Die Evolution der Automatisierung

Im Laufe der Geschichte der Automatisierung hat das Auftauchen neuerer Techniken, Prozesse und Maschinen schließlich einen Weg geebnet, damit die Automatisierung eine größere Rolle in unserer Gesellschaft spielt. Die Hauptziele der Evolution der Automatisierung im Alltag waren, die Effizienz, Produktivität, Sicherheit und Bequemlichkeit zu verbessern. In diesem Artikel werden wir die Geschichte der industriellen Automatisierung behandeln, um ein besseres Verständnis dafür zu gewinnen, wie sich die verschiedenen Phasen der Evolution der Automatisierung entwickelt und zu den Technologien fortgeschritten sind, die wir heute nutzen.

Geschichte der Automatisierung in der Fertigung

 

Seit jeher haben alltägliche Menschen und Geschäftsinhaber nach verschiedenen Möglichkeiten gesucht, die Effizienz bei täglichen Aufgaben zu verbessern. In der Antike erledigten unsere Vorfahren die meisten ihrer Arbeiten manuell mit Hilfe einfacher Maschinen, Flaschenzügen, Hebeln, Handwerkzeugen und manchmal auch mit Arbeitstieren. Aus der Sicht der Fertigung werden Produktionsprozesse typischerweise in folgende Kategorien eingeteilt:

• Vollständig manuell
• Teilautomatisiert
• Vollautomatisiert

Durch die Reduzierung der erforderlichen menschlichen Intervention zur Durchführung einer Aufgabe werden Prozesse wie die Fertigung durch Automatisierung wesentlich effizienter. Die Geschichte der Automatisierung umfasst, wie sich die Technologie durch die Evolution der Automatisierung weiterentwickelt hat.

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Hausautomatisierung

1^st Jahrhundert v. Chr.: Wasserräder

Das genaue Ursprungsdatum der Wasserräder ist schwer zu bestätigen; jedoch wurden sie im 1^st Jahrhundert v. Chr. von den Griechen und Römern häufiger zum Mahlen von Getreide zu Mehl verwendet. Andere einfachere Maschinen, die viel früher datieren, erforderten immer noch eine beträchtliche Menge an menschlicher Intervention oder Tierarbeit, um zu funktionieren. Die Nutzung von fallendem Wasser aus Wassermühlen zur Antrieb eines mechanischen Prozesses kann als der Beginn der „Teilautomatisierung“ und der frühen Phasen der Evolution der Automatisierung angesehen werden.

Frühe Wasserräder

 

9^th Jahrhundert: Fortschritte in der Mühlenmachinerie

Wassermühlen und Windmühlen sind beide eine Art von Mühlenmachinerie, die erneuerbare Energie nutzen, um einen mechanischen Prozess anzutreiben. Das früheste aufgezeichnete Design einer Windmühle für praktische Anwendungen stammt aus dem 7. bis 9^th Jahrhundert und wurde von den Persern hergestellt. Diese Windmühlen wurden ebenfalls zum Mahlen von Getreide verwendet und später für viele andere mechanische Prozesse weiterentwickelt.

Obwohl Wassermühlen für ihre Größe mehr Leistung bieten können, waren Windmühlen in Regionen einsetzbar, in denen kein fließendes Wasser verfügbar war. Beide Technologien verbesserten sich weiterhin und wurden weltweit übernommen, um die erforderliche manuelle Arbeit in:

• Hammermühlen
• Sägemühlen
• Papiermühlen
• Erzbrechmühlen
• Werkzeugschärfmühlen

Frühe Windmühlen

 

17^th bis 18^th Jahrhundert: Industrielle Revolution

Ursprünglich in Westeuropa, war die industrielle Revolution des 17^th Jahrhunderts ein wichtiger Wendepunkt in der Evolution der industriellen Automatisierung. Während dieser Ära ersetzten die Erfindung von Dampfmaschinen, Dampfmühlen und Verbrennungsmotoren weitgehend die Notwendigkeit von Wassermühlen und Windmühlen. 1785 entwickelte Oliver Evans auch eine automatische Mühle, die den ersten vollständig automatisierten industriellen Prozess der Geschichte darstellt, da sie eine kontinuierliche Produktion ohne menschliches Eingreifen ermöglichen konnte.

