Automation 11. Okt 2021 Von Martin Ciupek

Damit Menschen nicht arbeiten wie Roboter

Die Steuerungstechnik brachte Fortschritte für die Produktion. Der Mensch spielt aber weiter – bzw. wieder – eine wichtige Rolle.

Flexible Produktion: In der Fabrik der Zukunft gibt es keine Fließbänder. Mobile und stationäre Roboter interagieren miteinander und mit den Menschen. Zu sehen ist das z. B. im Innovationszentrum von Bosch Rexroth in Ulm.
Foto: Bosch Rexroth

Einem Zufall ist es zu verdanken, dass die 100-jährige Geschichte von VDI nachrichten eng mit zehn Jahren Industrie 4.0 verknüpft ist. Auf der Sitzung zum Hermes Award 2001, der regelmäßig während der Hannover Messe von der Deutschen Messe AG vergeben wird, unterhielt sich der damalige Chefredakteur Rudolf Schulze mit den Vätern der Idee: Wolfgang Wahlster (DFKI), Henning Kagermann (acatech) und Wolf-Dieter Lukas (BMBF). So wurde die Idee geboren, das Konzept in einem Beitrag in VDI nachrichten erstmals zu präsentieren.

Nach der Zählweise von Industrie 4.0 standen die Unternehmen bei der Geburtsstunde der VDI nachrichten auf der Ebene 2.0. Nach der Automatisierung durch Webstühle und Verwendung von Dampfenergie (Industrie 1.0) gab es 1921 bereits elektrische Energie, Montagelinien und Massenproduktion. Wenige Jahre zuvor hatte Henry Ford die Fließbandproduktion im Automobilbau eingeführt.

Rationalisierung am Fließband: So sah eine fortschrittliche Produktion im Jahr 1921 aus. Henry Ford hatte sie 1913 im Automobilbau in den USA eingeführt. Später wurde Bandarbeit weltweit zum Standard.
Foto: Ford

Schon vor 100 Jahren spielte Rationalisierung in der Produktion eine Rolle

Auch in Deutschland befasste man sich damals mit Rationalisierung in der Produktion. Mitte 1921 wurde das „Reichskuratorium für Wirtschaftlichkeit in Industrie und Handwerk“ (RKW) gegründet, um den Wettbewerbsvorsprung der USA nach dem 1. Weltkrieg wieder einzuholen. Initiatoren waren das Reichswirtschaftsministerium, der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) und Carl Friedrich von Siemens. Keine 20 Jahre später gründete der Physiker und Kybernetiker Hermann Schmidt in Berlin den Fachausschuss für Regelungstechnik im VDI. Damit wurde der Grundstein für eine einheitliche Nomenklatur in dem damals neuen Fach gelegt.

Die Erfolgsgeschichte der elektrischen Automatisierungstechnik beginnt 1969 mit der ersten verfügbaren Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) in den USA. Mit dem auf Halbleitertechnik basierenden sequenziellen Logiksystem begann schließlich auch der weltweite Siegeszug der Automatisierung, wie wir sie in vielen Industriebetrieben heute kennen. Es ist das Zeitalter von Industrie 3.0.

Computer spielt immer größere Rolle

Im Juli 1974 berichtete VDI nachrichten dazu z. B. unter dem Titel „Fortschrittliche Produktionstechnik – Computer erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit“ vom 18. Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium. Im Beitrag heißt es: „Während sich die Forschungsarbeiten zum Computer-Einsatz früher hauptsächlich auf die Rationalisierung des Fertigungsprozesses konzentrierten, werden heute zunehmend auch Planungs- und Konstruktionsprozesse untersucht.“

Und weiter: „Bei solchen Prozessen ergeben sich häufig Probleme, die nur durch die schöpferische Tätigkeit des Menschen zu lösen sind: Ein Computer übernimmt Routinetätigkeiten wie Berechnen und Zeichnen und fordert an bestimmten, vorprogrammierten Stellen den Benutzer auf, eine Entscheidung zu fällen. Nachdem die Frage beantwortet ist, wird die Problemlösung ‚automatisch‘ weiterverfolgt.“ Die eingesetzten Kleinrechnersysteme arbeiteten damals noch mit Magnetbandkassetten als Speicher. In Deutschland sprach man damals von grafischer Datenverarbeitung.

Computer unterstützt Produktentwicklung und steuert Maschinen

In dieser Zeit kam die computerunterstützte Produktentwicklung unter dem Begriff Computer Aided Design (CAD) auf. Gleichzeitig wurden Maschinen zunächst mit NC-Steuerungen (numerical control) automatisiert und später mit CNC-Technik (computer numerical control). Die Trends in der Produktionsautomatisierung wurden damals noch vorwiegend in den USA und Japan gesetzt, beispielsweise auf der International Machine Tool Show (IMTS) in Chicago. Von der Messe berichtete VDI nachrichten 1974: „In der gesamten amerikanischen Industrie arbeiten heute rund 30 000 NC-Maschinen. Das bedeutet eine Verdoppelung gegenüber 1968 und eine ungefähre Verzehnfachung gegenüber 1964. Etwa 40 Hersteller von NC-Maschinen bieten heute auf dem amerikanischen Markt mehr als 120 Steuerungstypen. Davon sind 30 CNC-Steuerungen, die einen frei programmierbaren digitalen Kleinrechner enthalten.“

Auf dem Internationalen Kongress mit Ausstellung für Messtechnik und Automatik, der Interkama in Düsseldorf, drehte sich 1974 bereits alles darum, wie Messwerte zuverlässig erfasst werden können. Dazu schrieb VDI nachrichten: „Die Interkama zeigte deutlich, dass die Meßtechnik und Automatisierungstechnik als Niederschlag eines multidisziplinären Erfahrungsschatzes aufgefasst werden muss.“ Für den Autor ließen die zahlreichen Exponate klar erkennen, dass sich hier sowohl in methodischer als auch in technischer Hinsicht eine schnelle Entwicklung vollzogen hatte.

