Walter Mayrhofer, David Kames, Sebastian Schlund

Walter Mayrhofer, David Kames, Sebastian Schlund

Foto: TU Wien Pilotfabrik Industrie 4.0 (c) Hanns Maier

Made in Austria 2020: Einsatz von Assistenzsystemen in der österreichischen Industrie

Seit 2018 führt die TU Wien eine Panelbefragung zum Thema Produktionsarbeit in Österreich durch. Dabei werden allgemeine Fragen zur strategischen, operativen und wirtschaftlichen Situation produzierender Unternehmen durch spezifischere Fragen hinsichtlich der Anwendung bestimmter Technologien ergänzt. Im heurigen Jahr standen insbesondere die Anwendung von Assistenzsystemen und kollaborationsfähiger Robotik im Mittelpunkt der Befragung. Obwohl die dazugehörige Studie erst im September erscheint, werden nachfolgend einige der Ergebnisse der diesjährigen Befragung vorgestellt, an der 108 Entscheidungsträger des österreichischen produzierenden Sektors teilnahmen.

Einleitung

Automatisierung ist das Thema der Stunde für die Produktion. Die aktuelle COVID19-Krise und die damit einhergehenden Einschränkungen für den produzierenden Sektor führen uns eindrücklich vor Augen, wie fragil tradierte volkswirtschaftliche Annahmen sind. Eine solche ist, dass menschliche Arbeit im produzierenden Gewerbe wesentlich flexibler nutzbar ist als Automatisierung. Diese Annahme gerät vor dem Hintergrund von Abstandsregeln, Schichtkohorten und dem Risiko der Quarantäne ganzer Belegschaften im Infektionsfall aktuell massiv unter Druck. Auf der anderen Seite ist die Vollautomatisierung von Produktionsprozessen mit Ausnahme der Prozessindustrie und der Massenproduktion keine wirkliche Alternative. Dies ist seit Jahrzehnten bekannt und obwohl die Kosten und Wirtschaftlichkeitsschwellen im Bereich der Automatisierung kontinuierlich abnehmen, läuft der Trend der Individualisierung von Produkten und die damit verbundene Variantenvielfalt bei gleichzeitiger Reduzierung der vom Kunden akzeptierten Lieferzeiten (Stichwort: Amazon) in die entgegengesetzte Richtung. Im Resultat stiegen beispielsweise die jährlichen Verkaufszahlen für Roboter im Schnitt von 2008 bis 2018 um 13 Prozent [1], bewegen sich aber absolut auf einem immer noch niedrigen Niveau. Für Österreich betrug die Roboterdichte im Jahr 2018 175 Roboter auf 10.000 Arbeitsplätze. Vor diesem Hintergrund erscheint die seit Jahren öffentlich tobende Substitutionsangst für Industriearbeitsplätze einigermaßen irrlichternd.

Die wirkliche Substitution menschlicher Arbeit verläuft viel langsamer, dafür aber tiefgreifend und führt dazu, dass die Wettbewerbsfähigkeit des österreichischen Produktionsstandortes immer noch gut ist. Seit Jahrzehnten verschiebt sich die Arbeitsteilung vom Menschen hin zu Maschinen und Algorithmen. Während aber in der Öffentlichkeit – und auch in der Forschung – regelmäßig Trends erscheinen, verschwinden und wiederauferstehen, vollzieht sich die Durchdringung von Industriearbeitsplätzen mit industriellen Assistenzsystemen weitgehend unberücksichtigt. Vor diesem Hintergrund erhebt die TU Wien einmal jährlich zentrale Aspekte der Produktionsarbeit für Österreich.

