Skip to main content
Fachgebiete
Automobil + Motoren Bauwesen + Immobilien Business IT + Informatik Elektrotechnik + Elektronik Energie + Nachhaltigkeit Finance + Banking Management + Führung Marketing + Vertrieb Maschinenbau + Werkstoffe Versicherung + Risiko
DE
EN
Themenseiten
Organisationspsychologie Projektmanagement Marketing Smart Manufacturing
Bücher
Zeitschriften
Weitere Formate
Podcasts Webinare Technik Webinare Wirtschaft Kongresse Veranstaltungskalender Awards
Jetzt Einzelzugang starten
Zugang für Unternehmen
Referenzkunden
MTZ-Fachkongress

Antriebe und Energiesysteme von morgen


Austausch von Automobil- und Energiewirtschaft

Am 14./15. Mai geht es in Chemnitz um die Mobilitätswende durch Elektro- und Wasserstofffahrzeuge.
Erweiterte Suche
Anmelden
nach oben

2023 | Buch

Einführung Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Industrielle Automatisierungs- und Informationstechnik

IT-Architekturen, Kommunikation und Software zur Systemgestaltung

verfasst von: Michael Weyrich

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Einloggen, um Zugang zu erhalten
insite
SUCHEN

Über dieses Buch

Das Lehrbuch vermittelt Kenntnisse von Automatisierungssystemen, deren Komponenten und Strukturen. Dabei spielen heute Aspekte der Kommunikation und Echtzeitverarbeitung sowie der Zuverlässigkeit und Qualität von Soft- und Hardware eine wichtige Rolle. Zahlreiche Anwendungsbeispiele unterstützen den Lernerfolg.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einführung
Zusammenfassung
Dieses Buch betrachtet die Automatisierungstechnik aus der Perspektive der IT und der Software. Es skizziert die wesentlichen Lösungselemente und beschreibt, wie IT-orientierte Automatisierungssysteme heute und in Zukunft aufgebaut werden können.
In dieser kurzen Einführung wird dargelegt, was die Automatisierungstechnik ausmacht und welche Informationen und Kompetenzen in diesem Buch vermittelt werden. Dazu werden die folgenden Fragen erörtert:
  • Welches Selbstverständnis liegt der Automatisierungstechnik zugrunde und für welche Themen fühlen sich die Ingenieurinnen und Ingenieure verantwortlich?
  • Wie sieht der „Technologie-Stack“ der Automatisierungstechnik aus, der in diesem Buch vermittelt wird?
  • Wie gliedert sich das Buch, welche Lernziele werden verfolgt und welche Kompetenzen vermittelt?
Aufgrund der Vielfalt der technischen Lösungen geht es hierbei nicht um eine Tiefenkenntnis spezieller Verfahren und Methoden, sondern vielmehr um ein Verständnis davon, wie sich komplexe Systeme der Automatisierungstechnik realisieren lassen und welche Kriterien bei Entscheidungen zugrunde liegen.
Michael Weyrich
2. Was ist Automatisierungstechnik?
Grundbegriffe und Konzepte der Automatisierungstechnik
Zusammenfassung
Im vorliegenden Kapitel werden die zentralen Begrifflichkeiten, Topologien und Konzepte eingeführt. Dazu wird zunächst der Betrachtungsrahmen geklärt, der für die Automatisierungstechnik relevant ist.
Es folgt eine Einführung in den Systemgedanken der Kybernetik, in Grundbestandteile von automatisierten Systemen, Betrachtungen zur Rolle des Menschen und Überlegungen zu autonomen Systemen.
Das Kapitel gibt Antworten auf viele grundsätzliche Fragen:
  • Welche Begriffe werden rund um die Automatisierungstechnik verwendet, wie sind sie definiert und welche Denkmodelle stehen dahinter?
  • Welche grundlegenden Strukturen von automatisierten Systemen gibt es?
  • Wie ist die Entwicklung der Automatisierungstechnik in der Vergangenheit erfolgt und wie schreitet sie voran?
  • Welche Bedeutung haben Software, IT und Daten für die Automatisierung und welche grundsätzlichen Konzepte lassen sich erkennen?
  • Welche Rolle nimmt der Mensch in Bezug auf die Automatisierung ein?
  • Was kennzeichnet autonome Systeme und wie sieht deren Struktur aus?
Nach der Lektüre können die Leserinnen und Leser die wesentlichen Grundbegriffe, Topologien und Konzepte der Automatisierungstechnik erklären und in einen Zusammenhang setzen.
