Industrielle Automatisierung

Unter industrieller Automatisierung (engl.: industrial automation) versteht man die automatisierte Steuerung, Regelung und Überwachung technischer Prozesse in der industriellen Produktion – ohne oder mit nur minimalem menschlichem Eingriff. Ziel ist es, Arbeitsabläufe effizienter, schneller, präziser und wirtschaftlicher zu gestalten. Typische Beispiele sind automatisierte Fertigungsstraßen, robotergestützte Montageprozesse oder vollautomatisierte Verpackungsanlagen.

Kern der Automatisierung sind Steuerungs- und Regelungssysteme, die mithilfe von Sensoren, Aktoren und Softwarelösungen Abläufe selbstständig durchführen. Dies reicht von einfachen Maschinensteuerungen bis hin zu komplexen, vernetzten Systemen in Großanlagen.

Unterschied zur Digitalisierung / Industrie 4.0

Häufig werden Begriffe wie Automatisierung, Digitalisierung und Industrie 4.0 synonym verwendet – dabei handelt es sich um unterschiedliche, wenn auch eng verknüpfte Konzepte:

• Automatisierung in der Industrie konzentriert sich auf die technische Umsetzung automatisierter Prozesse, meist innerhalb physischer Produktionssysteme.
• Digitalisierung bezeichnet die Überführung analoger Prozesse in digitale Formate – z. B. durch digitale Datenerfassung oder papierlose Produktionsplanung.
• Industrie 4.0 geht einen Schritt weiter: Sie vernetzt Maschinen, Produkte und Menschen durch digitale Technologien wie das Industrial Internet of Things (IIoT), Cloud-Plattformen oder künstliche Intelligenz, um eine intelligente, selbstorganisierende Produktion zu ermöglichen.

Während Industrie 4.0 ohne Automatisierung nicht denkbar ist, kann Automatisierung auch ohne digitale Vernetzung bestehen – etwa in Form klassischer SPS-gesteuerter Maschinen.

Relevanz für die moderne Industrie

In Zeiten globaler Konkurrenz, steigender Qualitätsansprüche und Fachkräftemangel gewinnt die industrielle Automatisierung weiter an Bedeutung. Sie ermöglicht:

• Höhere Produktivität bei gleichbleibender oder verbesserter Qualität
• Reduktion von Fehlerquellen durch standardisierte Abläufe
• Bessere Planbarkeit und Skalierbarkeit in der Fertigung
• Entlastung von Mitarbeitenden bei repetitiven, gefährlichen oder unergonomischen Tätigkeiten

Für Unternehmen ist die Automatisierung nicht nur eine Frage der Effizienz, sondern auch ein strategischer Wettbewerbsfaktor – insbesondere in Industriebranchen mit hohen Anforderungen an Präzision, Geschwindigkeit und Rückverfolgbarkeit.

Die Automatisierungstechnik ist ein Teilbereich der Ingenieurwissenschaften, der sich mit der Automatisierung von Maschinen, Anlagen und technischen Prozessen befasst. Ihr Ziel ist es, Abläufe so zu gestalten, dass sie mit möglichst geringem menschlichem Eingriff ablaufen – zuverlässig, effizient und wiederholbar.

Typische Einsatzbereiche sind industrielle Fertigungsprozesse, Förderanlagen, Prüftechnik oder auch Gebäudeautomation. Die Automatisierungstechnik nutzt dabei eine Kombination aus Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR-Technik), um gewünschte Prozessabläufe exakt umzusetzen.

Wichtige Begriffe und Definitionen der Automatisierungstechnik

Um die Automatisierungstechnik fundiert zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf zentrale Begriffe und Definitionen, die in der industriellen Praxis regelmäßig verwendet werden:

