Немецкий язык (Информационные системы в управлении). Учебное пособие
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Automatisierung
Automatisierung ist ein gesellschaftlicher Prozess, in dessen Verlauf menschliche Arbeit durch Mechanismen, Maschinen und Maschinensysteme mit selbsttätiger Arbeitsweise ersetzt wird. Man unterscheidet verschiedene Stufen der Automatisierung. Bei TeilAutomatisierung werden nur einzelne automatische Maschinen im Produktionsprozess eingesetzt. Die Voll-Automatisierung ist durch die Anwendung in sich geschlossener und in ihrer Leistung aufeinander abgestimmter Maschinensysteme gekennzeichnet. Die komplexe Automatisierung umfaßt über die unmittelbaren Bearbeitungsprozesse hinaus auch die Projektierungsarbeiten, die technologische und konstruktive Vorbereitung der Produktion sowie formalisierbare Funktion der Leitung und Steuerung des Produktionsprozesses mit Hilfe elektronischer Datenverarbeitungsanlagen.
Die System-Automatisierung beinhaltet die Automatisierung eines zusammenhängenden hocheffektiven Prozesses, der Fließverfahrenszüge aufweist, mit Hilfe prozessgesteuerter Anlagen realisiert wird und zur Erreichung einer entsprechenden Arbeitsproduktivität. Die Automatisierung verbindet betriebliche Teilprozesse von der Forschung und Entwicklung über die materielle Produktion bis zum Absatz der Erzeugnisse in einem einheitlichen Prozeß mit hoher Produktivität und Flexibilität.
Für die Automatisierung sind folgende Voraussetzungen zu beachten:
Ein hohes Niveau von Wissenschaft und Technik ist nötig. Insbesondere müssen die Elektronik sowie die Mess-, Steuerungsund Regelungstechnik entwickelt sein.
Es müssen in der Regel große Stückzahlen über einen langen Produktionszeit räum vorhanden sein. Das ist mit Hilfe der Standardisierung und Konzentration der Produktion möglich.
Die Produktion ist vor Beginn der Automatisierung als fließender, kontinuierlicher Gesamtprozess zu gestalten. Insbesondere ist auf eine regelmäßige Zuund Abführung der Teile, die planmäßige Wartung, Instandhaltung und Werkzeugbereitstellung zu achten.
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Konstruktion und Technologie sollen über einen langen Zeitraum relativ konstant sein. Außerdem müssen Konstruktion und Technologie automatisierungsgerecht sein.
Die Zulieferteile und Materialien dürfen nicht oder nur innerhalb bestimmter enger Grenzen in ihrer Qualität schwanken.
Die Prozesse müssen sicher zuverlässig und mit ökonomisch vertretbarem Aufwand steuerund regelbar sein.
Die Automatisierung stellt höhere Anforderungen an die Qualifikation der Arbeitskräfte. Mit der Einführung automatisierter Maschinen und Maschinensysteme erhöht sich die Arbeitsproduktivität, weil die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Gleichmäßigkeit nicht mehr allein von den persönlichen Fähigkeiten und Schranken der menschlichen Arbeitskraft abhängen.
Die Automatisierung erhöht auch die Qualität der Erzeugnisse und vermindert den Ausschuss. Mit der Anwendung der Automatisierung können der Produktionszyklus verkürzt und die Produktionsfläche verringert werden. Das wird erreicht durch die Konzentration mehrerer Arbeitsgänge auf automatisierte Eintelmaschinen, die Anordnung der Maschinen nach dem technologischen Fluß und ihre Verbindung mit Transporteinrichtungen sowie durch die kontinuierliche Produktionsweise der Maschinen. Die auf ökonomischen Nutzeffektberechnungen basierende Automatisierung führt zur Senkung der Selbstkosten je Einheit des Erzeugnisses.
Durch die optimale Ausnutzung der Technik, die Verbesserung der Produktionsorganisation sowie der Technologie und auch durch den Einsatz der elektronischen Datenverarbeitungstechnik kann die Planung und Leitung wissenschaftlicher und die gesamte gesellschaftliche Arbeit effektiver gestaltet werden.
