Industrielle Automatisierung: Von der Vergangenheit zur Gegenwart – Umfassender Leitfaden zu Fertigungsanwendungen & Zukunftstrends

Redaktioneller Hinweis: Als regelmäßiger Cerasis-Blog-Leser wissen Sie, dass wir ein Third-Party-Logistics-Unternehmen sind, spezialisiert auf Transportmanagement durch Technologie (webbasiertes TMS) und Managed Transportation Services – Frachtbuchhaltung (Zahlung, Audit, Rechnungskonsolidierung), Frachtansprüche, Vendor-Inbound-Compliance, Reverse Logistics (Retouren), Carrier Relations (Ratenverhandlung, Beziehungsmanagement), E-Commerce-Frachtversandtechnologie. Wir befähigen Versender (meist Hersteller und Distributoren im Industriesektor) mit Technologie und Automatisierungstools für mehr Effizienz. Daher unser Interesse an Fertigungstrends und -themen sowie an Technologien wie industrieller Automatisierung. Dieser Beitrag fokussiert: kurze Geschichte der Industriellen Automatisierung, Was ist industrielle Automatisierung, aktueller Stand, nahe Zukunft. Eine Kurzfassung war zuvor als Gastblog auf dem Cisco-Eagle-Blog erschienen.

Industrielle Automatisierung hat einige Schlüsselsegmente. In den 1970ern wurde das ursprüngliche DCS von einem Honeywell-Ingenieurteam entwickelt, der erste PLC war die Idee von Erfinder Dick Morley und anderen. Mehrere innovative Startups entwickelten HMI-Software für PLCs und industrielles I/O. Innovative Sensoren und Aktuatoren kamen von Schlüsselunternehmen. In einem fragmentierten Geschäft bleiben die meisten Innovatoren an Wachstumsplateaus stecken und werden aufgekauft. Einige generieren aber unabhängiges Wachstum und Erfolg.

Verfolgt man die Wurzeln aller signifikanten Automatisierungssegmente, findet man Schlüsselpersonen und Innovationen. Industrielle Instrumentierung und Steuerung war immer Hotbed für neue Produkte – verbesserte Sensoren, Verstärker, Displays, Rekorder, Steuerelemente, Ventile, Aktuatoren und andere Widgets. Doch Märkte sind relativ klein, spezialisiert, fragmentiert – selten resultiert signifikantes Volumen direkt aus Einzelprodukten. Dieses Modell prägt auch den technischen Vertrieb.

Viele Industrieautomatisierungsfirmen wurden mit innovativen Entwicklungen für Nischenanwendungen gegründet. Zielkunden meist lokale Endanwender, die Gelegenheit boten, neue Ideen zu testen – meist wegen spezifischer ungedeckter Bedürfnisse. Erfolgreiche Startups erweiterten Produkte und Märkte über zunächst enge Anwendungen und Geografien hinaus – abhängig vom realen Wert der Innovation und ob der Gründer geeignetes Management, Vertrieb & Marketing für Wachstum über die initiale Unternehmerphase hinaus einstellen konnte.

Da Automatisierung so fragmentiert ist, sind alle größeren (Multi-Milliarden-$) Unternehmen meist Konglomerate aus Produkten und Services; jedes Produktsegment generiert relativ kleines Volumen, aber zusammen bilden sie große Geschäfte.

Was ist industrielle Automatisierung?

Laut Wikipedia Automatisierung:

Automatisierung oder automatische Steuerung ist der Einsatz verschiedener Steuerungssysteme für den Betrieb von Geräten wie Maschinen, Prozessen in Fabriken, Kesseln, Wärmebehandlungsofen, Schaltung in Telefonnetzen, Steuerung und Stabilisierung von Schiffen, Flugzeugen und anderen Anwendungen mit minimaler oder reduzierter menschlicher Intervention. Einige Prozesse sind vollständig automatisiert.

Der Begriff Automatisierung, inspiriert vom früheren Wort automatic (von automaton), war vor 1947 nicht weit verbreitet, als General Motors die Automatisierungsabteilung gründete. In dieser Zeit setzte die Industrie rasch Rückkopplungsregler ein, die in den 1930ern eingeführt wurden.

