INDUSTRIELLE AUTOMATISIERUNG: GESCHICHTE, EIGENSCHAFTEN UND TYPEN - TECHNOLOGIE - 2025

Die industrielle Automatisierung ist die Technologie, die von Steuerungssystemen wie Computern, Robotern und Informationstechnologien verwendet wird, um die automatische Ausführung verschiedener Prozesse und Maschinen in einer Branche zu ermöglichen, ohne dass menschliche Bediener erforderlich sind.

Ziel ist es, menschliche Entscheidungsfindung und manuelle Befehlsantwortaktivitäten durch die Verwendung mechanisierter Geräte und logischer Programmierbefehle zu ersetzen.

Quelle: pixabay.com

Bisher bestand der Zweck der Automatisierung darin, die Produktivität zu steigern, da automatisierte Systeme 24 Stunden am Tag arbeiten können und die mit menschlichen Bedienern verbundenen Kosten wie Gehälter und Sozialleistungen senken.

Diese Automatisierung wurde durch verschiedene Mittel erreicht, wie mechanische, hydraulische, pneumatische, elektrische, elektronische und Computergeräte, die im Allgemeinen unter ihnen kombiniert werden.

Allzwecksteuerungen für industrielle Prozesse umfassen: speicherprogrammierbare Steuerungen, unabhängige E / A-Module und Computer.

Momentane Situation

In jüngster Zeit hat die industrielle Automatisierung aufgrund ihrer enormen Vorteile im Herstellungsprozess, wie z. B. höhere Produktivität, Qualität, Flexibilität und Sicherheit bei niedrigen Kosten, eine zunehmende Akzeptanz bei verschiedenen Industrietypen gefunden.

Dies hat auch Vorteile bei Einsparungen bei Arbeitskräften, Stromkosten und Materialkosten sowie bei der Genauigkeit von Messungen.

Ein wichtiger Trend ist der vermehrte Einsatz von Computer Vision zur Bereitstellung automatischer Inspektionsfunktionen. Ein weiterer Trend ist die anhaltende Zunahme des Einsatzes von Robotern.

Energieeffizienz in industriellen Prozessen ist mittlerweile zu einer der höchsten Prioritäten geworden.

Beispielsweise bieten Halbleiterunternehmen 8-Bit-Mikrocontroller-Anwendungen an, die in universellen Pumpen- und Motorsteuerungen zu finden sind, um den Stromverbrauch zu senken und damit die Effizienz zu steigern.

Der Weltentwicklungsbericht 2018 der Weltbank zeigt, dass die industrielle Automatisierung zwar die Arbeitnehmer verdrängt, die Innovation jedoch neue Industrien und Arbeitsplätze schafft.

Geschichte

Seit ihrer Gründung hat die industrielle Automatisierung große Fortschritte bei Aktivitäten gemacht, die zuvor manuell durchgeführt wurden.

Industrielle Revolution

Die Einführung der ersten Motoren und der Dampfmaschine stellte eine neue Anforderung an automatische Steuerungssysteme wie Temperaturregler und Druckregler.

1771 wurde die erste vollautomatische Spinnerei mit Hydraulikkraft erfunden. 1785 wurde eine automatische Mühle entwickelt, die zum ersten vollautomatischen industriellen Prozess wurde.

Ford Motor

Im Jahr 1913 führte die Ford Motor Company eine Montagelinie für die Automobilproduktion ein, die als eine der wegweisenden Arten der Automatisierung in der Fertigungsindustrie gilt.

Zuvor wurde ein Auto von einem Team qualifizierter und ungelernter Arbeiter gebaut. Die Automatisierung der Produktion verbesserte die Produktionsraten von Ford und erhöhte die Gewinne.

Das Fließband und die Massenproduktion von Automobilen waren die weltweit ersten ihrer Art. Die Montagezeit des Autos wurde von 12 Stunden pro Auto auf etwa anderthalb Stunden verkürzt.

Fortschritte im 20. Jahrhundert

Kontrollräume wurden in den 1920er Jahren üblich. Bis in die frühen 1930er Jahre war die Prozesskontrolle nur ein / aus.

Die Einführung von Controllern begann in den 1930er Jahren mit der Möglichkeit, berechnete Änderungen als Reaktion auf Abweichungen von einer Kontrollzahl vorzunehmen.

Kontrollräume verwendeten farbcodierte Lichter, um den Werksarbeitern zu signalisieren, bestimmte Änderungen manuell vorzunehmen.

