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Arbeitswelt der Zukunft: Hört sich doch super an! Die intelligente Fabrik steuert alles von ganz allein – der Mensch steht dabei im Mittelpunkt. Denn dort wo er noch mitarbeiten soll, wird er sogar von Assistenzsystemen unterstützt. Na dann, her damit! Gemach, lächeln die Forscher. Vieles davon, was „Industrie 4.0“ für diese Arbeitswelt der Zukunft tatsächlich bedeuten wird, erforschen Wissenschaftler und Ingenieure heute noch in Testumgebungen.

Die Stätten der Experimente zur Arbeitswelt der Zukunft sind über ganz Deutschland verstreut. Ob DFKI oder Fraunhofer, ob Universitäten oder innovative Unternehmen – diverse Institutionen und Firmen arbeiten aktuell an Forschungsprojekten rund um das Thema Arbeitswelt der Zukunft in der Industrie 4.0. Und die Betonung liegt tatsächlich auf „Forschung“. Denn von „Kannste alles schon haben… Musst nur digitalisieren…“ sind wir noch ein gutes Stück entfernt.

Beschäftigt man sich genauer mit der neuesten industriellen Revolution, stellt man fest: Es gibt viele Ideen und viele Pilotprojekte, aber noch ganz viel davon noch weit weg von Serienreife. Und warum auch nicht? Bei den vorangegangenen industriellen Revolutionen, klappte es ja auch nicht von einem Tag auf den anderen. Die Arbeitswelt der Zukunft und damit Industrie 4.0 wird also Zeit brauchen. Und digitale Forschung.

Übrigens, wenn Sie sich fragen, was der Begriff „Industrie 4.0″ eigentlich genau aussagt, und was demnach die vorherigen Stufen 1.0 bis 3.0 waren – der folgende kurze Videoclip erklärt es:

Warum sollte der eine oder andere Durchbruch also bei Industrie 4.0 nicht auch ein paar Takte dauern dürfen? Deshalb stellen wir Ihnen im Folgenden Beispiele vor, woran die Forscher gerade noch tüfteln.

Die Arbeitswelt der Zukunft – aber bitte der Mensch im Mittelpunkt

Den Menschen als wichtigen Faktor in der Fabrik der Zukunft sehen etwa die Zukunftsforscher am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München in Garching. Das folgende rund fünf-minütige Video zeigt, wie Assistenzfunktionen für ältere Mitarbeiter aussehen könnten, damit deren Wissen und Erfahrung so lange wie möglich im Unternehmen zur Verfügung stehen:

Der Arbeitsplatz an einer Montagelinie etwa erkennt den jeweiligen Mitarbeiter und passt die Arbeitsbedingungen individuell an. Außerdem wird dem Mitarbeiter Unterstützung bei der Montage einzelner Komponenten angeboten. Haben die Mitarbeiter verschiedene Muttersprachen? Kein Problem. Das intelligente System entscheidet, wie dem jeweiligen Mitarbeiter am besten zu helfen ist und schickt zum Beispiel einen Experten mit der geeigneten Sprachkompetenz.

Für die Forscher ist außerdem wichtig, dass in der Arbeitswelt der Zukunft nicht die Maschine, sondern der Mensch den Arbeitstakt bestimmt. Dazu misst zum ein Wearable misst den Puls. Ist ein Mitarbeiter mit einer Aufgabe überfordert, gerät er in Stress. Wird ein Grenzwert überschritten, reagiert das System deshalb und fordert einen zusätzlichen Arbeiter an oder stellt die Produktion auf eine andere Reihenfolge um, bis sich die Situation wieder beruhigt hat. Das Taktsystem kann auch dahingehend angepasst werden, dass zwar weniger Produkte fertiggestellt werden, diese jedoch mit höherer Qualität.

EU-Forschungsprojekt

Auch das Forschungsprojekt „Worker Centric Workplaces in Smart Factories“, kurz „FACTS4WORKERS“, rückt den Menschen ins Zentrum moderner Produktionen. 15 europäische Forschungspartner sind daran beteiligt. Die Forschungsinitiative wird im Rahmen von Horizont 2020 gefördert – einem Programm der Europäischen Kommission zur Förderung von Forschung und Innovation, das für den Zeitraum 2014 bis 2020 angelegt ist.

Die ausführliche Presseerklärung des Projektpartners Evolaris vom Herbst 2015 umfasst viele der Punkte, die bei der Forschung im Rahmen von Industrie 4.0 eine Rolle spielen, etwa:

• Smart Worker werden in der Smart Factory durch Informations- und Kommunikationstechnologie unterstützt.
• Datenbrillen und Wearables liefern geeignete Ein- und Ausgabemöglichkeiten für viele Anwendungsfälle.
• Mobile, personalisierte und situationsadaptive Lernsysteme unterstützen lebenslanges Lernen.
• Die Digitalisierung wird durch „cyber-physische Systeme“ die gesamten Wertschöpfungsnetzwerke betreffen.
• Individualisierung und schrumpfende Losgrößen werden im Produktionsprozess immer wichtiger.

Die Arbeitswelt der Zukunft heißt auch Smart Factory

Schon vor einigen Jahren wurde – unter anderem mit den Schlagworten „cyber-physische Systeme“ und „Internet der Dinge“ – die „Smart Factory“ des Deutschen Forschungsinstituts für künstliche Intelligenz (DFKI) in Kaiserslautern ein Vorzeigeprojekt in Sachen Industrie 4.0. Damals hatten wir die Gelegenheit, uns für das folgende rund vier-minütige Video für ein Mittelstandsmagazin diese intelligente Fabrik genauer anzusehen.