Frühe Fertigungsfabriken

1867 veröffentlichte James Clerk Maxwell ein Papier, das die Anfänge einer theoretischen Grundlage für das Verständnis der Regelungstheorie festlegte. Industrialisierte Fabriken wurden weiterhin übernommen, um Materialien wie Baumwolle, Papier, Kunststoffe, Glas und Metalle in viel höheren Mengen und mit größerer Effizienz massenhaft zu produzieren. Als sich die Technologie und die Prozesse der industriellen Revolution weltweit verbreiteten, wuchsen Wirtschaft, Transport, Gesundheit und Medizin exponentiell.

Dampfmaschinen für Lokomotiven

 

1900 bis 1950: Elektrifizierung & industrielle Steuerungen

Um die 1920er Jahre beschleunigte sich die Evolution der industriellen Automatisierung rapide, als Fabriken begannen, Relaislogik zu nutzen und elektrifiziert wurden - der Prozess der Stromversorgung durch Elektrizität. Die zunehmende Nutzung zentraler elektrischer Kraftwerke in Kombination mit dem Betrieb neuer Hochdruckkessel, elektrischer Umspannwerke und Dampfturbinen führte zu einer wachsenden Nachfrage nach Instrumenten und Steuerungen.

Verteilung elektrischer Energie

Fertigungsanlagen begannen, auf Elektromotoren umzusteigen, und weniger Einrichtungen setzten weiterhin mit Antrieben durch Wellen und Riemen unter Verwendung von Dampfmaschinen fort. Während dieses Übergangs erlebten Fertigungsanlagen einen Anstieg der Produktion um etwa 30 %. Dies lag daran, dass Elektromotoren im Vergleich zu Dampfmaschinen eine viel höhere Effizienz aufwiesen, weniger Wartung benötigten und keine hohen Reibungsverluste durch Wellen und Riemen erlitten.

Frühe Elektromotoren

Farbcodierte Lichter aus Kontrollräumen waren erforderlich, um Signale an die Fabrikarbeiter zu senden, damit sie manuelle Änderungen vornehmen konnten, wie das Öffnen oder Schließen von Ventilen und das Ein- oder Ausschalten von Schaltern. Dies ist eine Art der Prozesskontrolle, die als „ein-aus“ bekannt ist. In den 1930er Jahren wurden Steuerungen in der Industrie eingeführt, um berechnete Änderungen als Reaktion auf Störungen vom Sollwert zu ermöglichen. Solid-State-Digitallogikmodule für festverdrahtete programmierte Logiksteuerungen wurden 1958 von industriellen Steuerungssystemen für Prozesskontrolle und Automatisierung übernommen. Als Vorläufer der heute verwendeten programmierbaren Logiksteuerungen (PLC) ersetzten sie allmählich die meisten unserer Bedürfnisse nach elektromechanischer Relaislogik.

Frühe Kontrollstationen

 

20^th bis 21^st Jahrhundert: Computer & Robotik

Im Jahr 1971 führte die Erfindung von Mikroprozessoren zu erheblichen Preisrückgängen bei Computerhardware und ermöglichte das schnelle Wachstum digitaler Steuerungen in der Fertigungsindustrie. Unsere ständigen Fortschritte in der Computertechnologie bis heute setzen die Evolution der industriellen Automatisierung fort. Mit digitalen Computern konnten Fertigungsanlagen nun Steuerungen haben, die komplexere Aufgaben schneller und effizienter ausführen können.

Einführung von Computern

Als die Technologie weiterhin Fortschritte machte, wurde die Evolution der robotergestützten Prozessautomatisierung in Fertigungsanlagen immer prominenter. Victor Scheinman, ein amerikanischer Pionier auf dem Gebiet der Robotik, erfand 1969 den „Stanford-Arm“. Er wurde entwickelt, um eine Arm-Lösung als einen 6-Achsen-artikulierten, voll elektrischen Roboter zu ermöglichen. Dies ebnete den Weg dafür, dass Roboter das Potenzial hatten, komplexere Aufgaben wie Schweißen und Montage auszuführen. 1973 machte Europa große Fortschritte in der industriellen Robotik, indem es Roboter über ABB Robotics und KUKA Robotics auf den Markt brachte.