Automatisierungstechnik
Automatisierungstechnik ist eine Einzelwissenschaft des Ingenieurwesens, die zum Ziel hat, Maschinen oder Anlagen automatisiert, also selbstständig und unabhängig von Menschen, zu betreiben. Je besser dieses Ziel erreicht wird, umso höher ist der Automatisierungsgrad. Häufig übernehmen Menschen die Überwachung, den Nachschub, den Fertigteilabtransport, die Wartung und ähnliche
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Arbeiten. Durch die Fortschritte der Elektronik (Mikroprozessoren) kann dieses Ziel besser als je zuvor erreicht werden. Neben der Entlastung des Menschen von gefährlichen oder anstrengenden Tätigkeiten, Qualitätsverbesserungen oder höheren erzielbaren Geschwindigkeiten sind häufig hohe Personalkosten die Triebfeder.
Entwurf, Implementierung und Inbetriebnahme von Automatisierungsfunktionen sind stark methodenorientiert. Diese Methoden der Automatisierungstechnik sind zum Teil auf bestimmte Prozesse zugeschnitten.
Die meisten der entwickelten allgemeinen Methoden der modernen Prozessautomatisierung verwenden theoretisch oder experimentell ermittelte Modelle der Prozesse in analytischer Form. Auf der Grundlage dieser Modelle können dann wissensbasierte Methoden zum Entwurf und zur Inbetriebnahme der verschiedenen Automatisierungsfunktionen entwickelt werden. Hierzu gehören Methoden wie Identifikation und Parameterschätzung, adaptive Regelung, Überwachung und Fehlerdiagnose, Fuzzy-Logik, evolutionäre Algorithmen, neuronale Netze.
Mit wissensbasierten Ansätzen entstehen dann zum Beispiel Automatisierungssysteme, die modellgestützte Regelungen und Steuerungen (selbsteinstellend oder kontinuierlich adaptiv) und eine Überwachung mit Fehlerdiagnose enthalten. In Abhängigkeit von der jeweiligen Information können sie Entscheidungen treffen.
Die prozessorientierten Methoden dienen der Entwicklung von Prozessen und mechatronischen Systemen. Hierzu zählen zum Beispiel die rechnergestützte Modellbildung, Simulation und digitale Regelung von Robotern, Werkzeugmaschinen, Verbrennungsmotoren, Kraftfahrzeugen, hydraulischen und pneumatischen Antrieben und Aktoren, für die auch Methoden zur Fehlerdiagnose entwickelt und praktisch erprobt werden. Die Automatisierungslösung sollte dabei an die vorhandene Infrastruktur und die etablierten Prozesse angepasst sein. Von besonderer Bedeutung sind dabei auch die Entwicklung und praktische Erprobung von Methoden der Computational Intelligence, also ein Zusammenwirken von Fuzzy-Logik, neuronalen Netzen und.evolutionären Optimierungsalgorithmen.
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Automatisierungstechnik ist wirtschaftlich und gesellschaftlich von groβer Bedeutung. Automatisierung und Rationalisierung gehen Hand in Hand. Arbeitsplätze sind in der Produktion entfallen. Die Produktivität wird laufend gesteigert.
Die Automatisierung schafft aber auch Arbeitsplätze. Neue Maschinen und Anlagen mit höherem Automatisierungsgrad müssen laufend hergestellt werden. Sie haben dann in der Regel einen größeren Markt.
Es gibt laufend neue Produkte. Die bestehenden Anlagen und Maschinen haben nur kurze Produktionslaufzeiten, weil es sich ständig Verbesserungen ergeben.
Die Erfolge und die Bedeutung der sogenannten Schlüsselindustriensind ohne die ständigen Verbesserungen in der Automatisierung nicht denkbar.
Automaten verringern den Anteil an monotonen Arbeiten für den Menschen.