Industrieroboter zogen in die Fertigung ein

Parallel dazu entwickelten sich auch die Industrieroboter. Zwar hatte es schon Ende der 1950er-Jahre erste mechanische Manipulatoren gegeben – insbesondere die USA und Japan gaben hier anfangs den Takt vor. Doch der Siegeszug der Robotik in Europa begann erst in den 1970er-Jahren. Zunächst stellte 1973 der deutsche Roboterpionier Kuka den weltweit ersten Sechsachsroboter mit elektromechanischen Antrieben vor. Ein Jahr später zog der schwedische Hersteller ASEA (heute ABB) nach.

Im November 1974 schrieb VDI nachrichten: „Industrie-Roboter sind in den letzten Jahren zu einem wesentlichen Element der Automatisierung geworden. Diese Geräte haben gegenüber konventionellen Handhabungsautomaten eine frei programmierbare Steuerung.“ Weiter hieß es: „Von den derzeit bekannten Robotertypen sind weltweit die meisten in Japan realisiert worden. Industriebetriebe und Forschungseinrichtungen arbeiten an der Entwicklung von Steuerungssystemen und flexiblen Greifeinrichtungen und untersuchen systematisch das Betriebsverhalten der Geräte.“ Bis heute hat der letzte Satz Gültigkeit, wenn auch auf einer inzwischen deutlich höheren Entwicklungsebene.

Computergestützte Tätigkeiten werden zusammengeführt

Ähnliches gilt für das Computer Integrated Manufacturing – kurz CIM. Nachdem der Gedanke, die einzelnen computerunterstützten Tätigkeiten – CAD für die Konstruktion, CAM für die Fertigungssimulation und NC für die Fertigung – zusammenzuführen bereits in den 1970er-Jahren erstmals formuliert wurde, brauchte es bis Anfang der 1990er-Jahre bis darüber in der Praxis intensiv diskutiert wurde.

Im April 1991 berichtete VDI nachrichten zur Industriemesse in Hannover: „In diesem Jahr soll die Praxis dominieren, auf die mehr theoretischen CIM-Darstellungen in Halle 18 wird verzichtet: Der Messeplatz Hannover versteht sich als Treffpunkt auch für CIM-Praktiker.“

In derselben Ausgabe wurden aber auch schon die Probleme der rein technologiegetriebenen Entwicklung deutlich. „Es ist noch nicht allzu lange her, da wurden auch auf der Hannover-Messe Industrie die Erfolgschancen von CIM-Konzepten vornehmlich nach Kapazitäten der eingesetzten Rechner beurteilt. Enttäuschte Hoffnungen auf traumhafte Rationalisierungserfolge verschaffen jetzt einer fast vergessenen Produktivkraft zu neuer Reputation: qualifizierter menschlicher Arbeit.“ Deshalb kam auch die Frage auf: Ist CIM tot?

Tatsächlich lebte zwar der Gedanke der effizient und durchgängig vernetzten Konstruktion und Produktion weiter, aber für viele Praktiker war CIM bald kein Thema mehr. Der Grund dafür war neben unzureichenden technischen Möglichkeiten bei der Datenverarbeitung und -kommunikation auch, dass die Menschen in den Werken nicht ausreichend in den Veränderungsprozess einbezogen wurden.

Industrie 4.0, Smart Factory und Internet der Dinge

Seit 2011 gibt es nun wieder einen erfolgversprechenderen Ansatz, der sich aus dem Konzept von Industrie 4.0 entwickelt hat. Experten sprechen alternativ auch von der Smart Factory und dem Industrial Internet of Things. Das Werkzeugmaschinenlabor (WZL) in Aachen hat zudem den Begriff des Internet of Production für sich definiert. Auf dem inzwischen 40. Aachener Werkzeugmaschinen Kolloquium war das vorigen Monat wieder Thema für zahlreiche Fachbesucher. Internettechnologien wie das Cloud- und Edge-Computing sollen künftig einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, dass Produktion umweltfreundlicher und Produkte nachhaltiger werden.

Vernetzung über alle Ebenen

An vielen Orten ist inzwischen zu sehen, dass die heutigen technischen Möglichkeiten eine durchgängige Vernetzung von Produktentwicklung, Produktionsplanung, Produktion und sogar Logistik erlauben. Beispiele dafür sind im kürzlich von Bosch Rexroth in Ulm eröffneten Kunden- und Innovationszentrum zu finden und in der vorigen Ausgabe von VDI nachrichten vorgestellten Gemeinschaftsprojekt SINA, das Produktion und Logistik vernetzt. Unternehmen arbeiten gemeinsam an einheitlichen Standards und Lösungen.

Auch bei den Robotern gibt es aktuell einen Entwicklungsschub. Etablierte Hersteller arbeiten ebenso wie Start-ups an Maschinen, die mit den Menschen direkt oder zumindest in einem gemeinsamen Arbeitsraum interagieren. Methoden der künstliche Intelligenz helfen ihnen dabei. Auch deshalb drängen gerade zunehmend Technologiekonzerne wie Amazon, Google-Mutter Alphabet und Tesla in den Markt für Roboter.

Tags: Fertigungstechnik, Industrie 4.0, Maschinenbau, Netze - Internet der Dinge, Sensorik, Software

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