Manche Begriffe hört man immer wieder, ohne genau zu wissen, was dahinter steckt. Automatisierungstechnik ist ein solcher Begriff. Was bedeutet Automatisierungstechnik und was steckt dahinter? Die Automatisierung von Prozessen ist eine wunderbare Sache, die in allen Lebensbereichen immer stärker Einzug hält. Sie macht uns das Leben oft leichter und ermöglicht uns wesentlich produktiver zu sein. Dabei ist die Automatisierungstechnik schon sehr alt. Schon unsere Vorfahren haben sich das Leben mit verschiedenen Konstruktionen leichter gemacht.
Antike Automaten
Heron von Alexandria lebte zwischen 200 und 100 v.Chr. in Griechenland. Der Mathematiker und Ingenieur entwarf aufwändige Maschinen, die damals sicherlich für Staunen sorgten. Im Tempel baute er eine Konstruktion, die die Tempeltore automatisch öffnete, sobald das Feuer entfacht wurde. Unter dem Feuer befand sich ein Behälter, der zur Hälfte mit Wasser gefüllt war. Erhitzte sich die Luft, wurde das Wasser verdrängt. Es floss in einen zweiten Behälter, der über Rollen und Ketten die Tore öffntete. Erlosch das Feuer und kühlte damit die Luft ab, sorgte der Unterdruck dafür, dass sich die Tore wie von Götterhand wieder schlossen.
Definition Automatisierungstechnik
Damit war Heron von Alexandria wohl einer der ersten Automatisierungstechniker. Automatisierungstechnik wird in der DIN 19223 wie folgt definiert:
Automatisierung heißt, künstliche Mittel einsetzen, damit ein Vorgang automatisch abläuft. Bei einer Anlage bedeutet dies, sie mit Automaten so auszurüsten, damit sie automatisch arbeitet.
Ein Automat ist ein künstliches System, das selbsttätig ein Programm befolgt. Aufgrund des Programms trifft das System Entscheidungen, die auf der Verknüpfung von Eingaben mit den jeweiligen Zuständen des Systems beruhen und Ausgaben zur Folge haben.
DIN 19223 – Definition Automatisierung und Definition Automat
Diese Definition trifft auf die Konstruktion von Heron zu. Er hat die Anlage, also das Tor des Tempels, mit einem Automaten ausgerüstet. Ein künstliches System bestehend aus zwei Wasserbehältern, Ketten und Umlenkrollen. Die Eingabe entspricht dem Entfachen des Feuers. Der Zustand des Systems ist die Temperatur der Luft, bzw. die Verteilung des Wassers. Die Ausgabe ist die Kraft, die auf die Tore wirkt, um sie zu öffnen und zu schließen.
Wo beginnt Automatisierung
Gemäß dieser Definition ist Automatisierung einerseits ein sehr breites Betätigungsfeld. Andererseits gibt es zwei Dinge, die ein Automatisierungssystem ausmachen. Einerseits muss es sich um künstliche Mittel handeln, die eingesetzt werden. Andererseits muss der Ablauf selbsttätig ablaufen. Sind diese beiden Voraussetzungen erfüllt, spricht man von Automatisierungstechnik. Ein solches System erhält Material und Informationen. Außerdem wird Energie zugeführt. Als Ergebnis gibt das Automatisierungsystem das Endprodukt aus. Allerdings werden auch Informationen gesammelt und vom System wieder verwertet. Es kontrolliert sich also mit Hilfe von Sensoren selbst.
Geschichte der Automatisierung
Die Entwicklung der Automatisierung hat ihren Ursprung in der Antike. Schon immer hat der Mensch Maschinen entworfen, die Abläufe automatisiert haben. Mit der Erfindung der Dampfmaschine und der Industrialisierung hat die Automatisierungstechnik aber Fahrt aufgenommen. Aus manuellen Prozessen wurden teilautomatische Abläufe. Menschen arbeiteten an Maschinen. Sie bedienten sie, führten also Informationen, aber auch den Rohstoff zu. Die Arbeit an solchen Maschinen war gefährlich. Wurden sie falsch bedient, kam es zu schweren Verletzungen. Daher haben die Menschen mit der Zeit immer mehr Abstand zu den Gefahrenbereichen eingehalten. Die Zufuhr der Rohstoffe erfolgt heute automatisch und die Maschinen müssen heute auch nicht mehr manuell gesteuert werden. Computer verwerten die Daten aus den Sensoren und folgen dem Programm.
