Was ist industrielle Automatisierung und warum ist sie im Jahr 2025 wichtig?

In einer Ära rascher technologischer Veränderungen und wachsender globaler Konkurrenz wird die industrielle Automatisierung zu einem Schlüsselfaktor für den Erfolg moderner Produktionsunternehmen. Das Jahr 2025 bringt neue Herausforderungen und Chancen mit sich, die die Automatisierung nicht nur vorteilhaft, sondern oft auch überlebensnotwendig für das Bestehen am Markt machen. In diesem Artikel erklären wir, was industrielle Automatisierung genau bedeutet und warum sie derzeit wichtiger ist als je zuvor.

Was ist industrielle Automatisierung?

Definition und Grundprinzipien

Industrielle Automatisierung ist der Prozess der Nutzung von Steuerungssystemen, Computern, Robotern und Informationstechnologien zur Kontrolle von Produktionsprozessen und Maschinenanlagen. Ihr Ziel ist es, menschliche Eingriffe zu minimieren und gleichzeitig Effizienz, Qualität und Sicherheit der Produktion zu erhöhen.

Schlüsselkomponenten der Automatisierung

1. Steuerungssysteme (SPS)

Speicherprogrammierbare Steuerungen stellen die zentralen Steuereinheiten automatisierter Systeme dar
Sie verarbeiten Eingangssignale von Sensoren und steuern Ausgabegeräte nach programmierter Logik
Ermöglichen schnelle Reaktionen auf Änderungen im Produktionsprozess im Millisekundenbereich
Bieten Möglichkeiten zur Fernüberwachung und -steuerung über Kommunikationsschnittstellen
Sind für kontinuierlichen Betrieb unter anspruchsvollen industriellen Bedingungen konzipiert

2. Sensoren und Aktuatoren

Sensoren sammeln Daten über physikalische Größen wie Temperatur, Druck, Position, Geschwindigkeit oder Durchfluss
Wandeln physikalische Größen in elektrische Signale um, die das Steuerungssystem verarbeiten kann
Aktuatoren wandeln elektrische Signale in mechanische Bewegungen oder andere physikalische Aktionen um
Gewährleisten Rückkopplung zur Optimierung und Qualitätskontrolle von Prozessen
Moderne Sensoren enthalten oft intelligente Funktionen wie Selbstkalibrierung oder Diagnose

3. HMI (Human-Machine Interface)

Bieten Bedienern intuitive Schnittstellen zur Steuerung und Überwachung automatisierter Systeme
Zeigen Echtzeitdaten, Trends, Alarme und historische Aufzeichnungen an
Ermöglichen Fernzugriff über Webschnittstellen oder mobile Anwendungen
Enthalten Sicherheitsfunktionen für Autorisierung und Audit von Benutzeraktionen
Moderne HMI-Systeme unterstützen Touchbedienung und responsives Design

4. Kommunikationsnetze

Verbinden alle Komponenten des Automatisierungssystems zu einer einheitlichen Infrastruktur
Gewährleisten schnelle und zuverlässige Datenübertragung zwischen verschiedenen Steuerungsebenen
Unterstützen standardisierte Industrieprotokolle wie Modbus, Profibus, Ethernet/IP
Ermöglichen Integration mit betrieblichen Informationssystemen (ERP, MES)
Bieten Redundanz und Schutz vor Kommunikationsausfällen

Automatisierungsebenen

Ebene 1: Grundautomatisierung

Charakteristik: Einfache automatische Funktionen ersetzen manuelle Operationen
Komponenten: Zeitschaltuhren, grundlegende Anwesenheitssensoren, einfache Relais
Funktionalität: Automatisches Starten und Stoppen von Maschinen basierend auf voreingestellten Bedingungen
Menschlicher Eingriff: Bediener stellen Parameter ein und starten Prozesse manuell
Beispiel: Automatisches Einschalten eines Förderbands bei Materialerkennung durch Lichtschranke
Vorteile: Niedrige Investitionskosten, einfache Implementierung, sofortige Zeitersparnis
Nachteile: Begrenzte Flexibilität, minimale Optimierungsmöglichkeiten