Michael Weyrich
3. Wo wird Automatisierungstechnik eingesetzt und wie sehen Systemtopologien und IT-Architekturen aus?
Zusammenfassung
Dieses Kapitel befasst sich mit dem Einsatz von Automatisierungstechnik in verschiedenen Branchen und systematisiert die typischen Systemtopologien und IT-Architekturen, die sich in der Praxis durchgesetzt haben.
Der Einsatz von Automatisierungstechnik ist stark von branchenspezifischen Anforderungen abhängig, wie in diesem Kapitel ausgeführt wird.
Schließlich werden die typischen Systemtopologien und IT-Architekturen der Anlagenautomatisierung, der Produktautomatisierung und der Automatisierung hochvernetzter Systeme untersucht und anhand von Beispielen verdeutlicht.
Es werden Fragen erörtert, die die Rahmenbedingungen aus den Anwendungsfeldern darstellen und damit ein Verständnis für die Strukturen von Automatisierungstechnik schaffen, z. B.:
  • In welchen Branchen wird die Automatisierungstechnik heute angewendet und welche Anforderungen bestehen mit Blick auf die Gegebenheiten in der Praxis?
  • Wie sind die Systemtopologien beschaffen, die in der Anlagen- und Produktautomatisierung sowie in der Automatisierung hochvernetzter Systeme zum Einsatz kommen?
  • Welche Rahmenbedingungen aus den Anwendungen sind verantwortlich für IT-Architekturen der Praxis und welche Beispiele können angeführt werden?
In diesem Zusammenhang werden gängige Erklärungsmodelle vorgestellt, die die Denkwelten der jeweiligen Anwendungsbereiche in den einsetzenden Branchen charakterisieren.
Michael Weyrich
4. Software für industrielle Automatisierungssysteme
Zusammenfassung
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Entwicklung von Software für industrielle Automatisierungssysteme. Zunächst wird die Frage erörtert, wie Software für die Automatisierungstechnik erstellt wird und welche Rolle Echtzeitsoftware dabei einnimmt.
Es wird dann erörtert, wie sich Software zur Steuerung und Regelung in der Anlagen-, und der Produktautomatisierung sowie für die hochvernetzte Automatisierung umsetzen lassen und welche Methoden und Verfahren dabei zum Einsatz kommen.
Dabei spielen Lösungskonzepte für die Softwareentwicklung eine Rolle, die sich unterschiedlicher Ansätze bedienen. Diese Konzepte werden exemplarisch für ausgewählte Anwendungsfelder skizziert, um abschließend auf grundsätzliche Architekturparadigmen einzugehen.
Leser und Leserinnen dieses Kapitels lernen Methoden, Verfahren und Lösungskonzepte kennen, um die folgenden Fragen beantworten zu können:
  • Wie werden Automatisierungssysteme mit Software in der Industrie realisiert? Worin bestehen die Herausforderungen bei Echtzeitsoftware?
  • Mit welchen Programmiersprachen und -konzepten erfolgt die Umsetzung in der industriellen Praxis für Anlagen, Produkte und hochvernetzte Automatisierungssysteme?
  • Welche grundsätzlichen Steuerungsparadigmen stehen zur Verfügung und wie werden Architekturen softwarebasierter Automatisierungssysteme damit realisiert?
Dieses Kapitel zeigt auf, dass die Softwareentwicklung heute weit mehr ist als eine Programmierung von Abläufen. Es skizziert die Entwicklungsansätze, die hierbei zum Tragen kommen.
Michael Weyrich
5. IT zur Vernetzung und Kommunikation in der Automatisierungstechnik
Zusammenfassung
Dieses Kapitel geht auf die Möglichkeiten der informationstechnischen Vernetzung von Automatisierungssystemen ein. Dabei wird unterschieden zwischen einer lokalen Vernetzung „im Kleinen“ und einer Vernetzung „im Großen“ auf Basis des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT).
Nach einer Einordnung und Analyse der Anforderungen werden die Schlüsseltechnologien zur informationstechnischen Vernetzung in der Automatisierungstechnik für Systeme und Teilsysteme untersucht. Aufgrund der Vielfalt der Realisierungsmöglichkeiten stellt sich die Frage, welche Technologien hierfür von besonderer Bedeutung sind.
  • Welche kabelgebundenen Kommunikationsnetzwerke werden heute in der Industrie eingesetzt?
