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Automatisierung

Von der Windmühle bis zur Computertechnik

Erst die Automatisierung ermöglicht es dem Menschen ohne sein Zutun, einen Prozess oder Vorgang zu ändern.

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Im Jahr 1745 erfand Edmund Lee eine Vorrichtung (zweites kleines Windrad), die es ermöglicht, dass sich die Windmühle selbstständig in den Wind dreht.
Im Jahr 1745 erfand Edmund Lee eine Vorrichtung (zweites kleines Windrad), die es ermöglicht, dass sich die Windmühle selbstständig in den Wind dreht.
(Bild: ©pure-life-pictures - stock.adobe.com)

Um zu bestimmen, wann man das erste Mal Vorgänge automatisiert hat, gilt es zunächst, den Begriff Automatisierung näher zu bestimmen. Die Automatisierung ist nach DIN V 19233 definiert als „das Ausrüsten einer Einrichtung, sodass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet“. In der Betriebswirtschaftslehre hat sich dazu noch der Begriff Automation etabliert. Er bezeichnet den Zustand der vollendeten Automatisierung. Er darf nicht einfach als Übersetzung des englischen Begriffs „automation“ benutzt werden, was leider oft getan wird.

Im Vergleich dazu handelt es sich bei der Nutzung von Techniken durch den Menschen nicht um Automatisierung. Nutzt der Mensch bei einem manuellen Arbeitsprozess Maschinen, dann bezeichnet man dies als Mechanisierung. Denn der Ablauf des Prozesses wird im Gegensatz zur Automatisierung weiterhin vom Menschen gesteuert. Bei der Automatisierung hingegen wird der Prozessablauf von einem Automaten beziehungsweise von einer Maschine gesteuert. Allerdings hat der Mensch hier noch die Aufgabe, den gesamten automatisierten Prozess zu überwachen und die noch nicht automatisierten Vorgänge auszuführen [1].

Automat verrichtet Arbeitsgänge selbsttätig

Beim Automaten handelt es sich um eine Maschine oder Einrichtung, die mehrere aufeinanderfolgende Arbeitsgänge selbsttätig verrichtet. In der Elektronik versteht man darunter ein speicherbehaftetes, zyklisch arbeitendes Schaltsystem, das unterschiedliche Zustände in Abhängigkeit vom Eingangssignal und vom vorhergehenden Zustand annehmen kann [2].

Wann hat nun die Automatisierung erstmals stattgefunden? Überliefert ist, dass der englische Schmied Edmund Lee im Jahr 1745 eine frühe Vorrichtung zur Automatisierung erfunden hat, durch die sich Windmühlen selbstständig in den Wind drehen.

Windmühle dreht sich sebstständig in den Wind

Zwar hat es bereits im Altertum Maschinen gegeben, die mithilfe eines Windrads angetrieben wurden und die Arbeit des Menschen oder von Tieren übernahmen, doch erst im Mittelalter ist man dazu übergegangen, Windmühlen so zu bauen, dass man sie um eine senkrechte Achse drehen konnte. Bis dahin wurden die Windmühlen durch Muskelkraft in den Wind gedreht. Erst die Erfindung von Lee macht es über ein zusätzliches Windrad mit Getriebe möglich, dass sich die Windmühle selbstständig in ihre Arbeitsposition drehte.

Die ersten automatisch arbeitenden Maschinen für die industrielle Produktion sind Webstühle. 1787 entwickelt Edmond Cartwright als erster eine automatische Webmaschine namens Power Looms, die durch eine Kraftmaschine angetrieben wird. Er selbst scheitert wirtschaftlich, seine Erfindung setzt sich aber durch und hat auch weitreichende gesellschaftliche Auswirkungen.

Edmond Cartwright entwickelt 1787 die automatische Webmaschine namens Power Looms.
Edmond Cartwright entwickelt 1787 die automatische Webmaschine namens Power Looms.
(Bild: ©Archivist - stock.adobe.com)

Webstühle waren erste automatisierte Maschinen

Ab 1811 kommt es in England zu Aufständen von Webern, die sich gegen die Maschinen richten. Die als Weberaufstände in Deutschland bekannt gewordenen Proteste richten sich nicht gegen die neuen Maschinen, sondern gegen ausländische Arbeiter und Lieferanten.

Die Entdeckung der Elektrizität und Erfindungen der Elektrotechnik (19. Jahrhundert) ermöglichen die Dezentralisierung der Produktion; es wird möglich, Energie über weite Strecken zu versenden. Erste Versuche werden unternommen, die Elektrizität zum Messen, Steuern und Regeln einzusetzen.

Der Taylorismus versucht (zum großen Teil erfolgreich), eine rationale und effiziente Produktionsweise zu etablieren. Man erinnert sich der Fließbandfertigung, die erstmals im 15. Jahrhundert beim Bau von Schiffen in Venedig angewandt wurde. Oliver Evans lässt sich 1790 eine Mühle patentieren, bei der verschiedene Transporttechniken angewandt werden. Im Jahr 1870 nutzt man die Fließbandtechnik in Schlachthöfen in Cincinatti, um geschlachtete Schweine über hochgelegte Transportbänder von einem Arbeiter zum nächsten zu transportieren. In der Industrie wird das Fließband 1913 erstmals von Henry Ford perfektioniert und zu einer „moving assembly line“ zur Produktion von Fahrzeugen genutzt.