• Automatisierung bezeichnet den Prozess, bei dem manuelle oder menschliche Eingriffe durch technische Systeme ersetzt, ergänzt oder überwacht werden. Ziel ist es, Abläufe effizienter, fehlerfreier und reproduzierbar zu gestalten – sei es in der Fertigung, Logistik oder Prozessindustrie.
• Der Automatisierungsgrad gibt an, wie hoch der Anteil automatisierter Arbeitsschritte in einem Gesamtprozess ist. Ein hoher Automatisierungsgrad – etwa 100 % bei einer vollautomatisierten Produktionslinie – bedeutet, dass nahezu alle Abläufe ohne manuelle Eingriffe ablaufen. Teilautomatisierte Prozesse dagegen kombinieren automatisierte Schritte mit menschlicher Kontrolle oder Bedienung.
• Eine Steuerung ist ein technisches System, das definierte Eingangsgrößen verarbeitet und daraus feste Reaktionen ableitet – ganz ohne Rückmeldung über den tatsächlichen Ausgangszustand. Beispiel: Ein Förderband wird gestartet, wenn ein Schalter betätigt wird, ohne dass das System prüft, ob das Band tatsächlich läuft.
• Eine Regelung hingegen beinhaltet eine Rückkopplung: Eine Größe (z. B. Temperatur, Druck oder Drehzahl) wird gemessen und laufend mit einem Sollwert verglichen. Weicht die Ist-Größe ab, wird automatisch eine Korrektur vorgenommen. Typisch sind Heizsysteme oder Drehzahlregler, die sich kontinuierlich selbst anpassen.

Komponenten der Automatisierungstechnik

Ein automatisiertes System besteht immer aus einer Kombination technischer Komponenten, die nach dem Prinzip "Messen – Entscheiden – Handeln" zusammenarbeiten. Zu den zentralen Elementen gehören Sensoren, Aktoren und Steuerungen.

Sensoren sind die "Sinnesorgane" der Automatisierung. Sie erfassen physikalische Größen wie Temperatur, Druck, Füllstand, Lichtstärke, Abstand, Geschwindigkeit oder Drehmoment. Dabei wandeln sie diese analogen oder digitalen Signale in Daten um, die von Steuerungen interpretiert werden können. Moderne Industriesensoren bieten nicht nur hohe Präzision, sondern auch zusätzliche Funktionen wie Selbstdiagnose, Kalibrierung oder Kommunikation über Feldbus- oder IO-Link-Schnittstellen.

Aktoren sind die "ausführenden Organe" im Automatisierungssystem. Sie setzen Steuerbefehle in mechanische Bewegungen oder andere physikalische Reaktionen um. Dazu zählen Elektromotoren, Magnetventile, Hydraulik- und Pneumatikantriebe, Heizelemente oder Stellglieder. Während Sensoren Informationen liefern, sorgen Aktoren für die aktive Veränderung des Prozesses – z. B. das Öffnen eines Ventils, das Verstellen einer Maschine oder das Sortieren eines Werkstücks.

Steuerungen übernehmen die "Gehirnfunktion" im System. Sie verarbeiten die Signale der Sensoren, führen vorprogrammierte Logiken aus und senden entsprechende Befehle an die Aktoren. Die bekannteste Form ist die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) – ein robuster, industrietauglicher Computer, der sich flexibel programmieren und in bestehende Anlagen integrieren lässt. Je nach Komplexität können auch Industrie-PCs, Mikrocontroller oder dezentrale Steuerungssysteme eingesetzt werden. Moderne Steuerungen kommunizieren zunehmend über industrielle Netzwerke (z. B. PROFINET, EtherCAT) und bieten Schnittstellen zu übergeordneten IT-Systemen oder Cloud-Plattformen.

Das harmonische Zusammenspiel dieser drei Komponenten bildet das technische Fundament jeder industriellen Automatisierung – von der einfachen Maschinensteuerung bis zur vernetzten Fertigungsstraße.

Die industrielle Automatisierung in der Fertigung ist ein zentrales Element moderner Produktionsprozesse. Ziel ist es, Abläufe effizient, wiederholgenau, sicher und wirtschaftlich zu gestalten – vom Einzelteil bis zur Serienproduktion. Dabei kommen unterschiedliche Automatisierungskonzepte und -technologien zum Einsatz, je nach Branche, Produkt und Anforderungsprofil.

Verpackungstechnik

Automatisierte Verpackungsprozesse sind ein essenzieller Bestandteil vieler Produktionslinien – insbesondere bei hohen Stückzahlen. In diesen Systemen übernehmen Maschinen das Zuführen, Positionieren, Einlegen, Verschließen und Etikettieren von Produkten.

