Die industrielle Automatisierung nutzt Informationstechnologien und Steuerungssysteme wie Robotik und Sensoren für die Ausführung industrieller Aufgaben, die früher von menschlichen Arbeitern durchgeführt wurden. Das verarbeitende Gewerbe (Englisch), wie die Automobil- und die Elektronikindustrie, die Pharmaindustrie und die Lebensmittel- und Getränkeindustrie setzen häufig auf industrielle Automatisierung, um die Qualität, die Produktivität und die Arbeitssicherheit zu verbessern.
Mit der Inbetriebnahme einer Fertigungsstraße für das Model T im Jahr 1913 führte die Ford Motor Company die industrielle Automatisierung in die Fertigung ein. Die moderne industrielle Automatisierung nahm ihren Anfang jedoch mit der Integration speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) durch General Motors im Jahr 1968. SPS können mehrere Maschinen mit programmierten Anweisungen überwachen und steuern. Mit der Anwendung dieser Technologie leistete GM in der Automobilherstellung Pionierarbeit.
Ziel dieser frühen industriellen Automatisierung war die Steigerung der Produktivität im 24-Stunden-Betrieb und die Senkung der Personalkosten. Die moderne industrielle Automatisierung hat die allgemeinen Prioritäten seither erweitert. Heute geht es auch um Qualitätsverbesserungen und um eine möglichst flexible (Englisch) und datengestützte Fertigung. Diese Evolution der Möglichkeiten der industriellen Automatisierung vollzog sich in mehreren Phasen, von der einfachen Automatisierung bis hin zu den fortschrittlichsten Technologien von Industrie 4.0 und darüber hinaus.
Die industrielle Automatisierung ist mit einer hohen Anfangsinvestition verbunden. Diese kann sich aber mit der Zeit bezahlt machen. Hinzu kommen zahlreiche weitere Vorteile.
Mit der industriellen Automatisierung rückt die Vision einer Fabrik ohne Betriebsunterbrechungen in den Bereich des Möglichen. Die Echtzeitdatenanalysen der automatisierten Systeme können dank vorausschauender Wartung und einer regelbasierten Bestandsverwaltung zur Reduzierung von Produktionsengpässen und Betriebsunterbrechungen beitragen.
Die automatisierte Fertigung ist in hohem Maße konsistent und wiederholbar. Dadurch können Qualitätsvalidierungen automatisiert werden, mit denen Abweichungen frühzeitig erkannt, Ausschuss reduziert und Nachbearbeitungen vermieden werden.
Die industrielle Automatisierung (z. B. die Robotik) kann dem Personal gefährliche und schmutzbehaftete Arbeiten abnehmen. So sinkt die Verletzungsgefahr durch monotone Belastungen und Unfälle. Zugleich werden die Mitarbeiter entlastet und haben dadurch mehr Zeit für komplexere Aufgaben.
Überwachungsgeräte erfassen in einem industriellen Automatisierungssystem bei jedem Schritt Echtzeitdaten in einer zentralen Cloud-Software. Durch Analysen dieser Daten können potenzielle Verbesserung in der Lieferkette aufgedeckt, neue Umsatzmöglichkeiten identifiziert und fundierte Entscheidungen getroffen werden.
Robotik und andere automatisierte Maschinen ermöglichen mehr Flexibilität, da sich Änderungen in der Montagelinie rasch programmieren lassen.
Die Anfangsinvestition in die industrielle Automatisierung macht sich mit der Zeit bezahlt, denn das System kann effektiv rund um die Uhr laufen und erfordert nur minimale menschliche Aufsicht. Zudem sind die Wartungskosten für moderne automatisierte Fertigungssysteme relativ gering.
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Viessmann
Wärmepumpen boomen auf dem deutschen Markt. Um die Nachfrage zu bedienen, hat Viessmann eine Smart Factory mit einem hohen Automatisierungsgrad gebaut und dadurch die Produktion gesteigert und die Logistik verbessert.
Bild mit freundlicher Genehmigung von Viessmann
Porsche
Für seinen ersten vollelektrischen Sportwagen setzte Porsche auf die digitale Fabrikplanung in Autodesk Navisworks. Mit dieser Technologie baute das Unternehmen ein hochmodernes, klimaneutrales Werk. Maximale Flexibilität der Produktion wird dort nicht nur durch industrielle Automatisierung, sondern auch durch fahrerlose Transportsysteme erreicht.
Bild mit freundlicher Genehmigung der Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG
BLOX
BLOX wendet die industrielle Automatisierung im Bauwesen an. Dank der Automatisierung der Fertigung außerhalb der Baustelle baut das Unternehmen in seinem Werk in Alabama Krankenhauskomponenten für die Montage auf der Baustelle.
Lesen Sie, wie die automatisierten Prozesse und die Vernetzung von Daten in der digitalen Fabrik die Zukunft der Fertigung bestimmen werden, da sie die schnellere Markteinführung von Produkten, vorausschauende Wartung, Nachverfolgung von Ressourcen und effizientere Betriebsabläufe ermöglichen.
Erfahren Sie mehr über hochgradig digitalisierte und vernetzte Smart Factorys, warum ihre automatisierten Systeme und Entscheidungsprozesse wesentlich für die moderne Fertigung sind und mit welcher Software Ihre Arbeit intelligenter statt mühsamer wird.