Die Automatisierung ist nicht nur auf industrielle Bereiche beschränkt. Sie erfasst zunehmend auch den Dienstleistungsbereich. Beispiele: Der automatische Zahlungsverkehr bei Banken oder die automatisch erstellte Stromrechnung. Ebenso werden inzwischen viele Tätigkeiten im Haushalt (z.B. Waschen von Kleidung mit Hilfe einer Waschmaschine) oder im Alltag (gezielte Regelung des Bremsdrucks eines Autos mit Hilfe eines Antiblokiersystems (ABS) bzw. ESP) durch Automatisierung erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht.
Programmierspachen
Programmiersprache ist eine eindeutige Sprache zur Formulierung von Programmen für Rechenautomaten, Hilfsmittel zum Beschreiben von Algorithmen. Eine Programmiersprache ist durch eine Gruppe von Symbolen und Festlegungen definiert. Sie geben die Art und Reihenfolge an, in der die Symbole zu einer bedeutungsvollen Mitteilung kombiniert werden können. Man unterscheidet die Syntax der Sprache, die die zugelassenen Konstruktionen unabhängig von deren Bedeutung definiert; die Semantik, die für bestimmte Konstruk tionen eine zweckentsprechende Bedeutung angibt, wobei sie andere Anweisungen der Programmiersprache zu Hilfe nimmt, und die
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Pragmatik, die Aussagen über die anlagenbedingten Einschränkungen der Sprache und die Effektivität der Sprachelemente trifft.
Die niedrigste Programmiersprache ist Maschinensprache, die dem Rechenautomaten ohne Übersetzung oder Interpretierung verständlich ist. Die Maschinensprache besteht aus den Maschinenbefehlen und Festlegungen über deren Kombinierbarkeit und Wirkungsweise. Ein Maschinenbefehl (in Form und Abarbeitung durch die Automatenkonstruktion festgelegt) ist die kleinste Operationseinheit zur Beschreibung eines zu programmierenden Verfahrens. Die Adressen in Maschinenbefehlen werden numerisch angegeben. Ein in Maschinensprache geschriebenes Programm heißt Maschinenprogramm.
Außer der Maschinensprache muß jede andere Programmiersprache in diese übersetzt werden, ehe sie vom Rechenautomaten verarbeitet werden kann. Dabei werden unterschieden: maschinenorientierte und problemorientierte Programmiersprache. Eine rnaschinenorientierte Programmiersprache ist in ihrem Aufbau der Maschinensprache sehr ähnlich und erfordert nur einfache Über Setzungsarbeiten.
Ist der Aufbau der maschinenorientierten Programmiersprache stark an den Aufbau eines bestimmten Rechenautomaten gebunden, so heißt sie maschinenabhängige Programmiersprache. Typische Vertreter sind alle Assemblersprachen, bei denen statt der direkten Adressierung der Maschinensprache (absolute Festlegung von Speicherplätzen für Befehle und sonstige Informationen) eine symbolische Adressierung, eine symbolische Schreibweise der Befehle und die Einführung von Makrobefehlen als Unterprogramme möglich ist. Ihre Übersetzung in die Maschinensprache erfolgt durch einen Assembler. Die problemorientierten Programmiersprachen erlauben eine leichtere maschinenunabhängige Formulierung von Programmen.
Man unterscheidet operative und deskriptive problemorientierte Programmiersprachen. Operative Programmiersprachen sind die vtr-fahrensorientierten Programmiersprachen, mit denen die Problemlösung in Verfahrensschritten oder Algorithmen angegeben wird (z. В. ALGOL 60, PL/1). Ihre Übersetzung in die Maschinensprache erfolgt durch Kompiler. Deskriptive Programmiersprachen sind solche, bei
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denen nur die Parameter und Charakteristika eines Problems angegeben werden. Sie werden meist durch einen Programmgenerator in die Maschinensprache umgesetzt.