Industriepanel Made in Austria

Ziel des Industriepanels Made in Austria ist die regelmäßige und wissenschaftlich fundierte Darstellung der Ist-Situation von Produktionsarbeit in Österreich. Um die Zukunftserwartungen im Bereich der Produktionsarbeit in der österreichischen

Abbildung 1: Wettbewerbsfähigkeit österreichischer Produktionsstandorte im internationalen Vergleich

Abbildung 2: Einschätzung der Bedeutung menschlicher Arbeit an österreichischen Produktionsstandorten

Abbildung 3: Nutzung digitaler Assistenzsysteme in Produktion und produktionsnahen Bereichen im Jahr 2019

Industrie abschätzen zu können, werden Geschäftsführer_innen, Betriebsleiter_innen und Produktionsleiter_ innen aus produzierender Industrie und Gewerbe zu 30 Fragen zu den Themengebieten

„ Unternehmen, „ Markt, „ Wettbewerbsfähigkeit „ und Anwendung von Robotik und Assistenzsystemen

befragt. Um Aussagen über mittelund langfristige Entwicklungen treffen zu können (Längsschnitt-Studie), wird jedes Jahr derselbe Personenkreis in Form eines Panels befragt.

An der Panelbefragung Made in Austria: Produktionsarbeit in Österreich 2020 haben 108 Vertreter_innen aus 103 unterschiedlichen österreichischen Unternehmen teilgenommen. Der Unterschied zwischen der Anzahl der Befragten und der Anzahl der Unternehmen ergibt sich durch den Umstand, dass bei vier Unternehmen Vertreter_innen für unterschiedliche Werke am Panel teilgenommen haben.

Der Fokus der Untersuchung liegt auf produzierenden Unternehmen, was dadurch deutlich wird, dass bei den befragten Unternehmen etwa 55 % der Mitarbeiter_innen direkt in der Produktion oder in den produktionsnahen Bereichen tätig sind. Weiters ist anzumerken, dass die Befragung Anfang März 2020 beendet wurde und daher die eventuellen Veränderungen durch die COVID-19 Pandemie und deren wirtschaftlichen Auswirkungen noch nicht wiedergibt. Diese werden sich aber voraussichtlich im 2021er Paneldurchlauf wiederfinden.

Produktionsarbeit in Österreich

Österreich ist im internationalen Vergleich ein Land der Sachgüterproduktion. So lag der Anteil der Sachgüterproduktion im Jahr 2019 bei 21,9 % am österreichischen Bruttoinlandsprodukt [2]. Im Vergleich mit anderen europäischen Ländern liegt Österreich zwischen der Schweiz (21,0 %) und Deutschland (24,2 %) und bedeutend über dem EU-Durchschnitt von 18,8 %. Unter den Begriffen ‚Industrie 4.0‘ bzw. ‚Industrial Internet of Things‘ ist seit einigen Jahren die zukunftsgerechte Gestaltung der Sachgüterproduktion wieder verstärkt ins Interesse einer breiteren Öffentlichkeit

Abbildung 4: Art der eingesetzten Assistenzsysteme

Abbildung 5 Einsatz von kollaborationsfähigen Leichtbaurobotern

Abbildung 6: Gründe für den Einsatz kollaborationsfähiger Roboter gerückt. Aktuell erlebt die ProdukVersorgungsketten in den Blickpunkt tion eine Modernisierungswelle und der Betrachtung. Dabei zeigt sich, auch die Entwicklungen rund um COdass die Wettbewerbsfähigkeit der VID-19 rücken das Thema Automatiösterreichischen Produktionsstandsierung und die Rückverlagerung von orte im zweiten Jahr der Befragung Produktion zur Vereinfachung der zwar etwas schlechter als im Vorjahr, aber immer noch als überwiegend gut angesehen wird.

Bedeutung menschlicher Arbeit in der Produktion

Der Faktor Automatisierung spielt für die positive Beurteilung der Wettbewerbsfähigkeit der österreichischen Standorte eine bedeutende Rolle. Entgegen der Erwartung wird aber auch der menschlichen Arbeit in der Produktion in Österreich noch immer eine besondere Bedeutung (siehe Abbildung 2) zugeschrieben:

Trotz einer leichten Verschiebung von sehr großer zu großer Bedeutung sind noch immer fast 95 % der PanelteilnehmerInnen der Ansicht, dass menschliche Arbeit in der Produktion eine zentrale Rolle spielt. Spannend bleibt hierbei die Frage, wie sich diese Einschätzung in Hinblick auf die aktuelle Pandemie im Vergleich zum kommenden Jahr entwickelt.

