10 entscheidende Vorteile der Einführung industrieller Automatisierungssysteme

Automatisierung ist ein Schlüsselkonzept der Industrie 4.0 und ein wachsender Wert in Industrieunternehmen. Laut Fortune Business Insights erreichte der weltweite Markt für industrielle Automatisierung 2018 157,04 Milliarden US-Dollar und soll 2026 auf 296,70 Milliarden US-Dollar steigen – fast die Verdopplung.

Das Interesse an Technologien wie IoT, Künstlicher Intelligenz (KI) oder Blockchain resultiert aus ihren Vorteilen. Sie bieten herausragende Vorteile in vielerlei Hinsicht, vor allem bei Zeit- und Kosteneinsparungen.

Um diese Vorteile zu nutzen, müssen Unternehmen heute industrielle Automatisierungsprozesse durch industrielle Automatisierungssysteme realisieren.

Was ist ein industrielles Automatisierungssystem?

Industrielle Automatisierungssysteme dienen der computergestützten Steuerung und Überwachung von Prozessen, Maschinen oder Geräten, die meist repetitive Funktionen ausführen. Ziel ist der automatische Betrieb, um menschliche Arbeit in der Industrie zu reduzieren und zu verbessern.

Diese Systeme ersetzen repetitive, mechanische Aufgaben, die hauptsächlich von einer Person ausgeführt werden, sowie die Entscheidungen, die diese im Fertigungsprozess trifft. Dies geschieht durch logische Programmierbefehle und leistungsstarke Maschinen.

Industrielle Automatisierungssysteme bieten Organisationen vielfältige Vorteile.

Vorteile eines industriellen Automatisierungssystems

Laut Unternehmen wie Sure Controls und Big Sky Engineering sowie der Encyclopedia Britannica (Artikel „Advantages and disadvantages of automation“) implementieren Organisationen solche Systeme wegen folgender Vorteile:

1. Produktivität. Diese Systeme ermöglichen Fabriken und industriellen Prozessen kontinuierliche Massenproduktion 24/7 – 24 Stunden, 7 Tage die Woche –, was Produktivität steigert und Rüstzeiten verkürzt.

2. Qualität. Durch adaptive Steuerung und Überwachung in verschiedenen Phasen und Prozessen eliminieren diese Systeme menschliche Fehler und verbessern so Qualität und Homogenität der Produkte. Die Leistung nimmt auch nach stundenlangem Dauerbetrieb nicht ab.

3. Größere Konsistenz. Maschinen und Computer arbeiten in konstantem, kontinuierlichem Tempo. Automatisierte Produktionsprozesse haben daher längere Dauer, Stabilität und Robustheit bei Verwaltung durch ein Automatisierungssystem.

4. Flexibilität. Eine neue Aufgabe in einer traditionellen Fertigungslinie erfordert Stunden oder Tage Mitarbeiterschulung. Mit einem automatisierten System ist die Neuprogrammierung eines Roboters oder einer Maschine ein einfacher, schneller Prozess, der größere Flexibilität im Produktionsprozess bietet.

5. Präzisere Informationen. Automatisierte Datenerfassung verbessert Genauigkeit und senkt Kosten. Diese höhere Genauigkeit ermöglicht Managern bessere Entscheidungen.

6. Sicherheit. Der Einsatz von Robotern in Produktionslinien mit gefährlichen Arbeitsbedingungen für Menschen ist sicherer. In den USA wurde 1970 der Occupational Safety and Health Act erlassen, um Arbeitssicherheit zu verbessern und Beschäftigte zu schützen. Seitdem fördert er Automatisierung und Robotik in Fabriken und den Einsatz von Automatisierungssystemen.

7. Kostensenkung. Zwar kann die Anfangsinvestition in industrielle Automatisierungssysteme hoch sein, doch die Implementierung führt zu Reduzierung der Datenanalyse-Kosten. Zudem minimiert automatisierte Datenanalyse das Risiko von Maschinenausfällen und Serviceunterbrechungen.

8. Verbesserte Arbeitsbedingungen. Mitarbeiter in Fabriken mit implementiertem Automatisierungssystem arbeiten weniger Stunden und widmen sich höherwertigen Aufgaben.

9. Erhöhter Mehrwert. Automatisierungssysteme befreien Mitarbeiter von lästigen Routinefunktionen. Wenn Maschinen und Computer diese Aufgaben übernehmen, können Mitarbeiter wertschöpfendere Tätigkeiten in anderen Unternehmensbereichen wahrnehmen.

10. Verbesserte menschliche Kapazität. Implementierte Systeme führen nicht nur Aufgaben aus, die ein Mensch tun würde, sondern beherrschen Funktionen, die menschliche Fähigkeiten übersteigen. Sie sind besser in Größe, Gewicht, Geschwindigkeit und Belastbarkeit.

Arten industrieller Automatisierungssysteme

Unternehmen, die einen Automatisierungsprozess starten, haben je nach Automatisierungsgrad, Produktspektrum und Produktionsvolumen verschiedene Automatisierungstypen zur Auswahl.