Fließbandfertigung bei der Ford Motor Company.
Fließbandfertigung bei der Ford Motor Company.
(Bild: ©Archivist - stock.adobe.com)

Fließbandfertigung verändert die Arbeitswelt grundlegend

Dies verändert die Arbeitswelt und die Rolle von Arbeit. Die Effizienz der Arbeit steigt – bis zu einem gewissen Punkt – immer weiter, geht aber in der Geschichte immer wieder auf Kosten der physischen oder gar psychischen Gesundheit der Arbeitnehmer. Monotone Arbeit führt zu Erschöpfung und Entfremdung des Arbeiters von seiner Arbeit und schürt immer wieder Konflikte zwischen Arbeitnehmern und Arbeitgebern, weil Produktivitätssteigerung und Lohnausgleich teilweise in krassem Missverhältnis zueinander stehen.

Im 20. Jahrhundert weitet sich die Automatisierung mit dem Kühlschrank als Nachfolger des Eisschranks auf Privathaushalte aus. Die Gebäudeheizung wird durch Thermostatventile automatisiert.

1937 entwickelt der Bauingenieur Konrad Zuse den Z1. Es ist die erste Maschine, die automatisch im Binärsystem rechnen kann. Dieser „Computer“ arbeitet allerdings noch mechanisch. In den 40er-Jahren folgen dann elektrische Systeme wie der Z3 (1941), der erste funktionstüchtige, programmgesteuerte, vollautomatisch arbeitende Rechner. In den 50er-Jahren arbeitet man dann schon mit Transistoren.

In den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg kommt die Fertigung nur langsam wieder in Gang. Erst mit der Währungsreform ändert sich die Lage in Westdeutschland wie überall grundlegend. Viele Unternehmen beginnen neu, nehmen ihre Produktionsanlagen in Betrieb – der Beginn eines erneuten Aufschwungs. Beispielsweise nimmt auch das Unternehmen Cloos seine Fabrikation wieder auf und fertigt Schweißanlagen für Stabelektroden. Hatte das Unternehmen lange als größerer Handwerksbetrieb agiert, schafft Carl Cloos nach dem Krieg industrielle Strukturen.

Das Jahr 1969 ist etwas Besonderes: Es wird die erste speicherprogrammierbare Steuerung entwickelt und am 29. Oktober 1969 wird erstmals eine Nachricht zwischen zwei kabellos vernetzten Computern versendet. Das Zeitalter des Internets beginnt.

Was mit der Automation von Fertigungslinien durch Integration von Schweißstromquellen für das Schutzgasschweißen in den 1950er-Jahren beginnt, findet bei Cloos in der Robotertechnik eine konsequente Fortsetzung. Nachdem die Firma Unimation 1960 den ersten hydraulisch betriebenen Industrieroboter vorgestellt hat, werden in Deutschland erst etwa ab 1970 Roboter eingesetzt. Erwin Cloos programmiert 1977/78 einen ersten hydraulischen Roboter. Seit 1981 konstruiert und produziert Cloos eigene Industrieroboter.

Sicherheitstechnik rückt in den Fokus der Unternehmer

Bei vielen Unternehmen werden parallel dazu Vorgänge standardisiert und automatisiert. Doch durch viele automatisierte Vorgänge kommt es auch immer wieder zu schweren Unfällen. Weil dies den ganzen Prozess unterbricht, liegt es auch im Interesse der Unternehmer, Unglücke zu verhindern. Findige Ingenieure wie Peter Pilz kommen auf die Idee, diese Vorgänge sicherer zu machen.

Von der Historie her fertigte das Unternehmen seines Vaters auch Quecksilber-Schaltgeräte. Davon ausgehend und mit der zunehmenden Verkleinerung der Elektronik fertigt Peter Pilz Schaltgeräte und Steuersysteme, vor allem Zeitrelais.

Um die Produktion sicherer zu machen, entwickelt man im UnternehmenPilz Pilz im Jahr 1987 das heute weltweit bekannte „Pilz-Not-Aus-Schaltgerät Pnoz”, ein für das Unternehmen und die Branche bahnbrechendes Produkt.

1987 brachte Pilz das Sicherheitsschaltgerät Pnoz auf den Markt. Mit erstmals wiederholbaren und zugleich stabilen Sicherheitseigenschaften übertraf es bisherige Sicherheitsschaltungen deutlich.
1987 brachte Pilz das Sicherheitsschaltgerät Pnoz auf den Markt. Mit erstmals wiederholbaren und zugleich stabilen Sicherheitseigenschaften übertraf es bisherige Sicherheitsschaltungen deutlich.
(Bild: Pilz)

Das Pnoz ist heute mehr als nur ein Produktname. Es steht seit seiner Entwicklung als Maßstab für sicherheitsrelevante Schaltgeräte im Maschinen- und Anlagenbau. Mit dieser Produktreihe wird Pilz Erstanbieter auf dem Weltmarkt und das Unternehmen entwickelt sich innerhalb weniger Jahre zum euro­päi­schen Marktführer.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Redakteur, MM MaschinenMarkt