Eine moderne Produktion, die neue Assistenzsysteme mit einer qualifizierten Arbeitskraft vereint, kann die Vorteile der Automatisierung mit der Flexibilität der manuellen Fertigung kombinieren. Die Bedeutung der menschlichen Arbeit könnte demnach wieder steigen, vor allem wenn es tatsächlich zu einer Rückkehr der Produktion und Montage nach Europa und Österreich kommt. Andererseits existiert dazu auch die Gegenhypothese, dass die Flexibilität menschlicher Arbeit durch die aktuellen Zugangs- und Arbeitseinschränkungen stark reduziert wird und dadurch ein neuer Automatisierungsschub entsteht.

Hohe Automatisierung bedingt auch eine hohe Qualifikation der MitarbeiterInnen um die technologischen Herausforderungen zu meistern. Daher war eine der Fragen an das Panel die Einschätzung hinsichtlich des Qualifikationsniveaus der Mitarbeiter am Standort Österreich, welches von 97 % der StudienteilnehmerInnen als gut bis sehr gut beurteilten. Dies ist auch als gute Grundlage für den erfolgreichen und effizienten Einsatz von Automatisierungstechnik und digitalen Assistenzsystemen im produzierenden Sektor zu werten.

Abbildung 7: Art der Zusammenarbeit von Mensch und Leichtbauroboter

Abbildung 8 Einsatz von Machine Learning in der Produktion

Abbildung 9: Einsatz von Algorithmen des maschinellen Lernens

Einsatz von Assistenzsystemen

Der Einsatz digitaler Assistenzsysteme hat mit einem Anteil von über 80 % inzwischen ein sehr hohes Niveau erreicht.

Bei der Art der eingesetzten Assistenzsysteme dominieren bildschirmbasierte und mobile Systeme, während projektionsbasierte Systeme (Spatial Augmented Reality) sowie Augmented und Virtual Reality-Geräte (v.a. Brillen) mit einem Einsatz bei etwa einem Fünftel der Unternehmen noch eine untergeordnete Bedeutung besitzen (diese Frage erlaubte Mehrfachnennungen). Neben den vorgegebenen Antwortmöglichkeiten wurde bei 2,4 % der befragten ein Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) System genannt.

Insgesamt ist der Einsatz von digitalen Assistenzsystemen an österreichischen Produktions- und Montagearbeitsplätzen auf dem Weg zur Standardausstattung.

Einsatz kollaborationsfähiger Robotik

Nicht zuletzt aufgrund der sinkenden Kosten hat der Einsatz von kollaborationsfähigen Leichtbaurobotern in den letzten Jahren zugenommen. Entgegen dieses Trends war in der diesjährigen Panelbefragung beim Einsatz kollaborativer Roboter fast über alle Antwortkategorien ein Rückgang bemerkbar, welcher eine gewisse Ernüchterung über die tatsächlich zu erwartenden praktischen Einsatzmöglichkeiten vermuten lässt (oder aber auch mit einer geringfügigen Änderung der Stichprobe zusammenhängen kann).

Eine mögliche Erklärung für diese Entwicklung liefern die Beweggründe kollaborationsfähiger Roboter (siehe Abbildung 6).

Bei dieser Frage kommt der Pioniergeist der österreichischen Industrie zum Vorschein. So gaben 30,3 % der Teilnehmer die „Erprobung neuer Technologien (Forschung und Innovation)“ als einen der Hauptgründe des Einsatzes an. Die Verbesserung der Arbeitsbedingungen für die Mitarbeiter, mit welcher die Leichtbaurobotik häufig umworben wird, motiviert die Unternehmen zur Anschaffung und liegt mit 29,3 % sogar knapp vor der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit mit 28,3 %. Auf den ersten Blick überraschend ist hingegen, dass die Erhöhung der Flexibilität nur eine geringfügige Rolle spielt. Eine mögliche Erklärung dafür liefert die nächste Frage, die den Unternehmen

mit 38,75 % der Nennungen, knapp gefolgt von Logistik mit 35,5 % und Instandhaltung mit 32,3 % dem Bereich Montage mit 22,6 %.