Zum Einsatz kommen dabei unter anderem Sensoren zur Objekterkennung, Servoantriebe für präzise Bewegungsabläufe, Schrittmotoren, Etikettendrucker, Vakuumgreifer, Förderbänder und Lichtschranken zur Überwachung. Besonders in der Lebensmittel-, Pharma- oder Konsumgüterindustrie spielt eine kontaminationsfreie und hygienische Ausführung eine zentrale Rolle. Moderne Verpackungslinien lassen sich über SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen) steuern und in ein zentrales Leitsystem (z. B. SCADA) integrieren, um Betriebsdaten auszuwerten oder Wartungen zu planen.

Montagetechnik

In der Montage automatisieren Roboterarme, Pick-and-Place-Systeme oder elektronische Schraubsysteme präzise Arbeitsschritte wie das Fügen, Schrauben, Löten oder Kleben von Komponenten.

Insbesondere in der Automobilindustrie und Elektronikfertigung kommen hier Positioniersensoren, Drehmomentsensoren, induktive Näherungsschalter, Greifmodule, Lineareinheiten, Schraubersteuerungen und optische Prüfkameras zum Einsatz. Die Prozesssicherheit wird durch den Einsatz von Prozessdatenüberwachung, HMI-Panels (Human Machine Interface) sowie Safety-Komponenten wie Lichtvorhängen und Not-Aus-Schaltern gewährleistet. Für kleinere und mittelständische Betriebe sind teilautomatisierte Montagearbeitsplätze mit kollaborierenden Robotern (Cobots) eine effiziente Lösung, um Produktivität und Ergonomie zu verbessern.

Fördertechnik

Automatisierte Fördertechnik verbindet einzelne Bearbeitungsschritte zu einem kontinuierlichen Produktionsfluss. Sie sorgt für den Transport von Rohmaterialien, Werkstücken und fertigen Produkten – oft über mehrere Stationen hinweg.

Zu den typischen Komponenten zählen Motorrollen, Frequenzumrichter, Förderbänder, Rollenbahnen, Positionssensoren, Drehgeber, Hubtische, Pufferstrecken, Barcode-Scanner sowie Steuerungskomponenten wie Relais oder IO-Module. Moderne Systeme nutzen zusätzlich RFID-Technologie zur Nachverfolgung oder setzen fahrerlose Transportsysteme (FTS) ein, die über Laserscanner, 3D-Kameras und WLAN-Kommunikation gesteuert werden. Eine zentrale Steuerung über SPS oder industrielle IPCs sorgt für die Synchronisation mit übergeordneten Anlagen wie Robotikzellen oder Verpackungseinheiten.

Die industrielle Automation basiert auf einer Vielzahl spezialisierter Technologien und Systeme, die je nach Branche, Anforderung und Automatisierungsgrad zum Einsatz kommen. Im Folgenden stellen wir vier der wichtigsten Technologien vor, die das Rückgrat moderner Automatisierungslösungen bilden.

SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen)

Die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) ist das Herzstück vieler Automatisierungsanlagen. Sie ersetzt klassische verdrahtete Steuerungen durch ein programmierbares System, das flexibel auf verschiedene Anforderungen angepasst werden kann. Typische Aufgaben der SPS sind das Verarbeiten von Eingangssignalen, das Steuern von Aktoren und das Überwachen von Prozesszuständen.

SPS-Systeme bestehen meist aus einer CPU, Ein- und Ausgangsmodulen, Kommunikationsschnittstellen und einem Programmiergerät. Sie werden mit standardisierten Sprachen wie IEC 61131-3 (z. B. KOP, FUP, AWL) programmiert. Hersteller wie Siemens, Beckhoff, WAGO oder Mitsubishi Electric bieten SPS-Lösungen für verschiedenste Einsatzbereiche – von kompakten Steuerungen für einfache Maschinen bis zu hochvernetzten Steuerungen in komplexen Produktionslinien.

SCADA-Systeme

SCADA steht für Supervisory Control and Data Acquisition und bezeichnet ein System zur Überwachung und Steuerung großer technischer Anlagen. SCADA-Systeme ermöglichen es, Prozesse zu visualisieren, Betriebsdaten zu erfassen und in Echtzeit auf Störungen oder Veränderungen zu reagieren.