In den 1930er Jahren war Japan führend in der Komponentenentwicklung. Der erste Mikroschalter, Schutzrelais und ein hochpräziser elektrischer Timer wurden entwickelt.

1945 begann Japan ein industrielles Wiederaufbauprogramm. Das Programm basierte auf neuen Technologien, im Gegensatz zu den veralteten Methoden, die der Rest der Welt verwendete.

Japan wurde zum Weltmarktführer in der industriellen Automatisierung. Autofirmen wie Honda, Toyota und Nissan konnten zahlreiche hochwertige, zuverlässige Autos produzieren.

Eigenschaften

Mechanisierung ist die manuelle Bedienung einer Aufgabe mit motorisierten Maschinen, jedoch abhängig von menschlichen Entscheidungen.

Die Automatisierung stellt einen zusätzlichen Schritt zur Mechanisierung dar, da sie die Beteiligung des Menschen durch die Verwendung von Logikprogrammierbefehlen und leistungsstarken Maschinen ersetzt.

Niedrigere Betriebskosten

Mit der industriellen Automatisierung entfallen die mit einem menschlichen Arbeiter verbundenen Urlaubs-, Gesundheits- und Bonuskosten. Ebenso sind keine anderen Leistungen erforderlich, die Mitarbeiter haben, wie z. B. Rentenversicherung, Prämien usw.

Obwohl dies mit hohen Anschaffungskosten verbunden ist, spart es das monatliche Gehalt der Arbeitnehmer, was zu erheblichen Einsparungen für das Unternehmen führt.

Die Wartungskosten für Geräte für die industrielle Automatisierung sind geringer, da sie nicht zum Ausfall neigen. Wenn sie ausfallen, sollten sie nur von IT- und Wartungsingenieuren repariert werden.

Hohe Produktivität

Während viele Unternehmen Hunderte von Fertigungsmitarbeitern einstellen, um die Anlage maximal 24 Stunden lang in drei Schichten zu betreiben, muss sie wegen Urlaub und Wartung geschlossen bleiben.

Die industrielle Automatisierung erfüllt das Unternehmensziel und ermöglicht es der Produktionsanlage, 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche und 365 Tage im Jahr zu arbeiten. Dies führt zu einer signifikanten Verbesserung der Produktivität der Organisation.

Hohe Qualität

Die Automatisierung besänftigt Fehler im Zusammenhang mit Menschen. Darüber hinaus haben die Roboter keinerlei Erschöpfung, was zu Produkten von einheitlicher Qualität führt, selbst wenn sie zu unterschiedlichen Zeiten hergestellt werden.

Hohe Flexibilität

Wenn am Fließband eine neue Aufgabe hinzugefügt wird, ist eine Schulung für den menschlichen Bediener erforderlich.

Auf der anderen Seite können Roboter für jede Art von Arbeit programmiert werden. Dies macht den Herstellungsprozess flexibler.

Hohe Informationsgenauigkeit

Mit den automatisch erfassten Daten können Sie wichtige Fertigungsinformationen mit hoher Genauigkeit analysieren und so Ihre Kompilierungskosten senken.

Dies ermöglicht korrekte Entscheidungen, wenn versucht wird, Prozesse zu verbessern und Abfall zu reduzieren.

Hohe Sicherheit

Industrielle Automatisierung kann die Produktionslinie für Arbeiter sicher machen, indem Roboter eingesetzt werden, um gefährliche Situationen zu manövrieren.

Hohe Anschaffungskosten

Die Anfangsinvestition im Zusammenhang mit der Umstellung von einer menschlichen auf eine automatische Produktionslinie ist sehr hoch.

Darüber hinaus ist die Schulung der Mitarbeiter für die Bedienung dieser hoch entwickelten neuen Geräte mit erheblichen Kosten verbunden.

Typen

Automatisierung behoben

Es wird verwendet, um sich wiederholende und feste Operationen auszuführen, um hohe Produktionsraten zu erzielen.

Setzen Sie ein spezielles Team ein, um Prozesse mit fester Reihenfolge oder Montagevorgänge zu automatisieren. Die Reihenfolge der Operationen wird durch die Konfiguration des Geräts bestimmt.

Die programmierten Befehle sind in Form von Zahnrädern, Verkabelung und anderer Hardware in den Maschinen enthalten, die nicht einfach von einem Produkt zum anderen geändert werden können.

