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| 11.9.2008 Roboter sind auch nur Menschen Die Automatisierung ist auf dem Vormarsch, vor allem in Hochlohnländern. Automaten arbeiten oft schneller und qualitätskonstanter als der Mensch, aber dieser ist flexibler. In der Praxis stösst die Automatisierung oft an Grenzen.
Roboter sind auch Automaten. Karl Ruhm, Dozent am Institut für Mess- und Regeltechnik der ETH Zürich erklärt: «Automatik ist ein Konzept und Robotik eine instrumentelle Realisierung desselben». Aber er räumt ein, dass es in der Praxis keine klare Abgrenzung der Begriffe gibt. Roboter sind Formen der Automatisierung, bei denen während des Betriebs keine menschlichen Eingriffe nötig sind, allerdings immer noch Kontrollen. Sie bewegen sich oft in allen drei Dimensionen; es gibt auch ein- oder zweidimensionale Versionen. Teilweise heben sie schwere Lasten wie bei Verpackungs- und Palettierfunktionen, aber sie können auch Grammgewichte schnell und präzis bewegen. Ein Beispiel ist das Verpacken von Pralinés mehrerer Sorten in Blister zu einer assortierten Verkaufseinheit. Während Roboter als Vollautomaten gelten, gibt es auch Halbautomaten, die mehr menschliche Mitarbeit erfordern. Von einem Vollautomat spricht man, wenn mehrere Sollwerte gesteuert oder geregelt werden und auf Knopfdruck alle Vorgänge einer Prozesskette selbsttätig ablaufen: Ein Kaffee-Vollautomat mahlt auf Knopfdruck die Bohnen, dosiert die programmierte Menge Kaffee und Wasser, brüht mit programmierter Temperatur und Druck und wirft den Kaffeesatz selbsttätig aus. Beim Halbautomaten wird das Kaffeemehl von Hand in den Siebträger transferiert, und nur die Wassertemperatur und allenfalls die Wassermenge werden geregelt. Der Kaffeesatz wird von Hand entfernt. «Viele Vollautomaten wie Kaffeemaschinen oder Autowaschanlagen könnten durchaus als Roboter bezeichnet werden», so Ruhm. Die ETH forscht intensiv in Fachgebieten der Automatik und führt Institute für Automatik, Mess- und Regeltechnik und Robotik. Ausserdem gibt es seit 1956 eine Schweizerische Gesellschaft für Automatik SGA (www.sga-asspa.ch).
Lernfähige Automaten Bei programmierbaren Vollautomaten kann man die Sollwerte und deren Verläufe der einzelnen Schritte wählen. Ein Beispiel ist die vollautomatische Schneidmaschine des Metzgereilieferanten Bizerba, die Programmparameter enthält für Scheibenanzahl, Fächerabstand, Portionenanzahl, Portionenabstand, Schnittstärke, Ablegeform, Stapeln sowie Fächern mit variablem Fächerabstand. In der heutigen Zeit der Computerisierung sind fast alle Vollautomaten programmierbar. Eine Besonderheit sind lernfähige Automaten. Solche «intelligenten» Systeme sind fähig, für ihre Aktionen nicht nur aktuelle Messwerte zu nutzen, sondern auch frühere. So lernen sie aus «gespeicherten Erfahrungen» und machen weniger Fehler oder Umwege. Automaten gelten als qualitätskonstant, Menschen dagegen als flexibel. Dies stimmt in der Praxis, aber daraus darf nicht gefolgert werden, dass Maschinen zwangsläufig weniger flexibel arbeiten (weil sie Maschinen sind). Um höhere Anforderungen zu erfüllen, können die Konstrukteure durchaus mehr und genauere Sensoren, Regelkreise und Aktoren einbauen, was die Konstruktionen allerdings verteuert. Die Maschinenbaufirmen verfolgen eine Optimierung zwischen Kosten und Nutzen. So ist etwa ein Roboter, der Teigstränge zu Zöpfen flicht, nicht unkonstruierbar, aber unrentabel. Auch in der neuen vollautomatischen Brotfabrik Hicopain in Dagmersellen werden Zöpfe von Hand gefochten. Wären jedoch die Nachfrage nach Zöpfen sowie die Personalkosten der FlechterInnen ein Vielfaches höher, kämen durchaus Flechtroboter auf den Markt.
Automatik-Glossar: Was heisst «automatisch», «programmierbar» und «geregelt»? Ist-Wert: Der tatsächliche, momentane Wert einer Messgrösse im Prozess, z.B. Temperatur, Feuchte, Zeit, Distanz, Viskosität, pH-Wert. Mess-Wert: Der durch den Messprozess ausgegebene Wert einer Grösse, möglichst inline und verzögerungsfrei erfasst. Soll-Wert: Angestrebter Wert mit einer prozessrelevanten zulässigen Toleranz. Sensor: Einrichtung zur Erfassung einer Messgrösse (Informationserfassung). Aktor: Mechanismus, der dank der Informations-Rückführung aus dem Steuerungs- und Regelungsprozess die Korrektur im Prozess durchführt (früher Stellglied genannt). Steuerung: Ein Programm greift auf Grund detaillierter Informationen und Messdaten über Aktoren in einen Prozess ein. Es besteht keine Rückführung (Kontrolle des Erfolgs) wie bei der Regelung. Die Steuerung ist deshalb empfindlich auf Störgrössen im Prozess. Regelung: Die Regelung basiert auf der Grundstruktur der Steuerung, aber man gibt einen Sollwert für eine Regelgrösse vor. Ein Sensor misst den zugehörigen Istwert, der Prozessor vergleicht ihn in vorbestimmten Intervallen mit dem Sollwert und korrigiert über einen Aktor die Stellgrösse. Diese Rückführung (Kontrolle des Erfolgs) schliesst den so genannten Regelkreis. Da die Korrektur meistens mit Verzögerung geschieht, kann der Messwert den Sollwert überschwingen, bevor sich die Korrektur des Reglers auswirkt. Der Ist-Wert-Verlauf zeigt daher häufig ein leicht schwingendes Verhalten. Je besser der Regler, desto weniger stark schwingt die Regelgrösse und desto rascher erreicht der Istwert den Sollwert. Besonders ausgeklügelte Regler heissen «Proportional-Integral-Differenzial-Regler» oder kurz «PID-Regler». Regelkreise sind stabilitätsgefährdet aber einigermassen robust gegenüber Störgrössen im Prozess. Programm: Ein Ablaufprogramm besteht aus mehreren kriteriengesteuerten Stufen, die der Reihe nach ablaufen. Die Sollwerte von Regelkreisen der einzelnen Stufen sind wählbar (programmierbar). Die Begriffe Programm und Regelung sind daher nicht deckungsgleich. Automatik: Ein Konzept der Rationalisierung: Im täglichen Sprachgebrauch umfasst sie alle automatisch ablaufenden Tätigkeiten eines Apparates, auch das einfache zeitgesteuerte Abstellen. Sie basiert meistens auf Messungen, Steuerungen, Regelungen und Eingriffen in den Prozess. Robotik: Instrumentelle Form der Automatik: Im Sprachgebrauch gelten Maschinen mit Greifarmen, die Objekte in drei Dimensionen bewegen, als Roboter. Der Begriff ist aber umfassender. «Menschliche» Roboter bewegen sich zusätzlich von einem Ort zum andern und besitzen als «Augen» Sensoren, die physikalische Grössen messen. Der Begriff Roboter stammt aus dem Slawischen und bedeutet Arbeiter.
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