„Das Internet ist in der Fabrik angekommen.“
Prof. Dr. Wolfgang Wahlster, Vorsitzender der Geschäftsführung des DFKI

Die einzelnen Teile der Fabrik kommunizieren über das Internet-Protokolle miteinander, und statt einer zentralen Steuerung gibt der Rohling die Befehle. Wie die vernetzte Produktion ablaufen kann, wurde in der Testanlage am Beispiel Flüssigseife verdeutlicht. Jeder Artikel verfügt via RFID-Tag über ein elektronisches Produktgedächtnis, das an jeder Station ausgelesen und neu beschrieben wird. Jede Flasche wird dann je nach Vorgabe individuell farblich gefüllt, mit passend sortiertem Dispenser verschlossen und mit korrektem Etikett versehen. Die Anlage besteht aus einzelnen Modulen, die über RFID-Tags, NFC-Tracker, QR-Codes und Funksensoren miteinander vernetzt sind. Einzelne Module können daher eigenständig entwickelt und ergänzt werden. Auch Interoperabilität ist den Forschern wichtig, damit Hersteller-unabhängig verschiedene Komponenten verwendet werden können. Das einbinden der Mitarbeiter in diese intelligente Fabrik und damit in die Arbeitswelt der Zukunft war zu diesem Zeitpunkt noch nicht der Fokus. Erstmal ging es um die Kommunikation von allem mit allem.

3D und die Losgröße 1

Sie scheint im Zeitalter von Industrie 4.0  das Maß der Dinge zu sein: Die Losgröße 1. Das Schlagwort sagt aus, dass bei Bedarf jedes Werkstück beziehungsweise Produkt unterschiedlich ausgelegt und somit exakt an den Bedarf seines Käufers oder Auftraggebers angepasst sein kann. Und wenn es darum geht, solche individuellen Einzelstücke kostengünstig zu produzieren, ist 3D-Druck ein vielversprechender Kandidat für die Herstellung. Mit diesem Verfahren ist tatsächlich schon sehr viel im realen Betrieb möglich. Doch auch in diesem Bereich ist Know-how gefragt – und daher die Frage durchaus relevant: Soll man im eigenen Unternehmen selbst drucken oder extern drucken lassen? Für das folgende rund drei-minütige Video haben wir einen Münchner Industriedesigner besucht, der die Möglichkeiten von 3D-Druck in seinem Unternehmen nutzt, jedoch Beratung und Service lieber in die Hände eines Profis legt. 3D-Druck wird bei ihm eingesetzt, wenn Präzision gefragt ist – klassische Modelle dann, wenn es schnell gehen muss:

Doch auch in Sachen Geschwindigkeit tut sich beim 3D-Druck einiges. Zu diesem Thema lohnt sich ein Blick über den großen Teich. Musste man bislang oft mit stundenlangen Wartezeiten rechnen, zeigt das 2013 im Silicon Valley gegründete Startup  Carbon 3D, dass es auch anders gehen kann: Ein Mini-Eiffelturm entsteht im folgenden 45-Sekunden-Video (Zeitraffer) in unter 7 Minuten (Echtzeit). Das dafür eingesetzte Verfahren heißt Continuous Liquid Interface Production (CLIP). Wie etwa in Spiegel Online Wissenschaft beschrieben, nutzt diese 3D-Drucktechnik die sogenannte Photopolymerisation: Das gewünschte Muster wird mit UV-Licht von unten auf eine Flüssigkeit aus Monomeren projiziert. Die Moleküle verbinden sich, der Kunststoff härtet aus. Damit nur eine dünne Schicht aushärtet, leiten die Forscher von unten Sauerstoff in das Harz, der das Aushärten in der sogenannten toten Zone verhindert. Da das Objekt langsam aus dem Harz gezogen wird, entsteht Lage für Lage das gewünschte 3D-Objekt. Ähnlich wie beim klassischen 3D-Druck, jedoch viel schneller.

Fabrik auf Zeit

Geschwindigkeit war auch ein Argument für Designer Clemens Weisshaar bei seiner Installation RoboChop, mit der er auf der CeBIT 2015 in Hannover im Rahmen der Innovationsplattform CODE_n für Furore sorgte. Dabei sägen Industrieroboter individuelle Formen so in einen Hartschaum-Würfel, wie Nutzer sie über eine App vorab designt haben. Dafür ist kein Vorwissen beim Anwender nötig. Das Know-how übernimmt die Software der Maschine, die den Nutzer auch vor Fehlern schützt. Die Idee dahinter ist, dass in Zukunft auch kleine und mittelständische Betriebe die Vorteile von Industrieanlagen nützen können – genau zu dem Zeitpunkt, die Zeitdauer und die Stückzahl, die der Auftraggeber benötigt. So eine Fabrik auf Zeit dürfte die idealen Voraussetzungen dafür mitbringen, die Produktion einer Losgröße 1 umzusetzen:

Wegweisend

Sie würden sich von alledem gern Ihr eigenes Bild machen? Kein Problem: Wo sich in Deutschland die verschiedenen Test- und Kompetenzzentren zu Industrie 4.0 oder bereits konkrete Anwendungsbeispiele finden lassen, wird auf der Website der Plattform Industrie 4.0 übersichtlich dargestellt. Hier kann man über eine interaktive Landkarte derzeit bereits mehr als 200 Anwendungsbeispiele von Institutionen und Unternehmen, sowie aktuell 30 Test- und Kompetenzzentren aufrufen und erhält Informationen zu den jeweiligen Projekten.