Industrielle Automation – Produktionsautomatisierung

1. Einführung in die Automatisierung
2. Zusammenhang zwischen der Fabrikautomatisierung und Industrie 4.0
3. Automatisierung im Bereich der Produktion
4. Trends und Forschung am IPH

Einführung in die Automatisierung

Nach DIN 19233 ist die Automatisierungstechnik dadurch gekennzeichnet, dass man künstliche Mittel einsetzt, um einen Prozess selbstständig ablaufen zu lassen. Ferner steht im elektrotechnischen Wörterbuch DIN IEC 60050-351: Als „selbsttätig/automatisch" werde ein Prozess oder eine Einrichtung bezeichnet, der oder die unter festgelegten Bedingungen ohne menschliches Eingreifen abläuft oder arbeitet.

Schon im antiken Griechenland nutzte man naturwissenschaftliche Kenntnisse und entwarf erste Automaten, wie zum Beispiel die sich selbst öffnenden Tempeltüren von Alexandria oder der Weihwasserautomat, entwickelt von Heron von Alexandria.

Die Idee der Automatisierung ist also keineswegs neu, ihr Inhalt hat sich jedoch im Laufe der Zeit stark verändert. Zu Beginn, in der ersten Phase der Automatisierung, befasste man sich mit der Mechanisierung eines Prozesses. Seit dem Anfang des letzten Jahrhunderts rückte der Gebrauch von Elektrizität und den Kenntnissen aus der Elektrotechnik und Elektronik in den Vordergrund. Dies war die zweite Phase der Automatisierung. Heute, in der dritten Phase, rückt zunehmend die Rechen- und Informationstechnik in den Mittelpunkt, welche eine Digitalisierung des Produktentstehungs- und Produktionsprozesses bewirkt.

Zusammenhang zwischen der Fabrikautomatisierung und Industrie 4.0

Der Begriff „Industrie 4.0" entspringt dieser Phaseneinteilung. Denn die vierte Phase, als Erweiterung zur dritten, beschreibt die momentane Entwicklung hin zu cyber-physischen Systemen in einer automatisierten und digitalisierten Industrie. Damit ist keine klassische Fabrikautomatisierung gemeint, die die Massenfertigung gleichartiger Produkte erlaubt, sondern eine selbstorganisierte Produktion, in der intelligente und (teil-)autonome Größen interagieren und die Vorzüge der Großserienproduktion mit der Herstellung stark individualisierter Produkte verbindet.

Automatisierung im Bereich der Produktion

Eine Grundlage bei der Umsetzung der Industrie 4.0 ist die weitgehende Automatisierung der Produktion. Unter der Produktionsautomatisierung versteht man eine angewandte technische Wissenschaft als Teilgebiet der Produktionstechnik. Durch die Produktionstechnik werden die Herstellung von Produkten und die Gewinnung technisch nutzbarer Energien ermöglicht. Dabei unterscheidet man zwischen der Verfahrenstechnik (Erzeugung formloser Produkte wie Granulaten, Pulvern, Flüssigkeiten usw.), der Fertigungstechnik (Herstellung von geometrisch definierten Werkstücken) und der Energietechnik (Umwandlung, Transport und Speicherung von Energieformen). Eine weitere Basis für die Industrie 4.0 bildet die Informationstechnik. Hierbei geht es um die Generierung und Auswertung von Informationen, die z. B. während Produktions- oder Messprozessen gesammelt werden.

Die sogenannte Automatisierungspyramide stellt die generelle Kommunikationsstruktur einer automatisierten Produktion dar:

Im Fokus steht die Automatisierung der Prozesse Produktentwicklung, Produktionsplanung und Produktion. Dabei stehen folgende Ziele im Vordergrund:

• Erhöhung der Produktivität
• Flexiblere Fertigung
• Kürzere Fertigungszeiten
• Erleichterung der menschlichen Arbeit
• Kostensenkung
• Qualitätssteigerung

Zur Ergänzung und/oder Ersetzung menschlicher Fähigkeiten oder Tätigkeiten werden technische Einrichtungen zwischen Mensch und Maschine geschaltet, womit ein autonomerer Produktionsprozess ermöglicht wird. Die technischen Einrichtungen kommen aus den Bereichen der Sensor-/Aktor-, Regelungs-, Steuerungs-, Informations-, Kommunikations-, Leit- und/oder Robotertechnik.

Abgesehen von Manufakturbetrieben, in denen nur eine Teilautomatisierung implementierbar ist, können sämtliche Branchen von einem Ausbau der Produktionsautomatisierung und deren Vorteilen profitieren. Als Beispiele seien einige Branchen mit viel Automatisierungspotenzial aufgelistet:

• Fahrzeugindustrie
• Maschinen- und Anlagenbau
• Lebensmittelindustrie
• Medizintechnik
• Chemie- und Pharmaindustrie

Trends und Forschung am IPH

Der Einsatz fahrerloser Transportsysteme (FTS), additive Fertigung und die praktische Anwendung von virtueller Realität stellen die aktuellen Trends im Bereich der Produktionsautomatisierung dar. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH forscht unter anderem zu einem System, das sofort auf Betriebsstörungen in FTS reagieren kann. Außerdem ist das IPH Teil des Kompetenzzentrums Niedersachsen ADDITIV, das durch Kooperationen Synergieeffekte im Bereich der Forschung und Anwendung von 3D-Druck-Technik erzielt.

In anderen Forschungsprojekten im Bereich der Produktionsautomatisierung entwickeln die Wissenschaftler am IPH beispielsweise einen Prüfstand, der auch angetriebene Tragrollen überprüfen kann. Ferner forschen sie zu einem kamerabasierten Evaluationssystem, das in der Lage ist, unergonomische Arbeitsweisen zu erkennen und zukünftig auch Verbesserungen vorzuschlagen könnte. Produktionsautomatisierung kommt auch in der Planung neuer Fabrikanlagen zum Einsatz: Dort forscht das IPH daran, eine bestehende Fabrikanlage vollautomatisiert mithilfe einer Drohne scannen und in 3D abbilden zu lassen.

Durch all diese und viele weitere praxisnahen Forschungsprojekte ist das IPH Experte im Bereich der Produktionsautomatisierung. Das Repertoire ist dabei breit gefächert. Das IPH ist daher auch ein idealer Beratungsdienstleister und -anbieter im Bereich der Produktionsautomatisierung. Die Stärke des Instituts resultiert aus der Interdisziplinarität – zum Beispiel durch die Verknüpfung mit der Logistik und der Prozesstechnik oder mit anderen Instituten wie dem Laser Zentrum Hannover. Dank einer systematischen Arbeitsweise und der fachlichen Expertise kann das IPH Unternehmen bei der Industriellen Automation beziehungsweise Automatisierung ihrer Produktion beraten und unterstützen.