  • Wie kann kabellose Kommunikation realisiert werden und welche Möglichkeiten der Objekterkennung gibt es?
  • Wie sieht ein Referenzmodell für die Vernetzung im IoT aus?
  • Welche IoT-Protokolle eignen sich für eine hochvernetzte Kommunikation?
In diesem Kapitel wird somit ein Überblick über die unterschiedlichen Vernetzungs- bzw. Kommunikationsverfahren sowie über deren Einsatzfeld gegeben.
Michael Weyrich
6. Fallstudie: Kognitive Sensoren für mobile autonome Systeme
Zusammenfassung
Kognitive Sensorik gilt als eine der Schlüsseltechnologien in autonomen Systemen. Offen ist, auf welcher Basis und in welcher Kombination zukünftige Sensorsysteme aufgebaut sein können, die ein Erkennen und Wahrnehmen im Sinne einer Kognition realisieren.
In dieser Fallstudie wird untersucht, welche Technologien im Bereich der Sensorik und Signalverarbeitung zur Verfügung stehen, um in autonomen Fahrsystemen, z. B. in der Logistik als Transportsystem bzw. -roboter, zum Einsatz zu kommen.
Die Ausrichtung auf autonome Systeme bildet den Rahmen für die Entwicklung einer kognitiven Sensorik, die durch eine Vorverarbeitung der Messdaten die Umgebung erkennt.
In dieser Fallstudie werden zunächst relevante Sensorverfahren untersucht und verglichen. Anschließend werden Ansätze für elektrotechnische Hardware diskutiert, mit denen Sensormessdaten verarbeitet werden können, um Algorithmen zur Erkennung und Wahrnehmung der Umgebung zu realisieren.
Folgende Fragen werden erörtert:
  • Welche Sensorverfahren sind für autonome mobile Roboter relevant?
  • Wie kann eine systematische Auswahl von Hardware zur Signalverarbeitung erfolgen und welche Kriterien sind dabei relevant?
  • Wie lässt sich ein Entwicklungsplan für zukünftige Produkte skizzieren, obwohl Detailfragen noch offen sind?
Diese Fallstudie vermittelt die Kompetenz, trotz technologischer Unsicherheiten Lösungen zu finden. Dazu wird zunächst der Stand der Technik analysiert, bewertet und Lösungsvarianten skizziert. Abschließend werden die Ergebnisse in einer Roadmap und einem stufenweisen Umsetzungsplan dargestellt.
Michael Weyrich
7. Fallstudie: IT-Integration in der Anlagenautomatisierung
Zusammenfassung
Die Verbindung verschiedener IT-Systeme in Anlagen und deren Komponenten stellt in der Praxis eine große Herausforderung dar, da sie mit hohen Kosten und vielen technischen Unzulänglichkeiten aufgrund mangelnder Interoperabilität verbunden ist. In diesem Kapitel wird daher eine Fallstudie zur IT-Integration in der Anlagenautomatisierung diskutiert, die eine Interoperabilität der Teilsysteme anstrebt.
Dazu werden zunächst die Anforderungen und dann mögliche Ansätze für IT-Architekturen zur Integration der Teilsysteme untersucht.
Folgende Aspekte werden in diesem Kapitel erörtert:
  • Worin bestehen die Besonderheiten der IT-Integration in der Anlagenautomatisierung?
  • Wie kann mithilfe von Interoperabilität eine Überwachung (Monitoring) und das optimale Zusammenspiel von Teilsystemen erreicht werden?
  • Wie kann man serviceorientierte Architekturen für Anlagen einsetzen?
  • Welche technischen Möglichkeiten bietet die Architektur OPC UA?
  • Welche weiteren IT-Architekturen und damit verbundene Standards sind von Bedeutung?
Das Kapitel gibt somit einen Einblick in die Verwendung von IT-Architekturen in der Anlagenautomatisierung und einen ersten Ansatzpunkt für einen tieferen Einstieg in das komplexe Thema.
Michael Weyrich
8. Fallstudie: Automotive-IT heute und in Zukunft
Zusammenfassung
In dieser Fallstudie wird die Welt der Automotive-IT kurz vorgestellt und mögliche Technologiestrategien diskutiert. Aufgrund des vernetzten und autonomen Fahrens ergeben sich zahlreiche Fragestellungen bezüglich der Weiterentwicklung von Software, der Elektrik/Elektronik und der IT. In dieser Fallstudie wird erörtert, welche Rolle etablierte und zukünftige IT-Architekturen spielen können.
  • Welche technologischen Trends erzeugen einen Veränderungsdruck im Bereich moderner IT-Architekturen für Fahrzeuge?