Problemorientierte Sprachen werden auch als höhere Sprachen bezeichnet, weil sie sich von Maschinensprachen und Assemblersprachen dadurch unterscheiden, daß die Kenntnis des Maschinencodes nicht benötigt wird, Programme nach formal durchführbaren Modifikationen auf andere Anlagentypen übernommen werden können, die Programmniederschrift die logische Struktur des Problems wiederspie-selt.
CAD/CAM-System
Sogenannte CAD/CAM-Systeme sind eng mit der raschen Entwicklung der Rechentechnik und der Mikroelektronik verbunden und werden als eine der Schlüsseltechnologien der nächsten Jahre angesehen.
CAD/CAM-Systeme sind in der Lage, große Effekte zu erzielen. Zum Beispiel bestätigen erste Erfahrungen internationale Einschätzungen, daß man mit Hilfe der CAD/CAM-Technik zweieinhalb bzw. dreimal schneller als früher arbeitet. Entwicklungsund Überleitungszeit der Erzeugnisse verkürzen sich erheblich. Somit erhöht sich die Flexibilität und Reaktionsfähigkeit der Produktion, dies bei höherer Genauigkeit und Zuverlässigkeit (geringe Fehlerquote). Der Dialog zwischen Mensch und Rechner ermöglicht eine effektive Arbeitsteilung nach schöpferischen und Routineprozessen.
Die Abkürzungen CAD und CAM entstammen dem Englischen und werden meist interpretiert als: ,,Computer Aided Design" = Rechnergestütztes Entwerfen (d.h. Erstellen von technischen Unterlagen wie z.B. Zeichnungen, technologische Fertigungsunterlagen) und „Computer Aided Manufacturing"=Rechnergestütztes Fertigen.
Eine CAD/CAM-Lösung ist demzufolge ein meist sehr umfangreiches und leistungsfähiges Programmsystem, das es ermöglicht, moderne Computer von der Konstruktion über die Technologie bis hin zur Fertigung durchgängig einzusetzen.
Die wichtigsten Bestandteile der CAD/CAM-Technik sind in Hard-und Software unterteilt. Zur Hardware rechnet man die
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hochwertigen leistungsfähigen Rechner, deren Datenspeicher, Bedieneinheiten, Bildschirmund Zeichengeräte. Zur Software zählen die Programme für Arbeitsabläufe und spezieile Anweisungen. Mit Hilfe einer alphanume rischen Tastatur (Zahlen und Büchstaben verwendbar) kann der Konstrukteur mit dem Rechner förmlich in einen Dialog treten.
Er kann ein Maschinenteil, zum Beispiel eine Welle, auf dem Bildschirm konstruieren, es beliebig variieren und sogar Bewegungsabläufe simulieren. Leistungsfähige Systeme erlauben darüber hinaus, sich dreidimensionale Bilder in unterschiedlichen Lagen im Raum zeigen zu lassen. Der Ingenieur kann seinen Dialog mit dem Rechner aber auch per Lichtstift oder mit anderen Bedienelementen führen. Mit Hilfe eines Digitalisierungsgerätes lassen sich ebenso Punkte und Kurven von Vorlagen erfassen und in den Rechner eingeben.
Der Dialog wird so lange geführt, bis die optimale Form gefunden ist. Danach wird das „Maschinenteil“ auf geeigneten Speichermedien ,,abgelegt", zum Beispiel auf Magnetplatten. Von dort kann der Konstrukteur es jederzeit wieder abrufen und auf dem Bildschirm darstellen. Aus den abgespeicherten technischen Daten können Materialund Kostenlisten sowie Computerbefehle oder Lochstreifen für die Steuerung der Roboter und Werkzeugmaschinen berechnet und ausgedruckt bzw. ausgegeben werden. Automatische Zeichentische fertigen im Handumdrehen komplette Zeichnungen der konstruierten Teile, beispielsweise fertigungsgerechte Tuschzeichnungen. In einem Arbeitsgang entstehen so fertige Zeichnungen, technologische Arbeitsunterweisungen, Arbeitsunterlagen und Steuerprogramme für die automatische Fertigung. Dazu muß man eine erforderliche Datenbank haben, die die Daten von Bauelementen, Bauteilen, Baugruppen, Finalprodukten, technisch-organisatorischen Dingen, Arbeitsplänen und anderes mehr enthalten muß.
