheit, offene Architektur

Im Marktumfeld positioniert sich maxon MIND als hochspezialisierte Lösung für anspruchsvolle Anwendungen. maxon verfolgt einen fokussierten Ansatz, der die physikalischen Eigenschaften des Antriebssystems in der Tiefe analysiert. Diese Kombination aus technischem Fokus, industrieller Robustheit und offener Architektur macht MIND zu einer Lösung, die nicht nur Daten sammelt, sondern echten Erkenntnisgewinn liefert.

Mit MIND bringt maxon eine durchdachte, technisch fundierte Lösung auf den Markt, die den Motor zum intelligenten Sensor macht. Die Kombination aus maschinellem Lernen, physikalischem Know-how und offener Systemarchitektur macht das System zu einem zukunftsfähigen Werkzeug für industrielle Anwendungen. Der Motor wird damit nicht nur zum Antrieb, sondern zum zentralen Element der Zustandsüberwachung – und damit zum Schlüssel für mehr Effizienz, Sicherheit und Verfügbarkeit in der Industrie 4.0.