Diese Form der Automatisierung zeichnet sich durch hohe Anfangsinvestitionen und hohe Produktionsraten aus. Daher ist es für Produkte geeignet, die in großen Mengen hergestellt werden.

Programmierbare Automatisierung

Es ist eine Form der Automatisierung für die Herstellung von Produkten in Chargen. Die Produkte werden in Chargen von mehreren Dutzend bis zu mehreren tausend Einheiten gleichzeitig hergestellt.

Für jede neue Charge muss die Produktionsausrüstung neu programmiert werden, um dem neuen Produkttyp zu entsprechen. Diese Neuprogrammierung erfordert Zeit mit einem unproduktiven Zeitraum, gefolgt von einem Produktionslauf für jede Charge.

Die Produktionsraten sind im Allgemeinen niedriger als bei der festen Automatisierung, da die Geräte so konzipiert sind, dass sie den Produktwechsel erleichtern, anstatt sich auf Produkte zu spezialisieren.

Beispiele für dieses Automatisierungssystem sind numerisch gesteuerte Maschinen, Industrieroboter, Stahlwerke usw.

Flexible Automatisierung

Mit diesem System wird eine automatische Steuerausrüstung bereitgestellt, die eine große Flexibilität bietet, um Änderungen für jedes Produkt vorzunehmen. Es ist eine Erweiterung der programmierbaren Automatisierung.

Der Nachteil der programmierbaren Automatisierung ist die Zeit, die erforderlich ist, um die Produktionsausrüstung für jede neue Produktcharge neu zu programmieren. Dies ist eine verlorene Produktionszeit, die teuer ist.

In der flexiblen Automatisierung erfolgt die Neuprogrammierung schnell und automatisch an einem Computerterminal, ohne dass die Produktionsausrüstung als solche verwendet werden muss.

Diese Änderungen werden durch Anweisungen vorgenommen, die von menschlichen Bedienern in Form von Codes gegeben werden.

Folglich ist es nicht erforderlich, die Produkte in Chargen zu gruppieren. Eine Mischung verschiedener Produkte kann nacheinander hergestellt werden.

Anwendungen

Industrie 4.0

Der Aufstieg der industriellen Automatisierung steht in direktem Zusammenhang mit der "vierten industriellen Revolution", die besser als Industrie 4.0 bekannt ist. Industrie 4.0 stammt aus Deutschland und umfasst zahlreiche Geräte, Konzepte und Maschinen.

Industrie 4.0 arbeitet mit dem industriellen Internet der Dinge, das die perfekte Integration verschiedener physischer Objekte im Internet durch eine virtuelle Darstellung darstellt, und mit Software / Hardware, um eine Verbindung herzustellen, um die Herstellungsprozesse zu verbessern.

Mit diesen neuen Technologien ist es möglich, eine intelligentere, sicherere und fortschrittlichere Fertigung zu schaffen. Es eröffnet eine zuverlässigere, konsistentere und effizientere Fertigungsplattform als zuvor.

Industrie 4.0 deckt viele Bereiche der Fertigung ab und wird dies auch im Laufe der Zeit tun.

Industrierobotik

Die Industrierobotik ist ein Zweig der industriellen Automatisierung, der bei verschiedenen Herstellungsprozessen wie Bearbeitung, Schweißen, Lackieren, Montage und Materialhandhabung hilft.

Industrieroboter verwenden verschiedene mechanische, elektrische und Softwaresysteme, um eine hohe Präzision und Geschwindigkeit zu ermöglichen, die jede menschliche Leistung weit übertrifft.

Diese Systeme wurden so überarbeitet und verbessert, dass ein einzelner Roboter 24 Stunden am Tag ohne oder mit nur geringer Wartung laufen kann. 1997 waren 700.000 Industrieroboter im Einsatz, 2017 sind es 1,8 Millionen.

Speicherprogrammierbare Steuerungen

Die industrielle Automatisierung integriert speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) in den Herstellungsprozess. Diese verwenden ein Verarbeitungssystem, mit dem Sie die Eingabe- und Ausgabesteuerung durch einfache Programmierung variieren können.

Eine SPS kann eine Vielzahl von Eingängen empfangen und eine Vielzahl von Logikausgängen zurückgeben. Die Eingabegeräte sind Sensoren und die Ausgabegeräte sind Motoren, Ventile usw.

SPS ähneln Computern. Während Computer für Berechnungen optimiert sind, sind SPS für Steuerungsaufgaben und den Einsatz in industriellen Umgebungen optimiert.