Die Entwicklungsund Überleitungszeiten kann man so bedeutend verkürzen. Das erhöht die Flexibilität und die Reaktionsfähigkeit auf die Anforderungen des Marktes, was wiederum für die internationale Konkurrenzfähigkeit von zunehmender Bedeutung ist.
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Industrieroboter im Vormarsch
Die beschleunigte Entwicklung und breite Anwendung der Mikroelektronik. der elektronischen Steuerungsund der Rechentechnik, modernster Automatisierungsmittel und der Industrierobotertechnik sind entscheidende Faktoren des technischen und technologischen Fortschritts.
Ein Industrieroboter ist eine Maschine, die elektrisch, elektrohydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird. Der Roboter ist nicht nur zu einfachen Bewegungen in einer Richtung, sondern auch zu komplizierten Bewegungsabläufen befähigt. Gegenüber der manuellen Verrichtung dieser Tätigkeit bringt der Industrieroboter den Vorteil, dass die periodisch wiederholten Bewegungen seiner "Arme" immer wieder in peinlich genau gleicher Weise erfolgen. Außerdem kann er auch bei extrem monotoner Arbeit nicht ermüden, keinen Arbeitsgang vergessen oder nur nachlässig ausführen. Er ist imstande, auch schwere Teile zu bewegen. Unter dem Aspekt der Verbesserung der Arbeitsbedingungen ist ferner sehr wesentlich, dass Industrieroboter den Menschen von monotonen, "nerventötenden" Manipulationen befreien. Das "Gehirn" des Industrieroboters ist ein Mikroprozessor oder Mikrorechner.
Roboter der zweiten Generation werden mit optischen Sensoren ausgestattet, die in gewissen Grenzen die Fähigkeit haben, Informationen zu "ertasten" oder optisch zu "erkennen" Die empfangenen Informationen werden von einem Mikrocomputer ausgewertet und gegebenfalls zu Abwandlungen der Steuerbefehle verarbeitet. Forschung und Entwicklung sind nur darauf gerichtet, Sensoren zu konstruieren, die menschliche Sinnesfunktionen nachahmen können.
Roboter der dritten Generation kann man als technisches System klassifizieren, das in der Lage ist, eine unbekannte oder sich verändernde Situation zu erkennen, automatisch die richtige Lösung der gestellten Aufgabe zu finden, die nötigen Operationen zu planen und Steuerungssignale für die Durchführung dieses Planes zu geben. Industrieroboter werden bereits für viele Zwecke eingesetzt.
Mikroprozessoren und ihre Anwendung
Der Mikroprozessor, der von einigen Jahren noch nicht einmal existierte, ist sehr schnell zu einem Begriff geworden, der aus der
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Elektronik nicht mehr wegzudenken ist. In der Fachliteratur spricht man in diesem Zusammenhang von Bausteinen der Automatisierungstechnik. Selbst solche Aussagen wie "Nervensystem der Technik " werden im Zusammenhang mit dem Mikroprozessor gebraucht. Die Massenmedien berichten in Wort und Bild, dass durch den Mikroprozessor ein Teil der Arbeitswelt völlig verändert wird. Der Einsatz der Mikrorechentechnik dient zum Nutzen der gesamten Gesellschaft.
Was ist ein Mikroprozessor, was kann er wirklich leisten? Das gesamte Gebiet der Elektronik hat sich seit 1945 sehr rasch entwickelt. Eine wesentliche Rolle dabei spielt die Entwicklung der Bauelemente (Chips). Von den anfänglichen Bauelementen der Informationstechnik bis zu den hochintegrierten Schaltkreisen haben sich Platzund Energiebedarf für ein aktives Bauelement sehr stark verringert, gleichzeitig sind Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit in
sehr hohem Maße angestiegen.
