Kontext

Die Entwicklung der industriellen Automatisierung begann mit mechanischen Steuerungen und entwickelte sich über elektrische Schaltungen und speicherprogrammierbare Steuerungen hin zu digitalen, vernetzten Systemen. Mit der zunehmenden Nutzung von Computern, industriellen Netzwerken und Sensorik konnten immer mehr Prozessschritte überwacht, gesteuert und miteinander verbunden werden.

Ein automatisiertes System besteht häufig aus mehreren Komponenten. Sensoren erfassen beispielsweise Temperatur, Druck, Position oder Geschwindigkeit. Steuerungen verarbeiten diese Informationen und geben Befehle an Aktoren, Motoren, Ventile oder Roboter weiter.

Grundelemente der Automatisierung

Typische Bestandteile einer industriellen Automatisierung sind:

• Sensoren zur Erfassung von Prozessdaten

• SPS-Systeme zur Steuerung von Maschinenabläufen

• Aktoren zur Ausführung von Steuerbefehlen

• Industrieroboter für wiederholbare Bewegungsabläufe

• HMI-Systeme für die Bedienung und Anzeige von Prozessinformationen

• Industrielle Netzwerke für den Datenaustausch

• Software zur Überwachung, Analyse und Dokumentation

Diese Komponenten arbeiten häufig als zusammenhängendes System. Eine Änderung eines Prozesswertes kann beispielsweise von einem Sensor erkannt, durch eine Steuerung verarbeitet und anschließend durch einen Motor oder ein Ventil umgesetzt werden.

Automatisierung und Fertigungsprozesse

In einer modernen Fertigung kann Automatisierung verschiedene Prozessstufen abdecken. Dazu gehören Materialzuführung, Bearbeitung, Montage, Prüfung, Verpackung und innerbetrieblicher Transport.

Der Automatisierungsgrad hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Manche Anlagen automatisieren nur einzelne Arbeitsschritte, während andere Produktionslinien mehrere miteinander verbundene Prozesse koordinieren.

Bedeutung

Industrielle Automatisierung betrifft zahlreiche Produktionsbereiche und beeinflusst sowohl die Herstellung von Maschinen als auch die Fertigung von Konsum- und Industriegütern. Sie kann dazu beitragen, wiederholbare Abläufe standardisiert auszuführen und Prozessdaten systematisch zu erfassen.

Ein wichtiger Bereich ist die Prozessüberwachung. Automatisierte Systeme können Messwerte kontinuierlich erfassen und Abweichungen von vorgegebenen Prozessparametern erkennen. Dadurch können Produktionsabläufe nachvollziehbarer dokumentiert werden.

Auch die Sicherheit spielt eine Rolle. Schutzsysteme können beispielsweise erkennen, wenn eine Schutztür geöffnet wird oder sich eine Person in einem definierten Gefahrenbereich befindet. Abhängig von der Anlagenkonfiguration können daraufhin bestimmte Maschinenbewegungen gestoppt oder eingeschränkt werden.

Rolle in modernen Produktionsanlagen

Automatisierung kann unterschiedliche Aufgaben innerhalb einer Produktionsanlage übernehmen:

• Steuerung von Maschinenbewegungen

• Überwachung von Prozessparametern

• Automatische Qualitätsprüfung

• Materialtransport zwischen Prozessschritten

• Erfassung von Produktionsdaten

• Koordination verschiedener Maschinen

• Erkennung bestimmter Prozessabweichungen

Die Automatisierung ersetzt dabei nicht grundsätzlich jede menschliche Tätigkeit. Planung, Anlagenüberwachung, Programmierung, Wartung, Qualitätskontrolle und Prozessoptimierung benötigen weiterhin menschliche Entscheidungen und Fachkenntnisse.

Wichtige Automatisierungstechnologien

Aktuelle Entwicklungen

Die industrielle Automatisierung entwickelt sich zunehmend in Richtung vernetzter und datenbasierter Produktionssysteme. Industrielle Anlagen erzeugen große Mengen an Betriebs- und Prozessdaten, die für Überwachung, Analyse und Optimierung genutzt werden können.

Ein wichtiger Trend ist die Verbindung von Automatisierungstechnik und industrieller Informationstechnologie. Produktionsmaschinen können über industrielle Netzwerke Daten mit übergeordneten Systemen austauschen. Dadurch lassen sich Informationen aus verschiedenen Prozessstufen zusammenführen.

Auch Edge Computing gewinnt an Bedeutung. Dabei werden Daten teilweise direkt in der Nähe der Maschine verarbeitet, anstatt sämtliche Informationen an ein entferntes System weiterzuleiten. Dies kann für Anwendungen interessant sein, bei denen kurze Reaktionszeiten oder eine lokale Datenverarbeitung erforderlich sind.

Industrie 4.0 und vernetzte Systeme

Der Begriff Industrie 4.0 beschreibt die zunehmende Vernetzung von Maschinen, Anlagen, Produkten und digitalen Systemen. Ziel ist eine stärker integrierte Produktionsumgebung, in der Informationen zwischen verschiedenen Ebenen ausgetauscht werden können.

Digitale Zwillinge sind ein weiterer Entwicklungsbereich. Dabei wird ein digitales Modell eines Produkts, einer Maschine oder eines Prozesses verwendet, um Eigenschaften und Abläufe digital abzubilden. Je nach Anwendung können solche Modelle für Planung, Simulation, Überwachung oder Analyse eingesetzt werden.

Künstliche Intelligenz in der Automatisierung

Künstliche Intelligenz wird zunehmend für Aufgaben eingesetzt, bei denen große Datenmengen analysiert werden müssen. Beispiele sind visuelle Qualitätskontrolle, Anomalieerkennung und die Analyse von Maschinendaten.