In dieser detaillierten Infografik wird erläutert, warum eine gelungene Transformation in eine Smart Factory (Englisch) mit Überzeugungsarbeit in der Führungsetage beginnt: Diese muss zuerst begreifen, dass die Automatisierung monotoner Prozesse zu weniger Fehlern und damit zu weniger Verletzungen führt, Ausschuss reduziert und die Ressourcenauslastung und die Produktqualität optimiert.
Die Videoreihe Intelligentere Werkstatt bietet interessante Erkenntnisse, wie Mikrofabriken für die industrielle Automatisierung umgerüstet und von dieser profitieren können: durch die Überwachung von Maschinen, Robotik und vernetzte digitale Arbeitsabläufe in kleinem Umfang.
Forscher trainieren Robotiksysteme (Englisch) mit maschinellem Lernen auf der Basis von CAD-Daten, um eine flexiblere, automatisierte Montage zu ermöglichen, die leichter an Produktänderungen angepasst werden kann.
Eine Umfrage von Autodesk bei Fachkräften im Maschinen- und Anlagenbau zeigt, wie über die Cloud vernetzte Software systemweite Effizienzverbesserungen in den Lieferanten- und Mitarbeiternetzwerken bewirken kann, und bietet viele weitere interessante Einblicke.
Ein Beispiel für industrielle Automatisierung könnte ein fahrerloses Fahrzeug sein, das Produkte und Materialien in einem Lager oder Werk transportiert. Die Bergbauindustrie verwendet autonome oder halbautonome LKWs, Züge, Bohrer und andere Maschinen, um die Sicherheit und Effizienz zu erhöhen.
In den Bereichen Produktmontage, Schweißen, Lackieren und in der Kommissionierung für die Montagelinie werden in großem Umfang Industrieroboter eingesetzt. Um die betrieblichen Prozesse flexibler zu machen, automatisieren Computer Numerical Control (CNC)-Maschinen Techniken wie Schneiden, Bohren, Fräsen und Drehen für die Fertigung.
Ein anderes Beispiel ist ein Prozesssteuerungssystem, das physikalische und chemische Parameter wie Temperatur, Fließgeschwindigkeit und Druck für Prozesse in Fabriken, Kraftwerken und Raffinerien automatisiert.
Es gibt drei Arten von Automatisierung: industrielle, feste und flexible Automatisierung.
Die industrielle Automatisierung hat sich von statischen Montagelinien zu flexiblen, intelligenten integrierten Systemen weiterentwickelt.
Die feste Automatisierung ist eine Art der industriellen Automatisierung, die bei der Massenproduktion eingesetzt wird. Bei der festen Automatisierung sind Produktionsänderungen teuer und zeitaufwendig. Die programmierbare Automatisierung funktioniert am besten in der Serienfertigung. Sie basiert auf elektronischen Steuerungen, die bestimmte Abläufe ändern können; der Aufwand ist jedoch erheblich.
Die flexible Automatisierung, z. B. CNC-Maschinen, wird in der Serienfertigung und der kundenspezifischen Fertigung angewendet, bei der das Produkt variiert. Sie zeichnet sich durch präzise Steuerungen aus und kann die Produktion ohne nennenswerte Unterbrechungen anpassen. Die integrierte Automatisierung ist die modernste und am höchsten entwickelte Form der industriellen Automatisierung. Bei diesem Modell überwacht und steuert ein zentrales Steuersystem eine gesamte vernetzte Fabrik anhand von IIoT (Englisch)-Geräten und Cloud-Datenanalysen.
Die moderne Fertigung leidet unter dem Fachkräftemangel. Qualifizierte Fachkräfte sind rar. Mit der industriellen Automatisierung können weniger Arbeitskräfte mehr leisten, und qualifizierte Fachkräfte können sich verstärkt auf komplexere Aufgaben konzentrieren.
Die industrielle Automatisierung kann Unternehmen Vorteile bringen: höhere Produktivität, bessere Qualitätskontrolle, verbesserte Arbeitssicherheit, leichtere Konfigurationsänderungen, niedrigere Betriebskosten und eine Fülle an Einblicken aus einem stetigen Fluss erfasster Daten.
Zu den Nachteilen der industriellen Automatisierung zählen die hohen Anfangsinvestitionen und der Zeitaufwand für die Einrichtung.
Nicht jede Aufgabe oder jeder Prozess eignet sich für die Automatisierung. Die Automatisierung von Maschinen ist ideal für die Massenproduktion mit wiederkehrenden, gleichförmigen Arbeitsgängen. Die Automatisierung ist möglicherweise nicht die beste Wahl, wenn mit Produkten von unregelmäßiger oder uneinheitlicher Form gearbeitet wird oder wenn die Produktionsläufe klein sind und einen hohen Konfigurationsaufwand erfordern.
Die Automatisierung kann zwar die Arbeitssicherheit in den Werkshallen verbessern und dem Fachkräftemangel zum Teil begegnen, doch sie kann auch Arbeitsplätze vernichten – ein weiterer unvermeidlicher Nachteil.
