Automatisierung komplexer Industrieprozesse

Die erfolgreiche Automatisierung von industriellen Prozessen erfordert ganzheitliche Ansätze. Das zu betrachtende System besteht aus den Märkten, die auf Grund der aktuellen Marktstrukturen, Kundenanforderungen und Mitbewerber die herzustellenden Produkte in Qualität, Funktion und Preis mitdeflnieren, dem industriellen Unternehmen, das seine Aufbau- und Ablauforganisation auf die strategischen Ziele hin optimiert, und den verfugbaren technologischen Komponenten und Verfahren der Produktions- und Automatisierungstechnik, die zur Umsetzung der Produktkonzepte und damit zur Erreichung der Ziele erforderlich sind. Alle am System beteiligten Prozesse funktionieren nur, wenn die Kommunikations- und Informationsflüsse optimal ablaufen.

Der Systembegriff spielt in der Automatisierungstechnik eine wichtige Rolle. Ein dynamisches System lässt sich durch seine zeitabhängigen inneren Zustandsgrößen x _i(t), durch die Ein- und Ausgangsgrößen u _j(t) und y _k(t) sowie durch die Führungs-und Störgrößen u _l(t) und y _m(t) beschreiben (Abb. 3). Bei dieser Beschreibung treten im Allgemeinen Differentialgleichungen auf, die sowohl die Systemgrößen wie auch deren zeitliche Ableitungen beinhalten. In vielen Fällen werden die dabei auftretenden Gleichungen nichtlinear sein. Oft ist es nicht möglich oder zweckmäßig, ein System auf der Basis von Differentialgleichungen zu beschreiben. Man denke beispielsweise an eine Steuerung, deren Systemverhalten durch das Steuerprogramm definiert ist, oder an das „Systemverhalten“ eines menschlichen Anlagenbedieners.

Die Automatisierung komplexer Industrieprozesse ist eng mit der Erzeugung, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationsflüssen verbunden. Im vorliegenden Kapitel soll zunächst der Informationsbegriff erklärt und die damit verbundenen Informationsmodelle besprochen werden. In weiterer Folge werden dann informationstheoretische und systemische Aspekte der Informationsverarbeitung in der Automatisierungstechnik behandelt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Informationsintegration, und zwar in ihrer fortgeschrittenen Form mit dezentraler Informationsverarbeitung, sowie die so genannten CA-X-Supporttechnologien. Es handelt sich dabei um computerbasierte Technologien, die Unternehmensprozesse unterstützen. Kapitel 5 widmet sich dann einem Aspekt für zukünftige Entwicklungen, der Informationsverarbeitung in kognitiven Systemen.

In diesem Kapitel werden überblicksmäßig die wichtigsten Konzepte und Komponenten der Leittechnik behandelt. Der Schwerpunkt der Betrachtungen liegt auf Anwendungen der Verfahrensindustrie. Wir gehen zunächst von der Definition einiger wichtiger Begriffe aus und diskutieren dann leittechnische Einrichtungen und Methoden.

Eine der grundlegenden Aufgaben der Automatisierungstechnik ist die Nachbildung von menschlicher Arbeits- und Denkkraft durch Maschinen. Im Zusammenhang mit der Informationsverarbeitung tritt hier die Frage auf, wie menschliche Wahrnehmungs-, Denk- und Entscheidungsprozesse auf maschinelle Systeme abgebildet werden können.

Ein Unternehmen setzt Handlungen zur Erreichung seiner strategischen Ziele. Die strategischen Ziele wiederum basieren auf den Grundtriebkräften