Automatisierung von Fertigungsprozessen

01. Was ist ein Automat?

Ein Automat (griechisch: sich selbst bewegend) ist ein System (Maschine, Einrichtung, Anlage), bei dem nach der Auslösung ein vorprogrammierter Prozess selbstständig abläuft.

02. Welche Zusammenhänge bestehen zwischen der menschlichen Tätigkeit und der Automatisierung in der Fertigung?

1. Das Arbeitssystem umfasst folgende Elemente (→ vgl. A 2.1.3):

   

2. Um ein Betriebsmittel fertigungstechnisch nutzen zu können, müssen folgende Funktionen/Tätigkeiten ausgeführt werden:

   1. Information → Arbeitsplan, technische Zeichnung, Stückliste usw.

   2. Bedienung → Rüsten, Einspannen, Anstellen usw.

   3. Steuerung → Auslösen und Beenden, Abläufe gestalten usw.

   4. Materialver- und -entsorgung → Normteile, Bauteile, Baugruppen usw.

   5. Kontrolle → Überwachung der Maschine und der Fertigungsqualität

Ausgehend von den Zusammenhängen aus A. und B., lassen sich folgende Veränderungen beim Übergang von konventioneller zu flexibler, automatisierter Fertigung herleiten:

03. Welche Vor- und Nachteile sind für den Mitarbeiter mit der Automation der Fertigung verbunden?

04. Welche Vor- und Nachteile sind für den Betrieb mit der Automation der Fertigung verbunden?

05. Wann ist der Einsatz automatisierter Fertigung wirtschaftlich sinnvoll?

• Massenfertigung gleicher Teile

• Großserienfertigung formähnlicher Teile

• Mittelserienfertigung von Teilefamilien bei Komplettbearbeitung

• Kleinserien bei großer Formvielfalt und Komplettbearbeitung.

06. Welcher Automatisierungsgrad ist wirtschaftlich?

Der Grad der Automatisierung einer Anlage lässt sich rechnerisch darstellen, indem die Zahl der automatisierten Funktionen der Anzahl aller Funktionen gegenüber gestellt wird:

$$Automatisierungsgrad = \frac{automatisierte\; Funktionen}{manuelle\; Funktionen + automatisierte\; Funktionen} \cdot 100\; [\%]$$

Mit zunehmender Automatisierung steigen die Anlagenkosten überproportional, die Personalkosten nehmen degressiv ab. Der optimale Grad der Automatisierung ist im Minimum der Gesamtkosten pro Stück realisiert:

07. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Mechanisierung/Automatisierung und Steuerungstechnik?

• Bei der Mechanisierung wird die Muskelarbeit des Menschen durch Vorrichtungen sowie durch pneumatische, hydraulische und elektrische Antriebe (Aktoren) substituiert.

• Die Steuerungstechnik entlastet den Menschen von immer wiederkehrender Gedächtnisleistung. Es werden Weg- und Schaltinformationen gespeichert, verarbeitet und übertragen.

Die folgenden Komponenten sind Voraussetzung für die Einführung der Mechanisierung bzw. Automatisierung:

• Steuerungen, die Weg- und Schaltinformationen für den Fertigungsprozess speichern, verarbeiten und übermitteln

• Antriebe (Aktoren) zur Bewegung von Werkstücken und Werkzeugen im Fertigungsablauf

• Sensoren zur permanenten Überwachung des Fertigungsprozesses

• Hard- und Software zur Steuerung, Regelung und Simulation des Fertigungsprozesses.

08. Welche Einrichtungen an Maschinen und Fertigungssystemen sind automatisierbar?

Verdeutlicht man sich die Ausbaustufen der Automatisierung am Beispiel einer Werkzeugmaschine, so lassen sich folgende Einrichtungen und Prozesse automatisieren: