Smarter Arbeitsplatz - think ING. kompakt 08/09

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August | September 2022

kompakt D e i n E i n bli c k i n d i e We l t d e r In ge ni e u r i nn e n u n d In ge ni e u r e

SMARTER ARBEITSPLATZ P O R T R ÄT DIE ZUKUNFT IST JETZT ab Seite 2 NEWS CLEVER & SMART ab Seite 4 I N T ER V I E W S GUTE AUSSICHTEN ab Seite 5

ARBEITSKOLLEGE ROBOTER ZU DEINEN DIENSTEN

Im digitalen Zeitalter sprechen alle von Industrie 4.0, Robotern und hochmodernen Fabrikhallen. Doch wie sieht es in der Realität aus? Die Arbeitsplätze haben sich verändert und tun es weiterhin. Prozesse sind automatisiert, Systeme intelligent und die typischen Ingenieursdisziplinen enger miteinander verschmolzen. Das langfristige Ziel: Assistenzsysteme schaffen, die für den Menschen anstrengende und monotone Aufgaben übernehmen, um Produktivität und Effizienz zu steigern. Die sogenannte 4.0 Now Factory des Sensorherstellers SICK ist ein aktuelles Beispiel. Automatisierte Produktionsinseln, die nach Bedarf für unterschiedliche Aufgaben bedient und angefahren werden können, halten die Fertigung in Gang. Die menschliche Hand bleibt jedoch für bestimmte Aufgaben unumgänglich. Damit der Nachwuchs schon von Anfang an mit smarter Produktion und robotischen Kollegen vertraut ist, bietet die TU Chemnitz eine Digitalfabrik für ihre Studierenden. Hier werden die theoretischen Inhalte aus den Vorlesungen in echte Praxiserfahrungen umgesetzt. Was am smarten Arbeitsplatz nicht fehlen darf, ist die Verknüpfung zwischen Mensch und Maschine. Ob Wearables oder Cobotik-Systeme, das Arbeiten mit intelligenten, technischen Hilfsmitteln ist zur Normalität geworden.

DIE ZUKUNFT... ... IST JETZT

Im Herzen eines Roboters: In eingefassten Glaskästen werkeln die Roboter wie von

Geisterhand. Fabian Schmidt hilft ihnen dabei auf die digitalen Sprünge.

Die Industrie 4.0 formt ein durchdigitalisiertes Bild. Dabei steht die Fortsetzung des heutigen Mischbetriebs, in dem Mensch und Roboter Hand in Hand arbeiten, im Fokus. Wie sieht es aktuell in der Industrie aus? In Süddeutschland gibt es dazu ein positives Beispiel.

Eine lichtdurchflutete Halle, weiße Böden, metallisch schimmernde Regalsysteme. Aufbauten mit Glastüren, durch die man sich bewegende Roboterarme sieht und in denen blaues Licht aufflackert. Daneben Arbeitsplätze mit Menschen in weißen Kitteln, die durch Lupen handflächengroße Bauteile begutachten. Durch dieses beinahe klinische Areal fahren kleine Roboterfahrzeuge, einem Saugroboter nicht unähnlich. Man hört es leise surren, die Menschen reden in Zimmerlautstärke. So sieht die Fabrik der Zukunft aus. Und die der Firma SICK im badenwürttembergischen Freiburg. SICK ist Spezialist für Sensoren. Rund 11.000 MitarbeiterInnen weltweit sorgen dafür, dass von der Fabrik- bis zur Logistik- und Prozessautomation ein Produktionsunternehmen schlichtweg funktioniert. Und dazu braucht es mächtig viel IT, die Fabian Schmidt im Schlaf beherrscht.

VO N W E G E N C H AO S! ZIEL: EINZELANFERTIGUNG Der 38-jährige Ingenieur der Angewandten Informatik ist Chef des Digital Manufacturing Teams. Ihm und seinen Mitarbeitenden ist es zu verdanken, dass in diesem Raum und in weiten Teilen des Unternehmens die Produkte nicht wie am Fließband aufgebaut werden. Nach dem Motto: Ein Teil kommt logisch aufs andere, am Ende ist das Produkt fertig. Solche Produktionsstraßen müssen viel produzieren, damit sie sich rechnen. „Wir haben im Gegensatz dazu Produktionszellen, die wir – je nach Bedarf – flexibel anfahren können“, erklärt er und meint: Die Anlagen sind im Grunde multifunktional. Wenn ein Produktionsbereich stärker benötigt wird, entsteht durch einen Mangel an Maschinen hier kein Flaschenhals, der die nachfolgenden Produktionsschritte ausbremst. Stattdessen wird einfach eine zweite Produktionszelle mit identischem Aufgabenbereich angefahren. Es klingt kompliziert, sich von der nachvollziehbaren Steuerung einer klassischen, zentralisierten Produktion zu lösen. „Das Bauchgefühl sagt, dass das ein Chaos wird, weil es schwierig zu überblicken oder sogar zu beherrschen wird. Das Konzept, das dahinter steckt, ist aber im Grunde ganz simpel.“ 02

