Industrie 4.0: Effizienz & Innovation in der industriellen Automatisierung

Sind Sie begeistert, dass die Zukunft der amerikanischen Fertigung durch Reshoring heller aussieht? Wir auch, aber haben Sie etwas anderes bemerkt? Die Fertigung hat sich verändert. Neue Technologien und Fachbegriffe: Industry 4.0, Roboter, Cobots, Internet of Things (IoT).

Während die USA durch Offshoring ins Abseits gedrängt wurden, haben andere Länder Automatisierungstechnologien vorangetrieben, um maximale Effizienz zu erreichen. Amerikanische Hersteller müssen aufholen, um weiter zu wachsen und Reshoring-Chancen zu beschleunigen.

Wenn Sie global wettbewerbsfähig werden und in effizientere Automatisierungsanlagen oder -systeme investieren wollen, benötigen Sie mindestens ein grundlegendes Verständnis der heutigen industriellen Automatisierung. Das Verständnis von Optionen, Terminologie und Komponenten erleichtert die Erstellung erster Pläne und Budgets, die mit Teammitgliedern und Automatisierungsspezialisten detailliert besprochen werden können.

Hier ist ein grundlegender Überblick über industrielle Fabrikautomation im Zeitalter der Vernetzung.

Inhaltsverzeichnis

Was ist industrielle Automatisierung?

Arten der industriellen Automatisierung

Wie wird industrielle Automatisierung erreicht?

Fertigungsproduktion und Industriesysteme

Warum amerikanische Hersteller automatisieren müssen

Automatisierung in Industrie 4.0

Zur industriellen Automatisierungslösung gelangen

Was ist industrielle Automatisierung?

Sie sind nicht allein in der Suche nach Fertigungseffizienz. Seit vor der ersten industriellen Revolution haben Branchenführer Spezialmaschinen geschaffen, die schneller und präziser produzieren als ein Mensch mit Handwerkzeug. Historisch für eigenständigen Betrieb mit minimalem menschlichen Eingriff konzipiert, können heutige industrielle Automatisierungssysteme dank industrieller Steuerungssysteme und Netzwerkkonnektivität kommunizieren und synchron zusammenarbeiten.

Beispiele für industrielle Automatisierungsausrüstung finden sich dort, wo Produkte oder Komponenten bearbeitet, gefertigt, verpackt und/oder montiert werden. Mit Automatisierungsprinzipien und -standards können Sie erwarten, dass automatisierte Maschinen in einer Systemkonfiguration platziert sind, die Komponenten am effizientesten von einer Stufe zur nächsten bewegt.

Arten der industriellen Automatisierung

Hersteller automatisieren Jobs, die Ausdauer oder Präzision erfordern, oder die langweilig, repetitiv sind und wenig Kreativität oder Spezialwissen benötigen. Sinkende Roboterpreise und steigende Lohnkosten fördern Automatisierung in den USA. Mit erwarteten Preissenkungen von über 65 % in den nächsten fünf Jahren wird ein stetiger Anstieg prognostiziert. Wenn Sie noch nicht in eine Datenkommunikationsinfrastruktur investiert haben, könnte dies eine Ihrer grössten Herausforderungen sein. Trendige Fabrikautomatisierung basiert auf der Fähigkeit von Maschinennetzen, zu kommunizieren und Aufgaben terminiert auszuführen.

Welche gängigen Arten der Fabrikautomatisierung gibt es?

• Einfaches Werkzeug
• Montage
• Inspektion
• Materialhandling

Wie wird industrielle Automatisierung erreicht?

Industrielle Steuerungssysteme sind der Mechanismus (oder das „Gehirn“) hinter der Autonomie und Bewegung automatisierter Maschinen. Dies ist die Technologie, die industrielle Prozesse automatisiert. Der Kern eines Steuerungssystems ist der Regelkreis. Beispiele reichen vom einfachsten diskreten Regler bis zum komplexen SCADA-System, das alle Ebenen der Fertigungsprozesse und geografischen Standorte eines Unternehmens verwaltet.

Arten industrieller Steuerungssysteme:

• SCADA-System – Computersystem zur Steuerung und Überwachung von Anlagenprozessen
• PID-Regler (Proportional-Integral-Derivative) – regelt ein System basierend auf Soll- und Istwert
• SPS (PLC – Programmable Logic Controller) – leicht programmierbarer, robuster Industriecomputer mit Single-Core-Prozessor zur Steuerung von Motoren und Maschinen in Fabriken mittels Logik
• PAC (Programmable Automation Controller) – ähnlich SPS, aber mit Multiprozessoren und Multitasking-Fähigkeit
• Leitsysteme (DCS – Distributed Control Systems) – steuern viele Knoten durch Multiprozessoren mit erweiterten Fähigkeiten inkl. vieler I/O-Punkte
• HMI (Human-Machine Interface) – ermöglicht Interaktion mit Maschine und schnellen Überblick über Maschinenprozesse
• Diskreter Regler – einfache Ein-/Aus-Steuerung, Beispiele: Timer, Zähler, Thermostate

PLC

HMI

Zähler

Wie industrielle Automatisierung funktioniert:

Stufe 1 – Das industrielle Steuerungssystem (oben) arbeitet mit dem Antriebsregler zusammen.

Gängige Antriebsregler:

• Frequenzumrichter (VFD) – AC-Motorregler, der Frequenz und Spannung zur Steuerung von Drehzahl und Drehmoment nutzt
• Schrittmotor-Treiber (Stepper Drive) – Treiberschaltung, die Schrittmotor mit Stromimpulsen und Phasen steuert
• Analog-Servo – steuert Servomotordrehzahl über Ein-/Aus-Spannungssignale oder Impulse
• Digital-Servo – wie Analog-Servo, aber mit weit höherer Impulsrate pro Sekunde

Frequenzumrichter (VFD)

Stufe 2 – Der Antriebsregler steuert den Aktuator, der Bewegung bewirkt.

Gängige Aktuatortypen:

• Hydraulischer Aktuator – Flüssigkeitsdruck bewegt Kolben durch Rohr, baut Drehmoment auf
• Pneumatischer Aktuator – Luft-/Gasdruck steuert Geschwindigkeit und Drehmoment
• Elektrischer Aktuator (AC, DC, Linear, Servo, Stepper) – motorbetrieben, wandelt elektrische Energie in mechanisches Drehmoment um
• Mechanischer Aktuator – einfache Mechanismen wandeln Drehbewegung in Linearbewegung um

Pneumatische Aktuatoren

Kontinuierliche Prozesse der industriellen Automatisierung:

• Rückführsensoren (Encoder/Resolver) erfassen Daten von der Last und senden sie an den Regler zurück.
• Fieldbus- und Ethernet-Verbindungen unterstützen Informationsaustausch zwischen Feldebenen bis zur Unternehmensebene.
• Zusammen mit automatisierten Steuerungen wirken mechanische Geräte: Lager, Getriebe, Spindeln, Räder, Achsen, Nocken, Gelenke.

Fieldbus-System

Linearlager & Führungsschiene

• Zusätzlich zu elektromechanischen und mechanischen Geräten werden auch fluiddynamische Maschinengeräte in Industriemaschinen genutzt. Wenn elektromechanische Methoden keine praktischen Lösungen bieten, kommt Fluidkraft ins Spiel. Fluidkraft wird typischerweise durch Elektronik angetrieben und durch Sensoren und Ventile gesteuert.

Fluidkraft-Technologien