Automatisierungstechnik und Industrie 4.0 – Wissenswertes und Grundlagen

Automatisierung: Was steckt hinter der treibenden Kraft für Effizienz und Innovation?

Mit modernen Automatisierungstechnologien lassen sich Arbeitsprozesse optimieren. Dafür werden Funktionen von Menschen und Abläufe innerhalb der Fertigung auf Maschinen und Anlagen sowie technische Systeme übertragen, sodass Mitarbeiter von monotonen oder sogar gefährlichen Arbeiten befreit werden. Mehr noch: Die Automatisierung ermöglicht zahlreiche Prozesse, die bei einer manuellen Ausführung durch den Menschen gar nicht möglich wären.

Dabei stehen vor allem die Entwicklung, Planung und Fertigung von Produkten im Fokus der industriellen Prozessautomatisierung mit der folgenden Zielsetzung:

• Steigerung der Produktivität
• Sicherung der Produktqualität
• Optimierung der Energieeffizienz
• Erleichterung von Arbeitsprozessen
• Reduzierung der Umweltbelastungen
• Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen
• Erhöhung der Betriebs- und Arbeitssicherheit

Durch die Einführung von automatisierten Systemen wird es Unternehmen möglich, ihre Betriebsabläufe zu skalieren, flexibel auf veränderte Marktanforderungen zu reagieren und in jeglicher Hinsicht nachhaltiger zu fertigen. Damit stellt moderne Automatisierungstechnik wichtige Weichen in der Produktion für die Implementierung nachhaltiger Erfolgsstrategien.

Verschiedene Formen der industriellen Automatisierung

Die Einführung von Automatisierungstechnologien in Unternehmen kann in verschiedenen Stufen erfolgen. Daher wird grundsätzlich zwischen folgenden Formen unterschieden:

• Verfahrensautomatisierung
  Innerhalb eines Prozesses werden einzelne Arbeitsvorgänge automatisiert.
• Prozessautomatisierung
  Gesamte Prozesse werden automatisiert, sodass sie vollkommen selbsttätig erfolgen.
• Systemautomatisierung
  Alle Abläufe und Prozesse innerhalb eines Systems werden voll automatisiert.

Unabhängig von der industriellen Fertigung lassen sich diese unterschiedlichen Formen der Automatisierung in vielen weiteren Bereichen eines Unternehmens wiederfinden, um Prozesse durch Standardisierung zu verschlanken. Hierzu zählen auch administrative Aufgaben und Geschäftsprozesse in den Bereichen Verkauf & Marketing, Lager & Logistik, Einkauf & Beschaffung, Personal & HR, Finanzen & Controlling.

Diese Technologien kommen in einer automatisierten Produktion zum Einsatz

Innerhalb einer Fabrikautomation werden eine Vielzahl von Automatisierungstechnologien eingesetzt, die alle im Verbund zusammenarbeiten und durch ein übergeordnete Steuerungseinheit orchestriert werden. Dabei erstrecken sich die Funktionen automatisierter Systeme grundsätzlich auf das Messen, Steuern und Regeln sowie Kommunizieren.

Die folgenden elektrischen Technologien bilden die Basis für Automatisierungssysteme:

Durch die Kombination dieser Automatisierungstechniken werden intelligente, effiziente und anpassungsfähige Automatisierungssysteme geschaffen. Besonders die stetige Weiterentwicklung innerhalb der Sensorik erlaubt es bereits heute, Prozesse zu entwickeln und zu realisieren, die sogar in anspruchsvollen Automatisierungslösungen ihren Einsatz finden können.

Industrielle Kommunikation in der Automatisierungstechnik

Ob Mensch mit Maschine, Device mit Mensch oder Maschine mit Maschine – ohne Kommunikation geht es in der Automatisierung nicht. Dafür werden industrielle Kommunikationsnetzwerke aufgebaut, die einen Informations- sowie Datenaustausch in Echtzeit sicherstellen.

Die größte Herausforderung in der Planung und Realisierung von industriellen Netzwerken ist, dass Automatisierungssysteme über zahlreiche Hard- und Softwarekomponenten verfügen, mit mindestens ebenso vielen Schnittstellen. Daher muss ein einheitlicher Kommunikationsstandard gesichert sein.

Aus diesem Grund werden genormte industrielle Netzwerke eingesetzt, sodass eine reibungslose, fehlerfreie und einheitliche Kommunikation zwischen allen Beteiligten innerhalb eines Systems sichergestellt werden kann. Industrielle Netzwerke können sowohl kabelgebunden als auch kabellos aufgebaut sein.

Chancen und Vorteile der Automatisierung

Zwar erfordert die erfolgreiche Implementierung von Automatisierungslösungen eine sorgfältige Planung und Umsetzung, doch langfristig können Unternehmen von zahlreichen Vorteilen profitieren. So lassen sich mit steigender Effizienz die Betriebskosten senken und Qualitätsstandards mittels präziser Kontrollen und Transparenz sichern.

Dank der umfangreichen Daten und Informationen, die durch automatisierte Systeme geliefert werden, lassen sich Optimierungspotenziale leichter feststellen. Ebenfalls erleichtern sie das Risikomanagement sowie eine strategische Planung durch datenbasierte Entscheidungen. Die Skalierbarkeit von Geschäftsprozessen wird softwarebasiert möglich, sodass Unternehmen ihr Wachstum vorantreiben und darüber hinaus flexibel auf Veränderungen im Markt reagieren können.