Einsatz digitaler Lernassistenzsysteme

Aufgrund des in den letzten Jahren vorherrschenden Arbeitskräftemangels und hoher Fluktuationsraten bei den ArbeitnehmerInnen, kommt dem Thema der arbeitsplatznahen Ausund Weiterbildung ein immer stärker werdendes Interesse entgegen. Interaktive digitale Lernassistenzsysteme unterstützen beim „Training on the Abbildung 10 Einsatz von digitalen Lernassistenzsystemen Job“ und sollen die Einschulung und Weiterbildung der MitarbeiterInnen gestellt wurde. Hier wurden die UnEinsatz von Algorithmen des maschischneller, effizienter und zielgenauer ternehmensvertreter nach der Art der nellen Lernens gestalten. umgesetzten Zusammenarbeit zwiBei 40,8 % der befragten Unterschen Mensch und Leichtbauroboter Mit der intensiven Vernetzung von nehmen werden digitale Lernassigefragt. Mit 11 % werden die meisten Maschinen, Sensoren und Menschen stenzsysteme für arbeitsplatznahes kollaborationsfähigen Roboter in Koentstehen hohe Datenmengen die beLernen in der Produktion und in Proexistenz genutzt und 9,3 % nutzen wältigt und genutzt werden müssen. duktionsnahen Bereichen eingesetzt. diese synchronisiert. Weiters gaben Aus diesem Grund wurde auch die Bei 57,5 % der befragten Unternur 7,1 % der Befragten an, dass die Frage nach der Nutzung von Algonehmen, die interaktive digitale LerLeichtbauroboter auch in kollaborarithmen des maschinellen Lernens in nassistenzsysteme für arbeitsplatznativen Prozessen eingesetzt werden, die Befragung aufgenommen. Auch hes Lernen einsetzen, werden diese in bei welchen der Roboter mit dem Arhier lässt sich ein minimaler Rückder Fertigung verwendet. Die Hälfte beiter zeitgleich an einem Werkstück gang feststellen. der Teilnehmer nutzt die Systeme im ohne räumliche oder zeitliche TrenDer Einsatz bei knapp einem DritQualitätsmanagement und in der Innung arbeiten kann. tel der befragten Unternehmen zeigt, standhaltung. Weitere Bereiche wa

Die Ergebnisse in Abbildung 7 zeidass diese Technologie den Einzug in ren die Produktionsplanung sowie gen, dass die Flexibilitätsmöglichkeiten die heimische Industrie geschafft hat. Produktionssteuerung mit 37,5 % des Einsatzes von Leichtbaurobotern Weiters wurden die Bereiche abgeund Montage mit 35 %. nicht entsprechend genutzt werden. Die fragt, in denen die Algorithmen des Zeit des „Einsperrens“ von Robotern maschinellen Lernens eingesetzt werConclusio/ Ausblick hinter Gittern scheint zwar vorbei zu den. Hier dominierten die Bereiche sein, trotzdem werden LeichtbauroboQualitätsmanagement, ProduktionsIndustrielle Assistenzsysteme gehören ter noch immer sehr restriktiv eingeplanung/ -steuerung und Fertigung mittlerweile zum Standard in östersetzt. Diese Beschränkungen entstehen in der Regel durch die Notwendigkeit der Zertifizierung der Anwendung von kollaborationsfähigen Robotern. Diese sind zwar für die Zusammenarbeit mit menschlichen ArbeiterInnen ausgelegt und mit allen notwendigen Sensoren ausgestattet, allerdings ist es für konkrete Anwendungen notwendig die neuen Risiken zu bewerten. So kann ein kollaborationsfähiger Roboter zwar als personensicher zertifiziert sein, wird aber gefährlich, wenn Teile mit scharfen Kanten manipuliert werden oder er im Augenbereich operiert. Um den Roboterprozess möglichst sicher zu gestalten, muss daher jeder Einsatzfall zertifiziert werden, was den flexiblen Einsatz erschwert. Abbildung 11: Einsatz digitaler Lernassistenzsysteme nach Bereichen

reichischen Produktionsunternehmen. Die Ergebnisse des Industriepanels „Made in Austria 2020“ der TU Wien zeigen deutlich, dass digitale Assistenzsysteme in fast allen, kollaborationsfähige Roboter in circa der Hälfte und Algorithmen des maschinellen Lernens in einem Drittel der Unternehmen zum Einsatz kommen.