Dabei ist zwischen automatisierter Steuerung und KI-gestützter Analyse zu unterscheiden. Eine klassische SPS kann einen definierten Ablauf nach programmierten Regeln ausführen, während ein KI-System beispielsweise statistische Muster in historischen Prozessdaten erkennen kann.

Robotik und kollaborative Systeme

Industrieroboter werden häufig für wiederholbare Bewegungen, Materialhandling, Schweißprozesse, Montage oder Bearbeitungsaufgaben eingesetzt. Kollaborative Roboter sind für Anwendungen entwickelt worden, bei denen Mensch und Roboter in räumlicher Nähe arbeiten können.

Die konkrete Gestaltung einer solchen Anwendung muss jedoch die jeweiligen Sicherheitsanforderungen berücksichtigen. Eine sichere Zusammenarbeit hängt nicht allein vom Robotertyp ab, sondern auch von der Anwendung, den Werkzeugen, den Bewegungen und der Umgebung.

Gesetze und Richtlinien

Industrielle Automatisierung wird durch technische Normen, Sicherheitsanforderungen und weitere regulatorische Vorgaben beeinflusst. Die konkreten Anforderungen hängen unter anderem vom Standort der Anlage, dem Maschinentyp, der vorgesehenen Nutzung und den eingesetzten Technologien ab.

Für Maschinen und automatisierte Anlagen spielen Anforderungen an Maschinensicherheit, elektrische Sicherheit, funktionale Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit eine wichtige Rolle. Auch die sichere Gestaltung von Steuerungssystemen gehört zu diesem Bereich.

In Europa bildet die Maschinenverordnung einen wichtigen regulatorischen Rahmen für Maschinen. Ergänzend können harmonisierte Normen zur technischen Ausgestaltung und Risikobeurteilung herangezogen werden.

Bei industriellen Netzwerken und vernetzten Produktionsanlagen gewinnt außerdem Cybersicherheit an Bedeutung. Systeme mit Netzwerkzugang müssen gegen unbefugte Zugriffe, Manipulationen und andere digitale Risiken geschützt werden. Die konkrete Umsetzung richtet sich nach Anlage, Infrastruktur und geltenden Anforderungen.

Da sich regulatorische Vorgaben und technische Normen verändern können, sollten für konkrete Anlagen immer die jeweils gültigen Anforderungen und offiziellen Veröffentlichungen berücksichtigt werden.

Werkzeuge und Ressourcen

Für die Planung, Programmierung und Analyse automatisierter Anlagen stehen verschiedene Werkzeuge und Informationsquellen zur Verfügung. Welche davon geeignet sind, hängt von der eingesetzten Steuerung, Maschinenarchitektur und Anwendung ab.

SPS- und Automatisierungssoftware

SPS-Programmierumgebungen werden verwendet, um Steuerungslogik zu entwickeln, zu testen und zu dokumentieren. Häufig kommen dafür standardisierte Programmiersprachen aus der industriellen Steuerungstechnik zum Einsatz.

HMI- und SCADA-Systeme

HMI-Systeme stellen Prozessinformationen für Bediener dar und ermöglichen Eingaben zur Maschinenbedienung. SCADA-Systeme können dagegen größere Anlagen überwachen und Daten aus verschiedenen Prozessbereichen zusammenführen.

Simulations- und Digital-Twin-Werkzeuge

Simulationssoftware kann eingesetzt werden, um Produktionsabläufe oder Maschinenbewegungen vor einer realen Umsetzung zu untersuchen. Digitale Modelle können dabei helfen, Prozessabläufe virtuell abzubilden und bestimmte Änderungen zu analysieren.

Normen und technische Dokumentation

Technische Normen, Herstellerdokumentationen, Schulungsunterlagen und offizielle Behördeninformationen sind wichtige Informationsquellen. Auch Wartungsprotokolle, Anlagenpläne und Prozessdiagramme unterstützen die Dokumentation automatisierter Systeme.

FAQs

Was ist industrielle Automatisierung?

Industrielle Automatisierung bezeichnet den Einsatz von Steuerungen, Sensoren, Software, Robotik und Maschinen, um Produktions- und Prozessabläufe automatisch oder teilweise automatisch auszuführen.

Welche Technologien gehören zur industriellen Automatisierung?

Zu den häufig eingesetzten Technologien gehören SPS-Systeme, Sensoren, Aktoren, Industrieroboter, HMI, SCADA, industrielle Netzwerke, Edge Computing und industrielle IoT-Systeme.

Welche Rolle spielt Industrie 4.0 bei der industriellen Automatisierung?

Industrie 4.0 beschreibt eine stärker vernetzte und datenorientierte Produktionsumgebung. Maschinen, Steuerungen und digitale Systeme können dabei Informationen austauschen und gemeinsam genutzt werden.

Wie wird künstliche Intelligenz in der industriellen Automatisierung eingesetzt?

KI kann unter anderem für Bildverarbeitung, Mustererkennung, Anomalieerkennung und die Analyse von Maschinendaten eingesetzt werden. Die konkrete Anwendung hängt von den verfügbaren Daten und dem jeweiligen Produktionsprozess ab.

Welche Vorteile können automatisierte Fertigungsprozesse haben?

Automatisierte Fertigungsprozesse können wiederholbare Abläufe standardisieren, Prozessdaten erfassen und bestimmte Aufgaben mit gleichbleibenden programmierten Abläufen ausführen. Die tatsächlichen Ergebnisse hängen von der Anlagenplanung, den Prozessbedingungen und der technischen Umsetzung ab.