Dank automatisierter Lagerverwaltungssystemen und vernetzten Logistiklösungen lassen sich eine genaue Bestandsführung realisieren und Lieferprozesse beschleunigen. Auch die Einhaltung von Compliance und Regulierungsstandards können zuverlässiger eingehalten werden, da automatisierte Überwachungs- und Berichtssysteme alle relevanten Standards, Gesetze und Richtlinien stets im Auge behalten.

Risiken und Herausforderungen für Unternehmen

Grundsätzlich ist die Automatisierung für Unternehmen jeglicher Größe von Bedeutung, da sie viele Vorteile bietet. Um diese jedoch vollumfänglich nutzen zu können, liegt der Schlüssel in der Wahl der geeigneten Automatisierungslösung. Denn mit der Einführung von automatisierten Prozessen muss mit hohen Investitionskosten für Hard- und Software gerechnet werden.

Zudem gibt es auch technische Herausforderungen, die es zu meistern gilt. Schon bei der Integration in bestehende Systeme können technische Probleme bei der Datenmigration, der Schnittstellenkompatibilität und Systemstabilität auftreten. Auch in der Folgezeit sind die laufenden Kosten für Wartung, Instandhaltung und Updates durch qualifiziertes Personal mit einzurechnen.

Wird diesen Faktoren ausreichend Beachtung geschenkt, können technische Herausforderungen innerhalb der automatisierten Prozesse minimiert werden, deren Behebung kostspielig sein kann und zu ungewünschten Ausfallzeiten führt. Denn je höher der Automatisierungsgrad ist, desto abhängiger wird das Unternehmen von der Technologie.

Die fortschreitende Automatisierung schafft neue Arbeitsplätze

Der branchen- und unternehmensübergreifende Einsatz der Automatisierungstechnik macht sie komplex. Und damit Unternehmen tatsächlich in dem gewünschten Maß von ihr profitieren können, erfordert das Engineering sowie der anschließende Betrieb der Maschinen und Systeme multidisziplinäre Teams an Ingenieuren und Fachleuten aus den verschiedensten Bereichen. Hierzu zählen beispielsweise der Maschinenbau, die Elektrotechnik, das Ingenieurwesen und die Informatik.

Bereits heute werden verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten in diesem Fachgebiet angeboten, wie etwa eine Lehre zum Elektroniker für Automatisierungstechnik oder ein Studium mit Bachelorabschluss und entsprechenden Masterstudiengängen zum Ingenieur für Automatisierungstechnik. Spezialisierungen sind nach Abschluss der Ausbildung in den folgenden Bereichen möglich:

• Robotik
• Mechatronik
• Regelungstechnik
• Steuerungstechnik,
• Fahrzeugproduktion

Aber auch klassische Berufsbilder sind weiterhin stark gefragt, wie beispielsweise Ingenieure aus dem Bereich der Elektrotechnik, des Maschinenbaus sowie der Steuerungstechnik.

Technologische Trends in der Automatisierungstechnik

Schon heute steigern innovative Automatisierungssysteme den Erfolg vieler Unternehmen und der rasante Fortschritt in der Industrieautomation zeigt, dass das Zusammenspiel von Technologien, Hard- und Software zukünftig immer nahtloser und umfassender wird.

Ein bedeutender Trend ist die fortschreitende Vernetzung von Maschinen und Anlagen. Die industrielle Kommunikation ermöglicht, Daten in Echtzeit zu sammeln und zu analysieren. Mit dieser Entwicklung lassen sich vor allem Stillstandzeiten reduzieren, das Qualitätsmanagement optimieren sowie die Produktivität steigern.

Dabei sollte die Automatisierung nicht als ein einmalig durchzuführendes Projekt mit einem fixen Enddatum verstanden werden. Vielmehr ist es ein kontinuierlicher Prozess, der sich gemeinsam mit der rasanten Entwicklung der Technik vollzieht.

Daher wird die Automatisierung und Automatisierungstechnik nicht mehr nur als ein Instrument zur Effizienzsteigerung gesehen. Vielmehr zeichnet sich ab, dass sie als ein Katalysator für Innovation und Transformation in der modernen Arbeitswelt anerkannt wird, die neue Möglichkeiten und Chancen bietet, Geschäftsmodelle und Arbeitsweisen zu überdenken und zu modernisieren.

Weiterführende Literatur und Bücher zum Thema Automatisierungstechnik:

Einführung in die Automatisierungstechnik von Tilo Heimbold
(Automatisierungssysteme, Komponenten, Projektierung und Planung)

Grundlagen Automatisierung von Berthold Heinrich, Petra Linke, Michael Glöckler
(Erfassen – Steuern – Regeln)

Speicherprogrammierbare Steuerungen in der Industrie 4.0 von Matthias Seitz
(Objektorientierter System- und Programmentwurf, Motion Control, Sicherheit, Industrial IoT)

Mechatronik von Bodo Heimann, Amos Albert, Tobias Ortmaier, Lutz Rissing
(Komponenten – Methoden – Beispiele)