Ziele der Automatisierungstechnik
Die Automatisierungstechnik verfolgt heute im Wesentlichen drei Ziele.
Rationalisierung
Eine Maschine ist in der Tätigkeit, für die sie gebaut wurde, wesentlich schneller, als ein Mensch. So ist eine autmatische Produktion auf jeden Fall billiger, als manuelle Fertigung. Zwar sind die Anschaffungskosten für die Automaten hoch, dafür entfallen aber Lohnkosten.
Qualitätssteigerung
Die Präzision eines Automaten ist deutlich höher, als die eines Menschen. Außerdem kann man davon ausgehen, dass die Maschine eine Tätigkeit jedesmal exakt gleich ausführt. Während ein Mensch abgelenkt, oder müde sein kann, bringt ein Roboter beispielsweise einen Metallteil immer exakt in dieselbe Position. So ist eine gleichbleibende Qualität und weniger Ausschuss gewährleistet.
Sicherheit
Ebenfalls im Fokus der Automatisierungstechnik ist die Sicherheit. Zahlreiche Sensoren verhindern beispielsweise, dass ein Roboterarm gegen einen Menschen stößt, der ihm zu nahe kommt.
Anwendungen
Für moderne Automatisierungstechnik gibt es heute zahlreiche Anwendung. Grundsätzlich ist jeder Ablauf automatisierbar. Ob sich der Einsatz von Automaten aber wirtschaftlich abbilden lässt hängt von einigen Faktoren ab. Besonders gut sind Automaten darin, monotone, präzise Aufgaben zu erledigen. Punktschweißen, oder das Bohren von Löchern sind solche Aufgaben. Mit hoher Präzission kann die Maschine etliche Vorgänge nacheinander ausführen, ohne eine Fehler zu machen. Solange die Qualität des Rohstoffs gleich ist, wird auch das Ergebnis immer dasselbe sein. Ein weiterer wichtiger Faktor für die Automatisierung ist die Menge. Geht es nur um eine Handvoll Produkte, wird die Automatisierung gegenüber dem Menschen teurer sein. Der Grund dafür ist die Flexibilität des Menschen.
Flexibilität
Ein Mensch ist in der Lage auch die komplexesten Problemstellungen zu lösen. Mit dem richtigen Werkzeug ist er in der Lage verschiedenste Tätigkeiten auszuüben. Ein Automat wird für eine bestimmte Tätigkeit gestaltet. Ist er mit einem Bohrer ausgestattet, dann kann er Löcher bohren. Schweißen, oder Sägen kann er nicht. Zwar arbeiten Roboter heute nach Computerprogrammen und können innerhalb weniger Stunden auf eine neue Tätigkeit eingestellt werden, aber seine Möglichkeiten sind trotzdem beschränkt. Nicht in jedem Fall ist ein hoher Automatisierungsgrad möglich und oft ist er auch nicht sinnvoll. Immer dann, wenn die Art, oder die Qualität des Rohstoffs, also des Materials mit der der Automat arbeiten muss, schwankt, wird das System teuer.
Natur
So ist es schwierig die Arbeit mit Früchten zu automatisieren. Äpfel können beispielsweise ganz unterschiedliche Größen haben. Eine Maschine zu bauen, die zuverlässig jeden Apfel entkernt ist möglich, aber aufwändig. Auch wenn die Anlage nicht nur Äpfel, sondern auch Birnen und Pflaumen entkernen soll, wird es immer komplexer. Je mehr die Aufgabe abgegrenzt ist und je einheitlicher die Handgriffe sind, umso besser lassen sie sich automatisieren. Allerdings gibt es auch dafür eine Lösung. Die Zusammenarbeit der Maschinen erleichtert allen die Arbeit. Betreibt man eine Anlage zum Entkernen jeder Art von Steinobst, dann baut man keine einzelne Maschine, die jede Frucht entkernt. Man entwirft für jede Frucht eine eigene Maschine und setzt an den Beginn der Produktion eine zusätzliche Maschine.