Ebene 2: Teilautomatisierung

Charakteristik: Kombination automatischer und manueller Operationen innerhalb eines Prozesses
Komponenten: SPS-Systeme, fortgeschrittenere Sensoren, Servoantriebe, grundlegende HMI
Funktionalität: Automatisierung sich wiederholender Aufgaben bei Beibehaltung menschlicher Überwachung
Menschlicher Eingriff: Bediener überwacht aktiv den Prozess und greift bei Bedarf ein
Beispiel: CNC-Bearbeitungsmaschinen mit automatischer Bearbeitung, aber manuellem Ein- und Auslegen der Werkstücke
Vorteile: Höhere Präzision, konsistente Qualität, Reduzierung körperlicher Belastung der Bediener
Nachteile: Weiterhin hohe Anforderungen an Personalressourcen, begrenzte Produktivität

Ebene 3: Bedingte Automatisierung

Charakteristik: System steuert die meisten Prozesse selbständig mit menschlichem Eingriff nur bei Ausnahmen
Komponenten: Fortgeschrittene SPS- oder DCS-Systeme, Sensornetzwerk, Robotermanipulatoren
Funktionalität: Fortgeschrittene Steuerungsalgorithmen mit Anpassungsfähigkeit an Bedingungsänderungen
Menschlicher Eingriff: Bediener überwacht System und greift nur bei Alarmen oder außergewöhnlichen Situationen ein
Beispiel: Automatisierte Produktionslinie mit menschlicher Überwachung und manueller Eingriffsmöglichkeit
Vorteile: Hohe Effizienz, konsistente Qualität, reduzierte Betriebskosten
Nachteile: Höhere Investitionskosten, Bedarf an qualifiziertem Personal

Ebene 4: Hochautomatisierung

Charakteristik: Minimaler menschlicher Eingriff mit autonomer Lösung der meisten Situationen
Komponenten: Intelligente Steuerungssysteme, fortgeschrittene Diagnose, prädiktive Algorithmen
Funktionalität: System bewältigt die meisten Situationen selbständig einschließlich Selbstdiagnose und Reparaturen
Menschlicher Eingriff: Spezialisten greifen nur bei komplexen Problemen oder Wartung ein
Beispiel: Vollautomatisiertes Lager mit Robotersystemen und intelligenter Bestandsführung
Vorteile: Maximale Effizienz, kontinuierlicher Betrieb, minimale Betriebskosten
Nachteile: Hohe Investitionskosten, komplexe Implementierung, Technologieabhängigkeit

Ebene 5: Vollautomatisierung

Charakteristik: Vollständig autonome Systeme ohne Bedarf menschlicher Eingriffe unter normalen Bedingungen
Komponenten: Künstliche Intelligenz, Machine-Learning-Algorithmen, fortgeschrittene Sensorsysteme
Funktionalität: Selbstlernende Systeme mit Anpassungs- und Optimierungsfähigkeit
Menschlicher Eingriff: Nur strategische Entscheidungen und Langzeitplanung
Beispiel: Unbemannte Produktionswerke („Lights-out“-Fabriken) mit vollständig autonomem Betrieb
Vorteile: Maximale Produktivität, konsistente Qualität, minimale Betriebskosten
Nachteile: Sehr hohe Investitionskosten, komplexe Technologie, Risiko technologischer Abhängigkeit

Warum ist Automatisierung im Jahr 2025 wichtig?

1. Globale wirtschaftliche Belastungen

Wachsende Konkurrenz

Globalisierung des Marktes schafft intensives Wettbewerbsumfeld, in dem nur die effizientesten Unternehmen überleben
Kunden haben Zugang zu Produkten aus der ganzen Welt, was den Druck auf Qualität und Preis erhöht
Automatisierung ermöglicht wettbewerbsfähige Kosten bei Beibehaltung hoher Qualität
Schnellere Markteinführung (Time-to-Market) wird zum kritischen Erfolgsfaktor
Produktionsflexibilität ermöglicht schnelle Reaktion auf Nachfrage- und Trendänderungen

Inflation und Energiekosten

Steigende Energiepreise stellen einen bedeutenden Teil der Produktionskosten dar
Automatisierte Systeme optimieren Energieverbrauch durch intelligente Steuerung
Prädiktive Algorithmen minimieren Verschwendung und maximieren Prozesseffizienz
Reduzierung der Abhängigkeit von volatilen Inputpreisen durch Optimierung der Materialflüsse
Möglichkeit der Nutzung erneuerbarer Energiequellen in Kombination mit intelligenter Verbrauchssteuerung