Sie sind so konstruiert, dass nur grundlegende logikbasierte Programmierkenntnisse erforderlich sind, um mit Vibrationen, hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und Geräuschen umzugehen.

Der größte Vorteil, den SPS bieten, ist ihre Flexibilität. Sie können eine Reihe verschiedener Steuerungssysteme bedienen. Sie machen es unnötig, ein System neu zu verdrahten, um das Steuerungssystem zu ändern. Diese Flexibilität macht sie für komplexe und vielfältige Systeme rentabel.

Beispiele

In der Automobilindustrie erfolgte der Einbau der Kolben in den Motor früher manuell mit einer Fehlerrate von 1-1,6%. Derzeit wird dieselbe Aufgabe mit einer automatisierten Maschine mit einer Fehlerrate von 0,0001% ausgeführt.

Künstliche Intelligenz (KI) wird in der Robotik verwendet, um eine automatische Etikettierung durchzuführen, wobei Roboterarme als automatische Etikettierapplikatoren verwendet werden, und KI, um die zu kennzeichnenden Produkte zu erkennen.

Automatisierung bei Audi

Im Audi-Werk in Deutschland sind fast 800 Mitarbeiter beschäftigt. Sie erledigen den größten Teil des schweren Hebens sowie des potenziell gefährlichen Schweißens und mühsam wiederholter Tests.

Zu den Vorteilen der Automatisierung bei Audi zählen eine deutlich höhere Produktivität und ein geringerer Bedarf an ungelernten Arbeitskräften.

Die bei Audi eingesetzten Roboter kümmern sich nicht nur um die gefährliche Arbeit, die bisher von ungeschulten Mitarbeitern geleistet wurde, sondern sammeln auch eine Fülle von Daten, die analysiert und zur Verbesserung des Fabrikbetriebs eingesetzt werden können.

Es gibt jedoch immer noch Aufgaben, die Roboter nicht ausführen können, und Menschen sind besser dafür gerüstet.

Durch die Übernahme der gefährlichsten Aufgaben und die Verbesserung der Effizienz und Produktivität dieser Aufgaben kann Audi hochqualifizierte und qualifizierte Arbeitskräfte für menschenbezogene Aufgaben gewinnen.

Automatisierte Produktionslinie

Es besteht aus einer Reihe von Arbeitsstationen, die durch ein Transfersystem verbunden sind, um Teile zwischen den Stationen zu bewegen.

Dies ist ein Beispiel für eine feste Automatisierung, da diese Linien im Allgemeinen für lange Produktionsläufe eingerichtet sind.

Jede Station ist so konzipiert, dass sie einen bestimmten Verarbeitungsvorgang ausführt, sodass das Teil oder Produkt Schritt für Schritt hergestellt wird, während es entlang der Linie fortschreitet.

Im normalen Linienbetrieb wird an jeder Station ein Teil verarbeitet, so dass viele Teile gleichzeitig verarbeitet werden und mit jedem Zyklus der Linie ein fertiges Teil erzeugt wird.

Die verschiedenen Vorgänge müssen ordnungsgemäß sequenziert und koordiniert werden, damit die Leitung effizient arbeitet.

Moderne automatisierte Leitungen werden von speicherprogrammierbaren Steuerungen gesteuert. Diese können die für Ihren Betrieb erforderlichen Arten von Timing- und Sequenzierungsfunktionen ausführen.

Verweise

1. Terry M. Brei (2018). Was ist industrielle Automatisierung? Sure Controls Inc. Entnommen aus: surecontrols.com.
2. Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2018). Automatisierung. Entnommen aus: en.wikipedia.org.
3. Elektrotechnik (2018). Was ist industrielle Automatisierung - Arten der industriellen Automatisierung. Entnommen aus: electrictechnology.org.
4. Unitronics (2018). Was ist industrielle Automatisierung? Entnommen aus: unitronicsplc.com.
5. Encyclopaedia Britannica (2018). Anwendungen der Automatisierung und Robotik. Entnommen aus: britannica.com.
6. Adam Robinson (2014). Industrielle Automatisierung: Eine kurze Geschichte der Fertigungsanwendung sowie der aktuelle Stand und die zukünftigen Aussichten. Cerasis. Entnommen aus: cerasis.com.
7. Eagle Technologies (2013). Fabrikautomation, ein deutsches Beispiel. Entnommen aus: eagletechnologies.com.