Harte Automatisierung (Fixed Automation)

Dies bezeichnet einen Automatisierungsprozess, bei dem Roboter oder Maschine für eine spezifische, hochrepetitive Aufgabe bei sehr hohem Produktionsvolumen konzipiert wurde.

Diese Prozesse sind starr und können nicht geändert werden, sind aber sehr schnell, präzise, sicher und weisen hohe Produktionsraten auf.

Die Vorteile sind ideal für Prozesse mit hohem Volumen und geringer Arbeitsvariabilität.

Diese Automatisierungsart ist am kostengünstigsten.

Weiche Automatisierung (Soft Automation)

Sie bezieht sich auf Geräte, die für eine breite Palette von Produktkonfigurationen ausgelegt sind.

Der Prozess wird von einem programmierbaren Computer gesteuert, der seinen Betrieb an verschiedene Produkte anpassen kann.

Sehr nützlich, wenn eine Industrie unterschiedliche Artikel mit variierenden Konfigurationen fertigt.

Diese Automatisierungsart hat höhere Kosten als harte Automatisierung und arbeitet langsamer.

Besonders geeignet für Anlagen, die ein begrenztes Sortiment ähnlicher Produkte in Chargen fertigen.

Sie lässt sich in zwei Typen unterteilen: Programmierbare Automatisierung und Flexible Automatisierung.

Programmierbare Automatisierung

Automatisierte Industrieprozesse dieser Kategorie werden durch ein Programm aus kodierten Anweisungen gesteuert, die das System interpretiert.

Neue Software kann zur Herstellung neuer Produkte eingesetzt werden, da das System vollständig flexibel ist. Es besteht die Möglichkeit, Geräte sowohl auf Software- als auch auf Hardware-Ebene neu zu konfigurieren und anzupassen.

Empfohlen für Industrien mit geringer Produktion, da die Umprogrammierung für neue Produkte komplex und zeitaufwändig ist. Prozesse erfolgen daher in Chargen.

Flexible Automatisierung

Flexible Automatisierung ermöglicht die Konfiguration einer Maschine für ein neues Produkt in kurzer Zeit. Beim Wechsel von einem Artikel zum anderen geht praktisch keine Zeit verloren.

Da keine Zeit für Neuprogrammierung oder physische Umkonfiguration verloren geht, müssen Produkte nicht in separaten Chargen gefertigt werden. Empfohlen für mittlere Produktionsvolumen.

Dank flexibler Automatisierung ist die Produktion kontinuierlich und anpassbar an verschiedene Produkttypen in einem Werk.

Industrielle Automatisierungssysteme (Im engeren Sinne)

Automatisierung macht manuelle Fabrikarbeit überflüssig, erfordert aber noch Bediener für Überwachung und Wartung. Ein industrielles Automatisierungssystem hingegen erfordert keinen menschlichen Eingriff mehr in den Prozess.

Wenn ein Unternehmen ein solches System implementiert, kann der gesamte Produktionsprozess von Anfang bis Ende ohne menschliche Assistenz ablaufen.

Je nach Funktion kommen verschiedene Automatisierungssysteme zum Einsatz:

• Künstliche Neuronale Netze. Mathematische/komputerische Modelle, die neuronale Verbindungen emulieren; ihre Struktur passt sich an Veränderungen je nach Information an. Einsatz: Klassifizierung von Beziehungen, Mustererkennung in Datensätzen – z. B. E-Mail-Spamfilter, Steuerungssysteme, Mustererkennung (Radar), Sprach- und Texterkennung, automatisierte Finanzhandelssysteme.
• Distributed Control System (DCS). Steuerungen sind nicht zentralisiert, sondern im System verteilt, entsprechend dem zu überwachenden Teil. Einsatz: Ampelsteuerung, Raffinerien, Kraftwerke.
• Human-Machine Interface (HMI). Diese Systeme abhängen von menschlichem Eingriff. Beispiele: Computer, Geldautomaten.
• SCADA (Supervisory Control & Data Acquisition). Kann aus anderen Systemen bestehen, z. B. HMI verbunden mit Remote Terminal Units, die Sensorsignale in verständliche Daten übersetzen. System zur vollständigen Steuerung des Fertigungsstandorts und sogar mehrerer Werke. Ähnlich wie DCS; Hauptunterschied: SCADA steuert nicht in Echtzeit. Die Grenze ist jedoch diffus, beide werden oft ähnlich eingesetzt.
• Programmable Logic Controller (PLC). Systeme, die in Echtzeit arbeiten und Maschinen in einer industriellen Fertigungslinie steuern. PLCs sind kleine programmierbare Computer, die Prozesse in Echtzeit steuern und automatisieren. Sie sind für die Steuerung vielfacher Ein- und Ausgänge ausgelegt. Unterschiedliche Anwendungen, da sie die Betriebslogik von Maschinen, Anlagen und industriellen Prozessen steuern.

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