Industrie 4.0: die Kollaboration von Mensch und Maschine

Roboter haben es auch nicht immer leicht

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Arbeitswelten | Industrie 4.0 wird heute überwiegend als technologischer Ansatz verstanden. Dabei ist und bleibt der Mensch der wichtigste Faktor in der Fabrikhalle der Zukunft. Eine Analyse der Auswirkungen und Erwartungen auf die humanoide Arbeitswelt von morgen.

Michael GruppJournalist in Stuttgart

Selbstorganisierende Produktionsprozesse in menschenleeren Fabrikhallen – so wird häufig die Arbeitswelt von morgen beschrieben. Dabei ist das mehr Fiction als Science. Der Mensch bleibt Zentrum aller Aktivitäten. Allerdings werden sich die Anforderungen an Ausbildung, Arbeitsleistung und an die Kollaboration mit Maschinen ändern. Den aktuellen Stand der Forschung bringt die Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO „Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0“ auf den Punkt. Demnach gehört die Zukunft nicht Mensch oder Maschine, sondern Mensch UND Maschine. Denn der Mensch besitzt assoziative, sensorische und taktile Fähigkeiten, die auch in Zukunft nicht von Maschinen oder Computern ersetzt werden können.
Menschen sind erstaunlich flexibel und beherrschen innerhalb kürzester Zeit eine Fülle von Aufgaben. Maschinen dagegen sind in gewissem Rahmen statisch. Sie sind für eine Aufgabe ausgelegt und die können sie gut. Aber eben nur diese eine. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der automatisierbare Anteil der Arbeit weiter konsequent automatisiert werden wird. In diesem Rahmen stellt Professor Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer IPA fest: „Der Trend geht immer mehr zu kreativen Tätigkeiten: Benötigt werden Innovationsprozesse, kreative Geschäftsmodell-Entwicklungsprozesse, und wir brauchen die Entwicklung von neuen Technologien – hier ist der Mensch gefragt. Beim Betrieb dieser Technologien muss der Mensch gleichzeitig planerisch und ausführend tätig sein. Er muss dort zur Verfügung stehen, wo die Maschine nicht weiterkommt.“
Andere Experten pflichten an gleicher Stelle bei: „Die Fabrik der Zukunft ist ebenso wenig menschenleer, wie heutige Büros papierlos sind“, meint etwa Dr. Klaus Mittelbach, Vorsitzender der Geschäftsführung beim Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI).
Gute Nachrichten also für die mehr als 7,7 Millionen Beschäftigten im deutschen Produktionssektor? Ja und Nein. Experten prognostizieren eine Veränderung der Beschäftigung von rund 1,5 Millionen Arbeitsplätzen – nach oben oder unten, soweit die aktuelle Bandbreite der Prognosen. Die Boston Consulting Group zählt zu den Optimisten und erwartet in den nächsten zehn Jahren allein im deutschen Maschinenbau 100 000 neue Arbeitsplätze. Die Ursache sieht BCG in einer gesteigerten Produktivität, die 4 bis 15 Prozent der Gesamtkosten ausmachen kann. Das entspräche in Summe einem zusätzlichen Wachstum von 1,1 Prozent des Bruttoinlandsproduktes. Die tatsächliche Entwicklung wird vom Automatisierungsgrad, den Lohnkosten und weiteren Schlüsselfaktoren abhängen. Aktuell kostet eine Arbeitnehmerstunde in Deutschland knapp 40 Euro. Im Vergleich: Die USA liegen bei 28 Euro, Japan bei 22 Euro, China bei 5 Euro. Trotz der relativ hohen Arbeitskosten in Deutschland sehen nahezu alle (97 %) im Rahmen der Fraunhofer-Studie befragten Unternehmen menschliche Arbeit in der Produktion weiterhin als entscheidend an.
Irren ist menschlich. Angst auch.
In der Produktion der Zukunft werden Menschen zunehmend eine steuernde Funktion einnehmen. Harte Muskelarbeit und den einfacheren Teil der Denkarbeit übernehmen Maschinen. Die Bedeutung handwerklicher Fähigkeiten nimmt in gleichem Maße ab. Das Anforderungsprofil an die Menschen wird sich auf allen Ebenen ändern. Das erfordert die Investition nicht nur in Industrie 4.0-Prozesse, sondern auch in die Ausbildung- und Fortbildung. Akzeptanz erwächst aus Wissen. Wenn ein Mensch versteht, was Industrie 4.0 für seinen Arbeitsplatz bedeutet, dann akzeptiert er auch Veränderungen. Dabei sind die Ausgangssituationen durchaus unterschiedlich. Digital Natives fragen sich zum Beispiel, warum sie nicht alle Maschinen über Tablets steuern können. Oder warum die Arbeitseinteilung nicht über SmartPhones via Social Media kommuniziert wird. Ältere Mitarbeiter dürfen andererseits nicht mit dem Klischee belastet werden, dass sie unzugänglich für moderne Informations- und Kommunikationsmitteln sind. Sie müssen mitgenommen werden und zeigen dann auch Begeisterung.