Automatisierung wurde durch verschiedene Mittel erreicht: mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, elektronisch, computerbasiert – meist in Kombination. Komplexe Systeme wie moderne Fabriken, Flugzeuge, Schiffe nutzen typischerweise all diese kombinierten Techniken.

Industrieingenieure visionieren vollautomatisierte Fabriken seit mindestens Mitte des 20. Jahrhunderts. Der eigentliche Wettlauf zur Automatisierung der Fertigung begann in den 1980ern, als US-Autohersteller die Vision „Lights-out“-Manufacturing hatten: Fabriken so weit automatisieren, dass der gesamte Prozess Robotern überlassen werden kann. Bis heute weitgehend Vision.

Was ist industrielle Automatisierung in der Fertigung?

Industrielle Automatisierung in der Fertigung ist der Einsatz „intelligenter“ Maschinen in Fabriken, damit Fertigungsprozesse mit minimaler menschlicher Intervention ablaufen. Es geht um Anwendung verschiedener Steuerungssysteme, damit Geräte Aufgaben mit Geschwindigkeit, Ausdauer, Präzision weitgehend selbstständig ausführen.

Industrielle Automatisierung kann durch mehrere Mittel erreicht werden: mechanisch, elektrisch, elektronisch, hydraulisch, pneumatisch, computergestützt. Meist werden zwei oder mehr kombiniert. Heutige State-of-the-Art-Fabriken, Schiffe, Flugzeuge kombinieren all diese Techniken.

Hauptvorteile: schlankere Betriebsprozesse, weniger Energie, weniger Material, reduzierter Arbeitsabfall – führt zu Qualitäts-, Genauigkeits-, Präzisionsverbesserungen. Nachteile: hohe F&E- und Installationskosten.

Wie ist der aktuelle Stand der industriellen Automatisierung in der Fertigung?

Obwohl „Lights-out“-Manufacturing (Lichter aus, alles Robotern überlassen) noch ein Traum ist, wurde seit den 1980ern bemerkenswerter Fortschritt erzielt. Viele repetitive, hochpräzise Arbeiten in Großfabriken – z. B. Auto-Montagelinien – wurden von Industrierobotern übernommen.

Heutige Industrieroboter haben hohe Rechenleistung, stark verbesserte Visionsysteme, steigende operative Freiheitsgrade. Doch sie sind auf hochstrukturierte Umgebungen beschränkt und benötigen weitgehend menschliche Steuerung. Auch zu spezialisiert und unflexibel für kleine und mittlere Unternehmen. Im Wesentlichen Werkzeuge für lange Produktionsläufe und Großhersteller.

Durch rasante Entwicklung und Verbreitung von Mikrocomputer- und Softwaretechnologien ist Automatisierung in der Fertigung fast vollständig von Computer- und Softwarefähigkeiten abhängig, um Komponenten des Fertigungssystems zu automatisieren, optimieren, integrieren. Daher: Computer Integrated Manufacturing.

Wie sieht die Zukunft der industriellen Automatisierung aus?

Obwohl industrielle Automatisierung in der Fertigung Kritiker hat (z. B. unbelegte Behauptung von Massenarbeitslosigkeit), sieht ihre Zukunft sehr vielversprechend aus. Zukünftige Industrieroboter werden multifunktional – dieselbe Maschine für verschiedene Aufgaben. Sie werden Fähigkeiten menschlicher Arbeiter haben: Entscheidungen treffen, autonom arbeiten. Auch Selbstdiagnose und vorausschauende Wartung.

Dank industrieller Automatisierung wird die Fabrik der Zukunft Energie, Rohmaterial, Humanressourcen effizienter nutzen. Entgegen landläufiger Meinung hat Erfahrung gezeigt: Automatisierung verursacht keine Massenarbeitslosigkeit. Im Gegenteil: Massenhafter Roboter-Einsatz schafft mehr Jobs. Menschen und Roboter arbeiten zusammen für effizientere, produktivere Arbeitsplätze.