Alle Gebiete der Elektronik wurden von dieser schnellen Bauelementeentwicklung beeinflusst. Dabei ist auf dem Gebiet der elektronischen Rechentechnik diese Entwicklung besonders sichtbar. Aus diesem Fachgebiet kommen auch die programmierbaren Schaltkreise, wobei der bekannteste Vertreter der Mikroprozessor ist. Er stellt den eigentlichen Rechenspaltkreis dar; mit ihm lassen sich alle Verknüpfungen von Zahlen und logischen Größen realisieren.
Die Verknüpfung solcher Größen bildet gleichzeitig die Grundlage der Automatisierungstechnik. Mit elektronischen Rechnern können die Probleme der Automatisierung gelöst werden. Aber erst durch die Möglichkeit, den Rechner als Bauelement herzustellen, wurde die stürmische Entwicklung in derAutomatisierungstechnik erreicht. Der Rechner war das Vorbild für die Entwicklung der Mikroprozessoren.
Fast überall – Mikroelektronik
Neue Wissenschaftszweige wie Raumfahrt und Datenverarbeitung haben bewirkt, dass eine Fülle neuer Wörter gebildet wurde, bekannte Wörter neue Bedeutungen erhielten und neue syntaktische Beziehungen zwischen Wörtern entstanden.
Eine ähnliche Entwicklung vollzieht sich bei den Termini der Mikroelektronik. Fast täglich hören wir von der Mikroelektronik. Man
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ist der Meinung, dass die Mikroelektronik für die Gegenwart das bedeutet, was die Dampfmaschine für die Zeit der industriellen Revolution. Mikroelektronik ist zu einem Alltagswort geworden, und zwar zu einem Programmwort.
Im Prozess des wissenschaftlich-technischen Fortschritts gehört der Mikroelektronik der führende Platz. Es gibt wohl kaum einen Bereich, wo man die Mikroelektronik nicht braucht. Die Mikroelektronik ist wie keine andere Erfindung der jüngsten Vergangenheit dazu geeignet, Prozesse in allen Bereichen der Gesellschaft zu rationalisieren und zu automatisieren. Wir besitzen in Gestalt der Mikroelektronik eine Schlüsseltechnologie, mit der ein hoher Anteil des Leistungszuwachses gebracht werden kann. Gerade die Mikroelektronik ist es doch, die völlig neue technologische Möglichkeiten der Produktion eröffnet. Sie führt zur Einsparung von Material, Energie und Arbeitszeit. Die Mikroelektronik beeinflußt die Steigerung der Arbeitsproduktivität, der Effektivität und Qualität.
Im Industriezweig Mikroelektronik wird heute international die höchste Veredelung der Rohstoffe erreicht. Die neuen Mikroprozessoren vereinigen Hunderte und Tausende Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren, Leiterplatten. Im Resultat werden bei der Herstellung elektronischer Bauelemente riesige Materialmengen eingespart und die Kosten beträchtlich gesenkt.
Rechenmaschinen
Die elektronischen Rechenmaschinen sind Maschinen grundsätzlich neuer Art. Der Begriff “Rechenmaschinen” gibt uns keine Aufklärung über die universelle Bedeutung dieser Geräte, denn es handelt sich nicht um Maschinen, die nur zahlenmäβige Probleme zu lösen haben und das schneller machen können, als die alten mechanischen Rechenmaschinen.
Die komplizierten elektronischen Maschinen besitzen einen Speicher für die Ergebnisse ihrer Tätigkeit, der mit dem menschlichen Gedächtnis verglichen werden kann.
Das Wesen der modernen Technik besteht nicht nur in der Ausnutzung neuer Energiearten und der vollkommenen Entwicklung der Mechanisierung und Automatisierung der Produktion, sondern in der Schaffung qualitativ neuer Maschinen, die die Rolle des Menschen
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