Widerstände wachsen aber nicht nur in der Produktionshalle, sondern auch in den Management-Etagen. Auch dort wird sich das Anforderungsprofil wandeln: Die Unterschiede zwischen Entscheider und Produktionsarbeiter werden sich verringern. Von Führungskräften wird vermehrt Engineering- und Fach-Wissen gefordert – betriebswirtschaftliche Kenntnisse reichen im Rahmen von Industrie 4.0-Strategien nicht mehr aus. Vorgesetzte müssen zukünftig die bestehenden Fertigungsmethoden und Logistikketten genau kennen, verstehen und gegebenenfalls optimieren können. Zwar wird die Leitungsebene durch die dezentrale Selbstorganisation der Systeme in punkto Planungs- und Steuerungsfunktionen entlastet – mit Industrie 4.0-Systemen kommt ein Hierarchieabbau innerhalb der Fabrikorganisation. Insgesamt werden Führungskräfte nach Einschätzung vieler Experten durch Industrie 4.0-Technologien von Standardaufgaben in der Chefetage entlastet. Sie werden wieder vermehrt am Ort des Geschehens wirken: nahe bei der Produktion und mitten im Team. Das klassische Shopfloor Management gewinnt damit an Bedeutung. Und angesichts der Systemkomplexität wird dem „trouble shooting“ eine wachsende Bedeutung zukommen.
Die Angst des Menschen, durch Maschinen ersetzt zu werden, ist so alt wie Ablösung des Webstuhls durch die Webmaschine. Die Ängste des Managements sind diffiziler: Innerhalb vernetzter Strukturen sind nicht nur die Anforderungen komplexer, im System können auch Entscheidungen transparent nachvollzogen und exakt evaluiert werden. Vom Manager zum Teamplayer: Dieser Wechsel wird in Deutschland Zeit und Geduld brauchen, weil die Organisation nach Abteilungen in unserer Firmenstruktur verwurzelt ist. Eine strategische Neuausrichtung kann aber nur gelingen, wenn das Management Mitarbeiter in die Veränderungen einbindet und sie nicht nur verwaltet. Dazu zählen Vorab-Informationen, Umfragen, der Aufbau von Teamgeist, die Akzeptanz anderer Meinungen und gegebenenfalls auch die Modifikation der eigenen Pläne. Auf lange Sicht bietet die Teamorientierung aber nur Vorteile – für das Unternehmen, für Entscheider, für Mitarbeiter. Alle Beteiligten werden durch gemeinsame Zielerfüllung eine höhere Befriedigung finden. Die Verfügbarkeit von Informationen erleichtert den Einstieg in eigenverantwortliches Handeln, im Gegensatz zum bloßen Ausführen von erteilten Aufgaben.
Wissen ist Macht: die Ausbildung
Früher reichte eine Ausbildung oder ein Studium für ein ganzes Arbeitsleben. Heute kommen Innovationszyklen deutlich schneller als die Ausbildungszyklen. In Folge wird interdisziplinäre Aus- und Weiterbildung zur Voraussetzung für erfolgreiche Unternehmen. Allerdings sind nach Einschätzung der Ludwig-Maximilians-Universität die Berufsschulen und Universitäten nicht ausreichend vorbereitet. „Ausbildung ist häufig noch auf die Anforderungen des 19. und 20. Jahrhunderts ausgerichtet“ stellen die Münchner im Rahmen einer Untersuchung fest, die sich mit den Auswirkungen der Digitalisierung auf die Arbeitswelt beschäftigt. Mittlerweile kommt aber Bewegung in die Unterrichtspläne. Das belegt Jörg Friedrich, Leiter der Abteilung Bildung beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA): „Wir erarbeiten gerade neue Inhalte für die Ausbildung in den Metall- und Elektroberufen“.
Das Problem dabei: Es lässt sich nicht für alle Berufe vorhersagen, wie sehr vernetzte Produktionsstrukturen sie verändern werden. Klar ist nur: Die Grenzen zwischen den Berufsbildern schwinden. Nach einer Ausbildung zum Instandhalter warten Nachwuchskräfte heute zum Beispiel nicht nur Maschinen, sondern arbeiten darüber hinaus mit Robotern und werten für Predictive Maintenance Daten in Echtzeit aus. Diese Flexibilität bringt nicht jeder mit. Der Kampf um die besten Köpfe wird sich daher intensivieren.