Die Roboter in den heutigen Fabriken werden nun für fast jeden bestehenden Montage- und Fertigungsprozess eingesetzt. Roboter entfernen nicht nur Menschen aus gefährlichen Umgebungen, sondern helfen auch, die Kosten für Geschäftsinhaber zu senken, um wettbewerbsfähig zu bleiben, indem sie die Energieeffizienz, Produktivität, Genauigkeit und Präzision für eine bessere Produktionsqualität erhöhen. Wir können jetzt die Evolution der robotergestützten Prozessautomatisierung in Prozessen wie:

• Glasherstellung
• Papier- und Zellstoffmühlen
• Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung
• Automobilmontage
• Trennung von Erdgas
• Stromerzeugung
• Elektronikfertigung
• Dosen- und Flaschenabfüllung

Robotik in Fertigungsfabriken

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Evolution der Hausautomatisierung

 

Die Evolution der Automatisierung im Alltag ist am auffälligsten, wenn wir sie täglich in unseren Häusern erleben. Als die Elektrifizierung im 19^th Jahrhundert zu wachsen begann, wird geschätzt, dass etwa 70 % der US-Haushalte um 1930 elektrifiziert waren. Die Verteilung elektrischer Energie führte dazu, dass Hausbesitzer die Möglichkeit hatten, die ersten Haushaltsgeräte wie:

• Wassererhitzer
• Wäschetrockner
• Geschirrspüler
• Kühlschränke
• Staubsauger
• Waschmaschinen
• Nähmaschinen

Wassererwärmung im Haus

Obwohl viele dieser Haushaltsgeräte anfangs für die meisten Haushalte zu teuer waren, machte die schrittweise Einführung auf dem Markt, kombiniert mit verbesserten Technologien, sie schließlich erschwinglicher.

In den 1970er Jahren führte der große Preisrückgang bei Computerhardware zu einem signifikanten Rückgang der Preise für Elektronik. Dies ermöglichte es, dass Haushaltsgeräte für den Hausgebrauch zugänglicher wurden. In den 1990er bis 2000er Jahren entwickelte sich die Internet-Technologie erheblich. Dies ermöglichte es, dass intelligente Häuser erschwinglicher wurden, was zu einer steigenden Beliebtheit der Hausautomatisierung führte. Hausautomatisierung ist heute in modernen Haushalten mit intelligenten Technologien wie automatischen Lichtern, HVAC-Steuerungen, Sicherheits- und Überwachungssystemen, TV-Lifts und Unterhaltungskontrollen leicht zu finden. All diese intelligenten Technologien können wir jetzt bequem über ein Smartphone mit kompatiblen Smart-Home-Apps abrufen. Da das Arbeiten von zu Hause aus immer häufiger wird, haben wir auch einen Anstieg der Nachfrage nach elektrischen Stehschreibtischen gesehen.

Intelligentes Zuhause - Licht- und Unterhaltungskontrollen

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Zusammenfassung

Die Evolution der Automatisierung im Alltag hat sich im Laufe der Geschichte vollzogen und wird auch in zukünftigen Generationen ihren Weg fortsetzen. Da unsere Technologie in Zukunft Fortschritte macht, können wir nun erwarten, dass die Evolution der robotergestützten Prozessautomatisierung einen größeren Einfluss auf unsere Branche haben wird.

Wir hoffen, dass Sie dies ebenso informativ und interessant fanden wie wir, insbesondere wenn Sie an der Geschichte der industriellen Automatisierung interessiert waren. Wenn Sie Fragen haben oder mehr über unsere Produkte sprechen möchten, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren! Wir sind Experten auf unserem Gebiet und helfen Ihnen gerne in jeder Hinsicht weiter.

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