Im Vergleich zur ersten Auflage des Panels hat sich der Einsatz nur geringfügig verändert. Neu hinzugekommen ist die Auswertung arbeitsplatznaher Lernassistenzsysteme. Diese werden bereits von mehr als 40 % der befragten Unternehmen genutzt. Vor dem Hintergrund der weiter fortschreitenden Automatisierung und Digitalisierung ist ein weiterer Anstieg zu erwarten. Gleichzeitig sind die Folgen der aktuellen COVID19-Krise noch nicht hinreichend absehbar, sodass wir mit Interesse der nächsten Auflage des Panels für den Jahreswechsel 2020/21 entgegensehen.

Quellen.

[1] International Federation of Robotics (IFR) Executive Summary World Robotics 2019 Industrial Robots https://ifr. org/downloads/press/Executive_Summary_WR_2017_Industrial_Robots.pdf [2] EUROSTAT Gliederung des Bruttoinlandsprodukts und Einkommens nach A*10 Wirtschaftsbereichen, aktualisiert am 25.05.2020

Autoren:

Dipl.-Ing. Dr. Walter Mayrhofer, ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Forschungsbereich Mensch-Maschine Interaktion (BMK Stiftungsprofessur für Industrie 4.0) des Instituts für Managementwissenschaften der TU Wien. Zuvor war er Forschungsbeauftragter des Landes Burgenland, Geschäftsführer der FTI Burgenland GmbH und Forschung Burgenland GmbH sowie als Forschungsleiter der Fachhochschule Burgenland und Fraunhofer Austria (Geschäftsbereich Produktion und Logistik) tätig. In seiner Forschungstätigkeit beschäftigt er sich mit Assistenzsystemen in Produktion und Montage, insbesondere mit technologieunterstütztem Lernen in hochautomatisierten Umgebungen.

David Kames ist studentischer Mitarbeiter im Forschu ngsbereich Mensch-Maschine Interaktion (BMK Stiftungsprofessur für Industrie 4.0) des Instituts für Managementwissenschaften der TU Wien. In seiner Tätigkeit am Institut beschäftigt er sich mit Assistenzsystemen in der Produktion und der Durchführung, sowie der Auswertung des Panels und der Studie „Made in Austria“. Vor seiner derzeitigen Tätigkeit war er Mitarbeiter im Innovationsmanagement der Firma TÜV Austria.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Sebastian

Schlund ist seit 2017 BMK-Stiftungsprofessor für Industrie 4.0 an der Technischen Universität Wien und leitet dort den Forschungsbereich Mensch-Maschine-Interaktion am Institut für Managementwissenschaften (IMW). Seit dem 01.07.2019

Dipl.-Ing. Dr. Walter Mayrhofer

wissenschaftlicher Mitarbeiter im Forschungsbereich Mensch-Maschine Interaktion, Institut für Managementwissenschaften, TU Wien

David Kames

studentischer Mitarbeiter im Forschungsbereich MenschMaschine Interaktion, Institut für Managementwissenschaften, TU Wien

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Sebastian Schlund

Leiter Forschungsbereich Mensch-Maschine-Interaktion am Institut für Managementwissenschaften, TU Wien

verantwortet er zusätzlich den Geschäftsbereich „Advanced Industrial Management“ bei der Fraunhofer Austria Research GmbH. Er forscht und lehrt im Themenbereich digital und automatisiert unterstützter Arbeitsgestaltung in der Produktion mit den Schwerpunktthemen Assistenzsysteme, Arbeitsorganisation, MenschMaschine-Partnership, Montageplanung und Kompetenzentwicklung/ Lernen.