Zusammenarbeit
Wenn am Beginn ein Automat eingesetzt wird, der die Früchte sortiert und die Birnen zum Birnenentkerner schickt und die Äpfel zur Maschine für die Äpfel, dann wird es einfacher. Setzt man dann noch eine weitere Maschine vor die eigentlichen Entkerner, dann kann diese beispielsweise die Birnen alle in die gleiche Richtung drehen. Übergroße und zu kleine Früchte können aussortiert werden und den eigentlichen Vorgang so unkompliziert wie möglich machen. Durch das Aneinanderreihen von Maschinen kann ein einziger Vorgang in viele kleine Einzelschritte zerlegt werden. So kann auch eine sehr komplexe Aufgabe automatisiert werden. Zwar steigen die Kosten, aber das Einsparungspotential ist bei komplizierten Tätigkeiten auch sehr hoch. So kann auch in diesem Fall Automatisierungstechnik eine Einsparung und Qualitätssteigerung bringen.
Automatisierung im Alltag
Unser Alltag ist mittlerweile voller Automaten. Maschinen, die für eine bestimmte Aufgabe gebaut und darauf optimiert wurden. So sind beispielsweise Rasenmäher Roboter mittlerweile weit verbreitet. Sie sind ein gutes Beispiel für die Möglichkeiten der Automatisierungstechnik. Der Begrenzungsdraht und bei manchen Modellen auch ein Protokoll von GPS-Koordinaten sind die Eingabe des Rasenroboters. Die verschiedenen Muster, nach denen die Fläche abgefahren wird enstprechen dem Programm. Die Informationen, wie eben die Position, oder ein Regensensor fließen wieder als Eingabe des Programms in den Prozess ein. So wird der Rasen effizient und gleichmäßig gemäht. Ein Paradebeispiel für Automatisierungstechnik.
Fluch, oder Segen?
Die Automatisierung in der industriellen Fertigung hat zahlreiche Arbeitsplätze überflüssig werden lassen. Allerdings sind in erster Linie Arbeitsplätze mit einfachen Tätigkeiten betroffen. Aufgaben, die ungelernte Kräfte leicht verrichten können. Oft sind es Arbeiten, die dem Menschen schaden würden. Die Maschine ist nicht anfällig für Verschleiß, oder Schadstoffe in der Luft. Für den Menschen bedeutet das, dass einige Arbeitsplätze wegfallen. Dafür steigt der Bedarf an Fachkräften. Die Maschinen müssen programmiert, gesteuert und gewartet werden. Die eigene Ausbildung wird zunehmend wichtig. Während die Maschinen die anstrengenden und gefährlichen Arbeiten verrichten, steuert und plant der Mensch.
Chancen
Eine gute Aufgabenteilung, die Automatisierungstechnik zu einem echten Segen für die Menschheit macht. Aber nicht nur die Individuen verdanken der Automatisierung einen weniger anstrengenden Arbeitsalltag. Auch die Menschheit insgesamt ist nur dank der Automaten da, wo sie jetzt ist. Viele Produkte lassen sich mit manueller Arbeit nicht, oder zumindest nicht in der benötigten Menge herstellen. Elektronik, die unser Leben erleichtert, ist nur dank der hohen Präzision von Robotern möglich. Im Alltag lässt sich Hausautomatisierung und das Internet of Things nur dank dieser Elektronik umsetzen. Maschinen und Automatisierungstechnik ermöglichen der Menschheit große Projekte umzusetzen und effizient große Mengen zu produzieren. So bereichert sie unser Leben und ist zu einem großen Teil für unseren Luxus verantwortlich.