Änderungen in globalen Lieferketten

COVID-19-Pandemie offenbarte die Fragilität globaler Lieferketten
Nearshoring und Reshoring der Produktion erfordern höhere Effizienz für Wettbewerbsfähigkeit in teureren Standorten
Automatisierung ermöglicht flexible Anpassung der Lieferketten
Reduzierung der Abhängigkeit von einem Lieferanten durch Diversifizierung und Flexibilität
Möglichkeit schneller Änderung des Produktionsprogramms je nach Materialverfügbarkeit

2. Demografische und soziale Veränderungen

Mangel an qualifizierten Arbeitskräften

Bevölkerungsalterung in entwickelten Ländern reduziert die Anzahl verfügbarer Arbeiter
Junge Generation bevorzugt oft Arbeit im Dienstleistungssektor gegenüber der Produktion
Schwierige Suche nach qualifizierten Technikern und Bedienern für spezialisierte Positionen
Steigende Löhne aufgrund Arbeitskräftemangels erhöhen Produktionskosten
Automatisierung kompensiert Mangel an Personalressourcen und reduziert Abhängigkeit von Arbeitskräfteverfügbarkeit

Veränderte Erwartungen der Arbeitnehmer

Junge Generation bevorzugt kreativere und intellektuell anspruchsvollere Arbeit
Anforderungen an bessere Work-Life-Balance und flexible Arbeitsbedingungen
Automatisierung befreit Menschen von routinemäßigen, gefährlichen und körperlich anstrengenden Aufgaben
Schaffung neuer, qualifizierterer Arbeitsplätze in Wartung und Systemsteuerung
Möglichkeit von Fernarbeit und flexiblen Arbeitszeiten

Arbeitssicherheit

Reduzierung von Unfallrisiken in gefährlichen Umgebungen mit hohen Temperaturen, toxischen Stoffen
Eliminierung des menschlichen Faktors bei gefährlichen Operationen wie Höhenarbeit
Automatische Überwachung von Sicherheitsparametern und sofortige Reaktion auf Gefahren
Bessere Arbeitsbedingungen für Mitarbeiter mit klimatisierten Kontrollräumen
Reduzierung der Kosten für Versicherung und Arbeitsunfallentschädigungen

3. Technologische Fortschritte

Verfügbarkeit fortgeschrittener Technologien

Dramatische Kostensenkung bei Sensoren, Prozessoren und Steuerungssystemen durch Massenproduktion
Cloud-Services ermöglichen Zugang zu fortgeschrittenen Funktionen ohne hohe IT-Infrastrukturinvestitionen
Edge Computing bringt Rechenleistung direkt in die Produktionshallen
Open-Source-Lösungen und Standardisierung reduzieren Entwicklungs- und Implementierungskosten
Modulare Systeme ermöglichen schrittweise Implementierung nach finanziellen Möglichkeiten

Künstliche Intelligenz und Machine Learning

Prädiktive Wartung reduziert ungeplante Ausfälle und verlängert Anlagenlebensdauer
Automatische Anomalieerkennung ermöglicht frühzeitige Problemidentifikation
Adaptive Steuerungssysteme lernen aus historischen Daten und optimieren ihr Verhalten
Computer-Vision-Systeme automatisieren Qualitätskontrolle mit höherer Präzision als das menschliche Auge
Natural Language Processing ermöglicht intuitive Kommunikation mit automatisierten Systemen

Internet der Dinge (IoT)

Vernetzung aller Geräte und Systeme schafft umfassendes Bild des Produktionszustands
Echtzeitüberwachung ermöglicht sofortige Reaktion auf Änderungen und Probleme
Fernsteuerung und -diagnose reduzieren Service- und Wartungskosten
Big-Data-Analyse enthüllt verborgene Muster und Optimierungsmöglichkeiten
Blockchain-Technologie gewährleistet Datensicherheit und Nachverfolgbarkeit

4. Anforderungen an Qualität und Flexibilität

Wachsende Kundenanforderungen

Kunden erwarten immer höhere Produktqualität ohne Kompromisse
Personalisierung und Customization werden auch in der Produktion zum Standard
Kürzere Lieferzeiten sind Wettbewerbsvorteil in sich schnell ändernden Märkten
Zero-Defect-Qualität ist Anforderung besonders in Automobil- und Luftfahrtindustrie
Transparenz des Produktionsprozesses und Materialherkunft