Nun ja – simpel ist ein relativer Begriff. Schmidt hat mit 14 angefangen in HTML, Perl und PHP zu programmieren, war – nach ein paar Jahren auf der Realschule – auf einem Informationstechnischen Gymnasium und entdeckte dort endgültig die Leidenschaft fürs Programmieren. Es machte ihm einfach Spaß, komplexe Themen digital zu durchdringen. Genauso wie Fußball, Skateboardfahren und Inlinehockey. Wenn er eins nicht war, dann ein Kellerkind-Nerd. Aber begabt war er bis in die Haarspitzen. Nach einem dualen Studium der Angewandten Informatik dann der Schritt zu SICK und später die Aufgabe, sich mit der Industrie 4.0 zu beschäftigen. Aber was versteht er eigentlich unter der Industrie 4.0? „Für mich ist es eher eine Reise mit einem sich permanent verändernden Ziel, weil immer wieder Sprunginnovationen dazu kommen. Wenn wir jetzt Quantenrechner hätten, würden wir noch gar nicht begreifen, was wir damit alles machen könnten. Egal wie, der große Nutzen von 4.0 ist für mich die Möglichkeit, Einzelanfertigungen zum Preis der Massenfertigung herzustellen.“

Mit We Are Rooms laden IngenieurInnen ihre Modelle als 3D-CADDaten in die virtuelle

Funktioniert die Programmierung? Laufen die Systeme? Stimmen die Parameter? Theorie ist das eine, die praktische Prüfung erfolgt immer vor Ort.

4 . 0 N O W FAC T O R Y In dieser strahlenden Halle entstehen Sensoren. Taster oder Schalter mit einem Laserstrahl, etwas fährt hindurch, der Schalter schaltet, klack, fertig. Dass hier unglaublich viel Intelligenz in jedem Bauteil steckt, steht außer Frage. In einer anderen Halle entstehen superkomplexe Kamerasysteme, die in den Lagern der gigantischen Versandhändler Barcodes scannen. Und die Automatic Guided Vehicles – die selbstfahrenden Transportfahrzeuge – bringen halbfertige Sensoren von A nach B. Eben dorthin, wo sie weiterverarbeitet werden. Bei SICK heißt es nicht Industrie 4.0, hier ist es die 4.0 Now Factory. 4.0 suggeriert eine Zukunftsvision, hier findet diese Zukunft längst statt. Auf der HannoverMesse 2019 präsentierte SICK diesen Begriff erstmals. Die 4.0 Now Factory ist kein idealisierter Showroom, sondern gelebter Alltag.

natürlich immer noch Menschen am Arbeitsplatz. Aber wir müssen sie besser mit Assistenzsystemen unterstützen, weil die Komplexität der Aufgaben mit der Automatisierung und Digitalisierung steigt.“ Und sofort erscheinen Bilder von Menschen, die gemeinsam mit Robotern an einem Werkstück arbeiten, während sich um sie herum Produkte ohne menschliches Dazutun bewegen. Es ist ein Bild, das nicht weit von diesem bei SICK entfernt ist. Keine sterile und den Menschen beherrschende ScienceFiction, sondern gute, weil zweckdienliche Roboter. Die übrigens keineswegs die althergebrachte Arbeit gänzlich ersetzen müssen. „Auch wir bei SICK haben Bereiche, die komplett händisch sind und das werden sie auch in absehbarer Zukunft bleiben.“

DIE MENSCH-MASCHINE-ZUKUNFT Und der Mensch? „Man erwartet, dass die Digitalisierung den Menschen überflüssig mache und ein regelrechter Jobkiller sei. Richtig ist: Um mehr Güter günstig produzieren zu können, brauchen wir

Die ganze Geschichte von Fabian Schmidt gibt es hier zu lesen: s.think-ing.de/fabian-schmidt

CLEVER & SMART

Realität

VIRTUELLE R ÄUME :

COBOTIK:

DIE SMART-OFFENSIVE DER START-UPS

HILFREICHE HANDLANGER AUS SILIKON UND STAHL

Bereits 60 Prozent der deutschen Industrieunternehmen nutzen Innovationen wie vernetzte Produktionsanlagen, Echtzeit-Kommunikation zwischen Maschinen oder intelligente Roboter. Erfunden werden die smarten Lösungen oft von Start-ups. © Fraunhofer IFF

Wenn neue KollegInnen am Arbeitsplatz auftauchen, werden sie in der Regel freundlich begrüßt, oft aber auch etwas misstrauisch beäugt. Warum sollte es neuen Mitarbeitern aus Metall und Silikon anders ergehen?