Neue Berufe oder ein neues Ausbildungssystem sieht der VDMA indes nicht. Laut der Studie „Industrie 4.0 – Qualifizierung 2025“ werden das Duale Studium und die bestehenden beruflichen Fortbildungssysteme sogar noch wichtiger werden. Der klassische Meister wird laut VDMA allerdings an Bedeutung verlieren. An seine Stelle tritt der fachübergreifend ausgebildete Spezialist mit IT-Erfahrung, der lebenslang lernt. On-The-Job, im unternehmenseigenen Trainingszentrum und/oder durch externe Schulungsangebote. Dr. Manfred Wittenstein, Vorstand für Technologie und Innovation bei der Wittenstein AG, bringt in der erwähnten IAO-Studie die Meinung vieler Experten auf den Punkt: „Wir müssen die Informations- und die Produktionstechnik näher zusammenbringen und diese Gebiete vereinen, beispielsweise in einer Ausbildung zum Produktionsinformatiker. Wir brauchen dort keine Informatiker – die werden nicht die Probleme der Produktion lösen. Wir müssen die Verständigung zwischen den Einzeldisziplinen weiter verstärken, damit die Probleme in eine Informatiksprache übersetzt werden können“.
Flexibilität von Maschine und Mensch
Was wird sich direkt an den Arbeitsplätzen ändern? Volatile Märkte, vernetzte Strukturen und kleinere Losgrößen erfordern nicht nur Flexibilität in den Prozessen, sondern auch von allen handelnden Personen. Bereits heute weicht in sechs von zehn Unternehmen mindestens einmal pro Woche die tatsächliche Arbeitszeit um mehr als 30 Minuten von der Normarbeitszeit ab. Die Organisation zukünftiger Arbeitspläne ist mit klassischen Methoden nicht zu schaffen. Deshalb werden Mitarbeiter im Rahmen von Industrie 4.0 ebenfalls mit modernen Kommunikationstechnologien ausgestattet. Borg-Warner in Ludwigsburg, Zulieferer der Automobilindustrie für Komponenten und Systeme für den Antriebsstrang, hat zum Beispiel eine App eingeführt, mit der sich alle Mitarbeiter über ihre Smartphones aktiv für außerordentliche Projekteinsätze bewerben können.
Weitere Hardware wird die Mensch-Maschine-Kommunikation vereinfachen: Augmented-Assistenzsysteme. Das könnte so aussehen wie bei VW in Wolfsburg. Dort wird in der Produktionslogistik bereits eine 3D-Datenbrille genutzt. Der Träger erhält in seinem Sichtfeld Informationen zu Komponenten, zum Beispiel die Teilenummer. Entnimmt der Mitarbeiter ein falsches Teil, wird er durch eine rote Einblendung gewarnt. Mit der Datenbrille hat der Mitarbeiter beide Hände frei und wird durch die Kamera visuell unterstützt. So kann er qualifizierter als bisher eingesetzt werden. Er geht durch die Halle und sieht sofort, wo sein Auftrag ist.
Die Zukunft der Zukunft
Was bringt Industrie 4.0 dem Menschen im Unternehmen? Die Prognosen fallen erwartungsgemäß unterschiedlich aus. Manche Experten sehen in Industrie 4.0 die Lösung des demographischen Wandels. Professor Wahlster, Experte für künstliche Intelligenz, sagt in der Studie „Produktionsarbeit der Zukunft“ voraus: „Wir wissen, dass Fachkräfte aufgrund des demografischen Wandels in Zukunft wahrscheinlich länger arbeiten müssen. Dafür brauchen wir eine Fähigkeitsunterstützung mithilfe einer neuen Generation industrieller Assistenzsysteme im physischen aber auch im kognitiven Bereich, damit auch ältere Arbeiter ihre immer komplexeren Aufgaben ohne Gesundheitsbelastungen und mit Freude an der Arbeit bewältigen können.“ Andere warnen dagegen vor dem Schreckgespenst des gläsernen Arbeiters unter der Fuchtel der totalen Datenkontrolle. Die Wahrheit ist wohl nicht so einfach. Industrie 4.0 wird inzwischen durchaus kontrovers diskutiert, die ersten Roboter wurden schon wieder abgebaut. Zum Beispiel bei Toyota. Nach mehreren kostspieligen Rückrufaktionen werden dort wieder verstärkt manuelle Arbeitsplätze eingeführt.
Roboter haben es eben auch nicht immer leicht.

Weiterführende Informationen:
Ausführliche Informationen zum Thema finden Sie in der Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO: „Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0“

Die Serie rundum Industrie 4.0
Wir begleiten Sie auf Ihrem Weg zu Industrie 4.0: In Form einer Artikelreihe, die Impulse, Informationen und Erfahrungen an die Hand gibt. Teil 1 startete in Ausgabe 8 des Industrieanzeigers: „Der digitale Wandel ist Chefsache“. Teil 2 untersuchte in Heft 11 die Forschungsanlage Smart Factory KL. Hier und heute folgt eine Analyse der Auswirkungen von Industrie 4.0 auf Arbeitsorganisation und Arbeitsplatzgestaltung. Was bedeutet es für Menschen, eine Maschine als Kollegen zu haben? Wenn Sie tiefer in die Materie einsteigen möchten, finden Sie in unserer Schwesterzeitschrift „Elektro Automation“ ergänzende Informationen.
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