Regulatorische Anforderungen

Strengere Qualitäts- und Sicherheitsnormen erfordern perfekte Prozessdokumentation
Nachverfolgbarkeit der Produktionsprozesse vom Rohstoff bis zum Fertigprodukt
Umweltvorschriften begrenzen Emissionen und Abfall aus Produktionsprozessen
Automatisierung gewährleistet konsistente Einhaltung aller regulatorischen Anforderungen
Automatische Generierung von Berichten und Dokumentation für Audits

Produktionsflexibilität

Schnelle Umrüstung von Produktionslinien für verschiedene Produkte (Changeover)
Produktion kleiner Serien bis hin zu Einzelstücken (Lot Size One) wirtschaftlich
Mass Customization kombiniert Vorteile der Massenproduktion mit Individualisierung
Modulare Produktionssysteme ermöglichen schnelle Rekonfiguration
Anpassung an saisonale Nachfrageschwankungen ohne Personaländerungen

5. Nachhaltigkeit und Ökologie

Energieeffizienz

Optimierung des Energieverbrauchs durch intelligente Steuerung von Motoren und Beleuchtung
Nutzung von Waste-Heat-Recovery-Systemen zur Steigerung der Gesamteffizienz
Integration erneuerbarer Energiequellen mit Produktionsprozessen
Smart-Grid-Technologien für optimale Stromnutzung
Überwachung und Reporting des Energieverbrauchs zur Identifikation von Einsparungen

Abfallminimierung

Präzise Materialdosierung eliminiert Rohstoffverschwendung
Optimierung der Produktionsprozesse reduziert Ausschussmengen
Automatische Trennung und Recycling von Abfallmaterialien
In Produktionsprozesse integrierte Kreislaufwirtschaftsprinzipien
Echtzeitüberwachung der Materialflüsse zur Verlustminimierung

ESG-Anforderungen

Environmental, Social, Governance-Kriterien beeinflussen Investitionsentscheidungen
Druck von Investoren und Stakeholdern auf transparentes Nachhaltigkeitsreporting
Automatisierung ermöglicht präzise Messung und Reporting von Umweltauswirkungen
Soziale Verantwortung durch Schaffung qualitativ hochwertiger Arbeitsplätze
Governance durch transparente und auditierbare Prozesse

Konkrete Vorteile der Automatisierung im Jahr 2025

Wirtschaftliche Vorteile

Senkung der Betriebskosten

Einsparung von Arbeitskräften im Bereich von zwanzig bis fünfzig Prozent durch Ersetzung routinemäßiger Operationen
Reduzierung der Energiekosten um fünfzehn bis dreißig Prozent durch Verbrauchsoptimierung
Materialoptimierung bringt Einsparungen von zehn bis fünfundzwanzig Prozent
Prädiktive Wartung reduziert Reparatur- und Ersatzteilkosten
Automatisierung administrativer Prozesse senkt Gemeinkosten

Produktivitätssteigerung

Kontinuierlicher Betrieb vierundzwanzig Stunden täglich, sieben Tage die Woche ohne Pausen
Eliminierung von Stillständen durch menschliche Faktoren wie Pausen oder Krankheit
Schnellere Produktionszyklen durch Bewegungsoptimierung und Eliminierung unnötiger Operationen
Parallele Verarbeitung mehrerer Operationen gleichzeitig
Automatische Umrüstung zwischen verschiedenen Produkten minimiert Verlustzeiten

Qualitätsverbesserung

Konsistente Produktqualität ohne Einfluss menschlicher Faktoren und Ermüdung
Automatische Qualitätskontrolle jedes Stücks statt Stichprobenkontrollen
Sofortige Erkennung und Korrektur von Spezifikationsabweichungen
Reduzierung von Reklamationen und Rücksendungen erhöht Kundenzufriedenheit
Nachverfolgbarkeit jedes Produkts vom Rohstoff bis zur Expedition

Strategische Vorteile

Wettbewerbsfähigkeit

Schnellere Marktreaktion durch flexible Produktionssysteme
Möglichkeit wettbewerbsfähiger Preise bei Margenerhaltung
Differenzierung durch höhere Qualität und Lieferzuverlässigkeit
Fähigkeit zur Annahme von Aufträgen mit kürzeren Lieferzeiten
Möglichkeit der Expansion in neue Märkte mit höheren Qualitätsanforderungen

Skalierbarkeit

Einfache Kapazitätssteigerung durch Hinzufügung modularer Einheiten
Flexible Nachfrageanpassung ohne Neueinstellungen
Replikation erfolgreicher Lösungen an weitere Produktionsstandorte
Zentralisierte Steuerung mehrerer Produktionswerke
Möglichkeit schneller Auslandsexpansion