  • Wie sehen Wege zur Lösungsfindung aus und welche Aspekte sind für eine Konkretisierung der Entwicklungsperspektiven relevant?
  • Wie lassen sich die technologischen mit den strategischen Aspekten zusammenführen und was ist alles zu beachten?
Um diese Punkte zu erörtern und um einen Einblick in die komplexe Welt der Automotive-IT zu gewähren, wird in diesem Kapitel schlaglichtartig der Stand der Technik skizziert.
Michael Weyrich
9. Wie entsteht Wertschöpfung durch Automatisierungstechnik?
Zusammenfassung
Automatisierungstechnik ist kein Selbstzweck, sondern soll Aufgaben erfüllen und somit einen Zuwachs an Nutzen erzeugen. In diesem Kapitel wird daher untersucht, wie Automatisierungstechnik potenziell Mehrwert und somit Wertschöpfung erzeugt.
Folgende Fragen werden näher betrachtet:
  • Was bedeutet Wertschöpfung durch Automatisierungstechnik?
  • Welche Beispiele für erzeugten Nutzen aufgrund von Automatisierungstechnik lassen sich benennen?
  • Wie kann man die Automatisierungstechnik methodisch mit Blick auf den Nutzen und den Mehrwert analysieren und gestalten?
  • Wie kann man Fähigkeiten eines automatisierten Systems mit einer potenziellen Geschäftsperspektive zusammenführen?
Anhand zweier Beispiele werden in diesem Kapitel verschiedene Methoden vorgestellt, die zur Analyse und Darstellung des Wertes eines automatisierten Produkts oder einer automatisierten Anlage verwendet werden können. Auf Basis von Wertanalysen und Wertversprechen ist es möglich, den Mehrwert neuer technischer Fähigkeiten abzuschätzen, um daraus Entwicklungsprioritäten abzuleiten.
Michael Weyrich
10. Aspekte zur Einführung in die Praxis
Zusammenfassung
Die Automatisierungstechnik ist stark von technischen Innovationen geprägt und hat es in den letzten Jahrzehnten immer wieder geschafft, sich neu zu erfinden. Automatisierung integriert neue Technologien und Methoden, um diese für die industrielle Anwendung nutzbar zu machen.
Ziel dieses Kapitels ist die Vermittlung von Denkmodellen, Hintergründen und Entscheidungspunkten bei der Umsetzung der Automatisierungstechnik in die Praxis.
  • Warum sind die Einführungszeiten für neue Technologien manchmal so lang?
  • Wie werden Fragen der Wirtschaftlichkeit bewertet?
  • Wo liegen heute die Grenzen für den Einsatz von Automatisierungstechnik in sehr großen Systemen?
  • Was kann getan werden, um Einführungsprozesse zu beschleunigen und Beteiligte mitzunehmen?
Diese Fragen sind natürlich sehr weitreichend und können hier nur kurz angerissen werden. Dennoch gibt dieses Kapitel einen Eindruck davon, auf welchen Pfaden neue Technologien den Weg in die Praxis finden können und welche grundsätzlichen Muster dabei bestimmend sind.
Michael Weyrich
11. Auf dem Weg in die Zukunft
Zusammenfassung
Niemand weiß, wie sich die Dinge in der Zukunft entwickeln werden. Gleichwohl kann man den Fortschritt und die Entwicklung der Automatisierungstechnik mit Methoden der Zukunftsforschung bearbeiten. Im Folgenden werden Reifegradmodelle vorgestellt, mit denen Entwicklungsmöglichkeiten skizzierbar werden. Außerdem wird auf aktuelle Trends eingegangen, um einen Eindruck zu vermitteln, wohin sich die Automatisierungstechnik zukünftig bewegen kann.
Dabei werden folgende Fragen beleuchtet:
  • Auf welchem Weg befindet sich die Automatisierungstechnik derzeit?
  • Wie lassen sich Entwicklungen mit Reifegradmodellen beurteilen und vergleichen?
  • Welche Entwicklungen sind absehbar? Und was kommt als Nächstes?
Dieses abschließende Kapitel wagt somit einen systematischen Ausblick auf die zukünftigen Entwicklungen, sodass sich die Chancen und Herausforderungen wenigstens schemenhaft abzeichnen.
Michael Weyrich
Backmatter
Metadaten
Titel
Industrielle Automatisierungs- und Informationstechnik
verfasst von
Michael Weyrich
Copyright-Jahr
2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-56355-7
Print ISBN
978-3-662-56354-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-56355-7

Neuer Inhalt

    Bildnachweise