Roboter mit Sensoren reagieren

So präsentiert das Berliner Unternehmen WeAre ein neues VR-Konferenzsystem mit dem Namen WeAre Rooms. IngenieurInnen mit einem prall gefüllten Terminkalender und knappem Zeitbudget können damit ihre Modelle als 3D-CAD-Daten per Drag and Drop in die virtuelle Realität laden und mit KollegInnen in der ganzen Welt besprechen. Teure Prototypen entfallen, viele Geschäftsreisen ebenso. Die SMS Group, die das System bereits getestet hat, schätzt, dass sie durch eine virtuelle Objektbegehung mit WeAre Rooms ca. 80.000 Euro und drei Wochen Projektzeit einsparen konnte. In der Chemieindustrie braucht man teure Grundstoffe, Laborequipment und am Ende bleiben giftige Abfälle zurück. Das Berliner Start-up Quantistry sorgt mit einer genialen Technik dafür, dass chemische Entwicklungen einfacher und günstiger werden. Auf der Basis von Quantensimulationen und künstlicher Intelligenz entwickelt das Unternehmen virtuell innovative Materialien etwa zur Produktion von Batterien, Brennstoffzellen, Halbleitern oder für die Petrochemie. So lässt sich viel Zeit und Geld einsparen und die Umwelt wird geschont. Auch Dienstleistungen profitieren von smarten Arbeitsprozessen. Das deutsche Start-up You Mawo hat ein Verfahren zum 3D-Druck von Brillen entwickelt. Beim Optiker wird mit einem iPad ein Gesichtsscan erstellt und eine Brille virtuell angepasst. Die KundInnen wählen Farbe und eine Gravur aus. Mit einem Klick geht der Auftrag an den zentralen 3D-Drucker. Smart heißt in diesem Falle auch umweltfreundlich, sprich kürzere Transportwege und weniger Abfall. Der CO2-Fußabdruck der Brille verringert sich dadurch um bis zu 58 Prozent.

auf menschliche Bewegungen

Zumal diese Spezialisten, die bisher auf Distanz, oft sogar hinter Absperrungen werkelten, allmählich näher an die menschlichen KollegInnen heranrücken. Der „LBR iiwa“ des Unternehmens KUKA ist der erste in Serie gefertigte sensitive Industrieroboter, der Hand in Hand mit Menschen an hochsensiblen Aufgaben arbeiten kann. Voraussetzung ist, dass Kollege Roboter über Sensoren verfügt, die Kontakte mit Menschen erkennen und unverzüglich reagieren, wenn ihnen etwas in die Quere kommt. Im BMW-Werk Dingolfing funktioniert das bereits. Das Heben und Fügen schwerer Kegelräder für Vorderachsgetriebe übernimmt hier der kollaborative Roboter. Beim Autobauer Ford sind auf den Scheinwerfersystemprüfständen für den Focus zwei KUKA-Roboter im Einsatz. Sie übernehmen die ergonomisch anstrengende Feinjustierung der Nebelscheinwerfer, während der Mensch neben ihnen die konventionellen Scheinwerfer einstellt. Das Ergebnis: Entlastung der Mitarbeitenden, Verbesserung der Einstellqualität und Zeitersparnis. Neben diesen stationären Assistenzrobotern gibt es bereits Modelle mit einer rollenden Plattform. Die mobilen Roboter, mit Roboterarm und feiner Sensorik ausgestattet, interagieren mit Menschen und fahren dorthin, wo sie gebraucht werden. Am weitesten fortgeschritten ist die intelligente komplementäre Verknüpfung von Mensch und Technik bei medizinischen Assistenzrobotern. Denn hier steht schließlich die Gesundheit der PatientInnen auf dem Spiel. Ein OP-Roboter kann chirurgische Eingriffe oft präziser und effizienter durchführen als die Hand der ChirurgInnen. Die überwachen und steuern den Prozess.

WEARABLES:

IT-gesteuerte Maschinen verstehen sich in automatisierten Arbeitsprozessen blind. Sobald Menschen ins Spiel kommen, knirscht es an den Schnittstellen. Wearables könnten die Lücke schließen.

