Ein Überblick über die Produktionstechnologien

Die Produktionstechnik befasst sich mit der Anwendung und Entwicklung geeigneter Produktionsverfahren und Methoden zur Herstellung von Erzeugnissen aller Art.

Sie erstreckt sich über die Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen, über die Umwandlung dieser bis hin zur Produktion gebrauchsfertiger Güter.

Sie umfasst die Planung, Optimierung und Implementierung von Produktionsprozessen sowie die Auswahl und Anwendung von Fertigungstechnologien und strebt dabei stets effiziente und wirtschaftliche Lösungen für die jeweiligen Industriezweigen an.

Da zur Erzeugung und Umwandlung von Energie auf die natürlich vorkommenden Ressourcen zurückgegriffen werden muss, gerät diese Thematik immer weiter in den Fokus der Diskussion um Umweltschutz und Klimaziele. Konventionelle Methoden der Energieerzeugung werden in Zukunft immer häufiger von Technologien abgelöst, die auf nachhaltigen Energietechniken basieren.

In den Ingenieurwissenschaften beschäftigt sich der Energiemaschinenbau u. a. mit dem Entwurf und der Auslegung von Verbrennungsmotoren und Turbinen, also Maschinen zur Umwandlung und effizienten Nutzung von Energie.

Die Verfahrenstechnik bedient sich verschiedener Technologien, um Stoffe umzuwandeln. Damit ist sie ein wichtiger Bestandteil der Prozessindustrie. Klassische Anwendungen in der Chemie, Lebensmittelproduktion, Energieerzeugung und Umwelttechnik sind beispielsweise das Zerkleinern, Sieben, Trennen und Agglomerieren (also Anhäufen bzw. Zusammenfügen) von Stoffen. 

Auch digitale Technologien wie Internet of Things (IoT), künstliche Intelligenz (KI) und Big Data Analytics finden in letzter Zeit verstärkt innerhalb der Verfahrenstechnik Verwendung.

Die Fertigung, ein Teilgebiet der Produktionstechnik, beinhaltet die Umwandlung eines Materials oder Werkstückes aus den verschiedenen Stufen der Bearbeitung bis hin zum fertigen Produkt.

Klassische Technologien in der Fertigungstechnik umfassen das 

• Urformen
• Umformen
• Trennen und Fügen und das
• Beschichten

von Materialien. Zur Werkstoffkunde, die sich auch mit dem Verändern von Stoffeigenschaften beschäftigt, gibt es Überschneidungen.

In nahezu allen Bereichen der Produktionstechnik wird ein möglichst hoher Automatisierungsgrad der Prozesse angestrebt, um den Anteil an manueller Produktion möglichst gering zu halten. Ziel ist es, Abläufe möglichst standardisiert, messbar und damit effizient und kostengünstig zu gestalten. Eine Planung und Überwachung durch geschultes Personal ist dennoch unerlässlich und zielt auch auf eine ständige Verbesserung der Produktionsabläufe ab.

Anwendungen aus der Robotik und IoT-Lösungen bieten die Möglichkeit, Sie bei der Produktionsautomatisierung zu unterstützen.

Neben der Effizienzsteigerung durch autonome Abläufe in der Produktion erleichtert die Automatisierungstechnik den Menschen auch durch die Übernahme von monotonen, komplexen oder gefährlichen Arbeiten in Fertigungsprozessen. Eine große Rolle in der Automatisierungstechnik spielt die Steuer- und Regelungstechnik, die durch eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren permanent Prozesswerte erfasst, ausgewertet und aufgrund der vorliegenden Daten Maschinen selbständig ansteuert.

IIoT (Industrial Internet of Things - das industrielle Internet der Dinge) Lösungen ermöglichen die Digitalisierung der Produktion von der Steuerung einzelner Maschinenkomponenten bis hin zu einem autonomen Ablauf komplexer Anlagenprozesse.

Der im deutschen Sprachraum etablierte Begriff “Industrie 4.0” soll Bezug auf die drei vorangegangenen industriellen Revolutionen nehmen:

• der ersten industriellen Revolution, die Ende des 18. Jahrhunderts mit der Erfindung der Dampfmaschine zu einer weltweiten Industrialisierung führte
• der zweiten industriellen Revolution, die das Konzept der Serienfertigung und den damit verbundenen Einsatz des Fließbandes nutzte (Taylorismus)
• die dritte industrielle Revolution, die digitale Techniken zur Automatisierung von Prozessen nutzbar macht

Die Vernetzung autonom arbeitender Systeme steht im Vordergrund der Industrie 4.0. Im Vergleich zur dritten industriellen Revolution sollen Digitalisierung und KI-Anwendungen zur Kommunikation zwischen den Systembestandteilen genutzt werden, sodass menschenunabhängige Entscheidungen getroffen werden können.

Größtenteils stecken diese Entwicklungen noch in ihren Kinderschuhen und werden auch von ethischen Gesichtspunkten kontrovers diskutiert.

Vorrangiges Ziel der Prozessautomatisierung und damit der Weiter- und Neuentwicklung von Produktionstechnologien bleibt eine Steigerung der Effizienz. Prozesse sollen fehlerfrei, zeit- und kostensparend sowie sicher für Mensch und Umwelt gestaltet werden.

Dies betrifft die gesamte Produktionskette, von der Rohstoff- und Energiegewinnung, über Lieferwege, Erzeugung und Verpackung bis hin zur Endabnahme durch den Verbraucher.

Basis einer jeglichen Effizienzsteigerung ist zunächst die Definition von Prozessgrenzen und -schnittstellen, sowie das Festlegen von KPIs (Key Performance Indicators), um die Verbesserungen auch messbar machen zu können. Hierbei ist es sinnvoll, sich an Methoden aus der schlanken Produktion (Lean Production) zu orientieren.

Da aus all diesen Bereichen die Digitalisierung nicht mehr wegzudenken ist, ist neben der Effizienzsteigerung auch die Auslegung dieser Prozesse nach ressourcenschonenden Kriterien ein gleichwertiges Ziel.

Auch in der Instandhaltung sorgen digitale Technologien für eine Kostensenkung und weniger Ausfallzeiten. Sensoren erfassen Daten der Maschinen und Anlagen zu Diagnosezwecken in Echtzeit und tragen somit zur Predictive Maintenance (vorausschauenden Instandhaltung) bei. Durch diese Technologien können Wartungsintervalle und Ersatzteilbeschaffung sowie Personalplanung und Lagerbestände optimiert werden. Der Anteil ungeplanter, reaktiver Einsätze des Instandhaltungspersonals wird minimiert, Wartungseinsätze geringer, was wiederum der Arbeitssicherheit zu Gute kommt. 

Eine planbare Instandhaltung bietet auch die Möglichkeit, den Anteil von externen Dienstleistern besser zu steuern und gegebenenfalls zu reduzieren.

In der Produktionstechnologie ist eine zunehmende Integration digitaler Technologien wie die Nutzung von Cloud Computing, IIoT, Big Data Analyse und künstliche Intelligenz zu verzeichnen.

Neben Effizienzverbesserung ist auch eine möglichst schonende Nutzung von Ressourcen, die Vermeidung unnötiger Wege und Überproduktion oder Wartezeiten das Ziel.

Neue Technologien ermöglichen eine Prozessverbesserung u. a. durch eine optimierte Lagernutzung, erhöhte Sicherheit und weniger Ausfall und Nacharbeit in Produktion und Instandhaltung.

Voraussetzung für diese Entwicklung ist jedoch weiterhin ein professionelles Personal und das Einhalten des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP), um flexibel auf sich schnell ändernde Randbedingungen reagieren zu können.

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