Innovation

Freisetzung von Personalressourcen für Forschung, Entwicklung und Innovation
Schnelleres Testen neuer Produkte und Prozesse
Datengestützte Entscheidungsfindung basierend auf Echtzeitproduktionsdaten
Möglichkeit des Experimentierens mit neuen Materialien und Technologien
Schaffung neuer daten- und servicebasierter Geschäftsmodelle

Risikofaktoren und deren Management

Cybersicherheit

Implementierung mehrschichtiger Schutzmaßnahmen mit Firewalls, Antivirenprogrammen und Intrusion-Detection-Systemen
Verwendung sicherer Kommunikationsprotokolle mit Datenverschlüsselung
Regelmäßige Systemupdates und Sicherheitspatches
Mitarbeiterschulung in Cybersicherheit
Backup-Systeme und Disaster-Recovery-Pläne für Cyberangriffe

Technologische Abhängigkeit

Diversifizierung der Technologielieferanten zur Reduzierung des Vendor-Lock-in-Risikos
Implementierung von Backup-Systemen und Redundanz kritischer Komponenten
Kontinuierliche Personalweiterbildung zur Erhaltung interner Kompetenzen
Dokumentation aller Systeme und Prozesse zur Kontinuitätssicherung
Schrittweise Migration auf neue Technologien statt radikaler Änderungen

Investitionskosten

Schrittweise phasenweise Implementierung mit ROI-Messung in jeder Phase
Nutzung von Leasing und Finanzierung zur Verteilung der Investitionskosten
Pilotprojekte zur Konzeptverifikation vor Großinvestitionen
Kombination interner Ressourcen mit externer Finanzierung
Total-Cost-of-Ownership-Analyse einschließlich Betriebskosten

Automatisierungstrends für 2025

Kollaborative Roboter (Cobots)

Sichere Zusammenarbeit mit Menschen

Fortgeschrittene Kraft- und Momentsensoren ermöglichen sichere Interaktion mit Bedienern
Automatischer Stopp bei Erkennung unerwarteten Kontakts
Intuitive Programmierung durch Bewegungsdemonstration
Flexibler Einsatz ohne Sicherheitsbarrieren
Möglichkeit schneller Umprogrammierung für verschiedene Aufgaben

Anwendungen kollaborativer Roboter

Montageoperationen, die Kombination menschlicher Geschicklichkeit und robotischer Präzision erfordern
Materialhandhabung in mit Bedienern geteilten Räumen
Qualitätskontrolle mit fortgeschrittenen Sensoren und menschlichem Urteilsvermögen
Verpackung und Palettierung mit flexibler Anpassung an verschiedene Produkte
Unterstützung bei Wartungs- und Serviceoperationen

Künstliche Intelligenz in der Automatisierung

Machine-Learning-Algorithmen

Prädiktive Wartung mit Vibrations-, Temperatur- und anderen Parameteranalysen
Prozessoptimierung basierend auf historischen Daten und Echzeitmessungen
Automatische Systemkalibrierung zur Aufrechterhaltung optimaler Leistung
Anomalieerkennung zur frühzeitigen Identifikation potenzieller Probleme
Adaptive Steuerung mit Anpassung an sich ändernde Bedingungen

Computer-Vision-Systeme

Visuelle Qualitätskontrolle mit Erkennung für das menschliche Auge unsichtbarer Defekte
Objekt-erkennung und -sortierung verschiedener Formen, Größen und Farben
Roboternavigation in komplexer Umgebung mit Hindernissen
Barcode-Lesen und OCR zur automatischen Produktidentifikation
Sicherheitsüberwachung von Arbeitern und Erkennung gefährlicher Situationen

Cloud und Edge Computing

Cloud-Services für Automatisierung

Fernüberwachung von Produktionsprozessen von jedem Ort der Welt
Big-Data-Analyse zur Aufdeckung von Trends und Optimierungsmöglichkeiten
Software-as-a-Service (SaaS)-Modelle reduzieren IT-Infrastrukturkosten
Automatische Cloud-Backups und Disaster Recovery
Skalierbare Rechenressourcen nach aktuellen Bedürfnissen

Edge Computing in der Industrie

Lokale Datenverarbeitung für schnelle Reaktion kritischer Systeme
Reduzierung der Kommunikationslatenz zwischen Sensoren und Steuerungssystemen
Offline-Funktionalität bei Internetausfall