In einem typischen SCADA-System werden Daten von Sensoren und Steuerungen über ein Netzwerk an eine Leitwarte oder ein HMI (Human Machine Interface) übertragen, wo Bediener den Prozess überwachen und eingreifen können. SCADA ist besonders wichtig in der Wasserwirtschaft, Energieversorgung, Gebäudetechnik oder chemischen Industrie, wo viele dezentrale Prozesse koordiniert werden müssen.

Komponenten eines SCADA-Systems sind unter anderem:

• Bedienoberflächen (HMI)
• Historien- und Alarmmanagement
• Netzwerkkommunikation (z. B. OPC UA, Modbus, Profibus)
• Datenarchivierung und Berichterstattung

Robotik & CNC

Industrieroboter und CNC-Systeme (Computerized Numerical Control) sind elementare Bestandteile vieler automatisierter Fertigungsprozesse. Sie ermöglichen hochpräzise, wiederholbare Bewegungen bei hoher Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit.

• Industrieroboter kommen z. B. in der Montage, Lackierung, Schweißtechnik oder Palettierung zum Einsatz. Sie lassen sich flexibel programmieren und mit unterschiedlichen Werkzeugen ausstatten (z. B. Greifer, Schweißköpfe, Sauger).
• CNC-Maschinen steuern automatisiert Werkzeugmaschinen wie Fräsen, Drehbänke oder Bohrwerke. Sie erhalten ihre Anweisungen aus CAD-/CAM-Systemen und führen Bearbeitungsschritte mit höchster Präzision aus.

Moderne Roboter- und CNC-Systeme lassen sich über Schnittstellen mit SPS, MES oder ERP-Systemen vernetzen – und ermöglichen so eine vollständig integrierte Produktion.

Manufacturing Execution Systems (MES)

Ein MES (Manufacturing Execution System) verbindet die Welt der Automatisierung mit der Unternehmens-IT. Es dient als Bindeglied zwischen dem ERP-System und der Produktionsebene und sorgt dafür, dass Planungsdaten in konkrete Produktionsprozesse übersetzt werden.

Typische Aufgaben eines MES sind:

• Auftragssteuerung und Feinplanung
• Erfassung von Betriebs- und Maschinendaten
• Rückverfolgbarkeit und Chargenverfolgung
• Qualitätsmanagement und Instandhaltungsmanagement

MES-Systeme liefern Echtzeitinformationen über den Status der Produktion und ermöglichen es, Engpässe frühzeitig zu erkennen, Abläufe zu optimieren und die Produktivität zu steigern. Sie sind ein zentraler Bestandteil moderner, digitalisierter Fertigungskonzepte – insbesondere im Umfeld von Industrie 4.0 und Smart Factory.

Damit industrielle Automatisierung erfolgreich umgesetzt werden kann, braucht es nicht nur die passende Technik – sondern vor allem qualifizierte Fachkräfte. Denn die besten Systeme funktionieren nur dann reibungslos, wenn sie kompetent geplant, programmiert, installiert und betreut werden. Genau hier kommen Automatisierungstechnikerinnen und -techniker ins Spiel. Ihre Arbeit beginnt bei der Auswahl geeigneter Sensoren und Steuerungen und reicht bis zur Inbetriebnahme kompletter Produktionslinien.

Typische Aufgaben umfassen:

• Konzeption und Projektierung von Automatisierungslösungen
• Programmierung von SPS-Systemen (z. B. Siemens S7, Beckhoff, Mitsubishi)
• Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen
• Wartung, Fehlersuche und Optimierung im laufenden Betrieb
• Integration von Sensorik, Aktorik und Netzwerktechnik
• Schnittstellenanpassung zu übergeordneten Systemen wie MES oder ERP

Voraussetzung ist in der Regel eine technische Ausbildung im Bereich Elektrotechnik, Mechatronik oder Automatisierungstechnik – oft ergänzt durch eine Weiterbildung zum Techniker oder ein Studium im Bereich Automatisierungstechnik, Mechatronik oder technische Informatik. Wichtig sind fundierte Kenntnisse in Elektrik, Steuerungstechnik und Programmierung, sowie ein gutes Verständnis für industrielle Prozesse.