Reale Bedingungen schaffen: Luise Weißflog in der Experimentierund Digitalfabrik

GUTE AUSSICHTEN

Smarte tragbare Barcodescanner übertragen große

Luise Weißflog, 27, ist studierte Wirtschaftsingenieurin und gehört an der Technischen Uni in Chemnitz zum Leitungsteam der Experimentier- und Digitalfabrik. Eine Einrichtung am Campus, in der die Studierenden die ingenieurwissenschaftliche Theorie in der Praxis erleben.

Datenmengen

In vielen industriellen Prozessen müssen Mitarbeitende die Daten immer noch an stationären Terminals eingeben und abrufen. Das ist fehleranfällig. Besser funktioniert das mit sogenannten Wearables, die direkt am Körper getragen werden und automatisch Daten liefern oder speichern. Eine Herausforderung besteht bisher in der Vernetzung der unterschiedlichen Systeme. Folgende Beispiele findet man bereits in vielen Industrieunternehmen:

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Smart Glasses versorgen Mitarbeitende in Echtzeit mit Informationen, z. B. mit Details zu Qualität und Verfügbarkeit von Bauteilen. Dank Augmented Reality (AR) können sich MonteurInnen Arbeitsschritte als virtuelle Objekte direkt ins Sichtfeld einblenden lassen.

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Interaktive Pick by Voice-Audiosysteme unterstützen KommissioniererInnen mit mündlichen Anweisungen. Das System ist mit der Lagerverwaltungssoftware verbunden. Es wandelt dessen Aufträge in Sprachbefehle um und übermittelt sie über ein Headset. Mitarbeitende bestätigen die Ausführung mündlich. Ihre Informationen werden automatisch im System erfasst.

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Tragbare Barcodescanner erlauben die sichere Übertragung großer Datenmengen. Der smarte Scanner des Unternehmens ProGlove wiegt lediglich 40 Gramm und ist in einen Arbeitshandschuh integriert. Er überträgt außerdem Informationen zum Stand von Lieferungen, zum Lagerort oder Sicherheitswarnungen.

MIT WELCHEM ZIEL WURDE DIE EXPERIMENTIERUND D I G I TA L FA B R I K E N T W I C K E LT ?

Wir wollen hier eine Fabrik mit realer Technik abbilden. Mit der eingesetzten Soft- und Hardware besitzen wir im Grunde den sogenannten Industriestandard der Intralogistik. Und weil wir hier eine realistische Unternehmenssituation vorfinden, können wir die Theorie aus den Vorlesungen vor Ort mit der Praxis verbinden. Damit dient die Experimentier- und Digitalfabrik zur Erforschung, Entwicklung und Qualifizierung neuer Konzepte und Technologien für die Digitalisierung, Vernetzung und auch für die Industrie 4.0.

WELCHE SOFTSKILLS BR AUCHE N STUDIERENDE HEUTE UND IN ZUKUNFT?

Das auf den Punkt zu bringen, ist wie der Blick in die Glaskugel. Doch egal in welche Richtung man denkt, die Anforderungen werden sich heute und auch zukünftig am Arbeitsumfeld ausrichten. Für alle Bereiche gilt aber: Studierende brauchen eine hohe Kommunikationsfähigkeit, um sich auch interdisziplinär auszutauschen. Man muss teamfähig sein, um innerhalb verschiedener Gruppen zu arbeiten und braucht unbedingt eine wissenschaftliche Neugier für das technisch Neue.

WIE WIRD DIE PRODUKTION IN Z E H N JA H R E N AUSSEHE N? MENSCHENLEER?

Nein. Menschenleere Fabriken können wir uns nicht vorstellen. Wo tagtäglich mit Automatisierung, Digitalisierung und KI gearbeitet wird, kommt bei Mitarbeitenden schon mal die Angst auf, von der Technologie ersetzt zu werden. Doch wir arbeiten vor allem darauf hin, dass der Mensch bei monotonen und belastenden Arbeiten durch Technik, wie Roboter und Manipulatoren unterstützt wird, um sich auf seine Stärken zu konzentrieren.

Das ganze Interview mit Luise Weißflog und Samir Breitzler ist hier zu finden: s.think-ing.de/tu-chemnitz

TRAGBARE TOOLS VERBINDEN MENSCH UND MASCHINE

MIT LEIDENSCHAFT ZUM ING.

WA R U M H A S T DU DICH FÜR EIN INGENIEURSTUDIUM ENTSCHIEDEN?

W I E H AT D I R D E R S TA R T INS STUDIUM G E FA L L E N ?

WIE K AMST D U DA N N A U F CHEMNITZ?

WA S PA S S I E R T IN DER EXPERIMENTIERU N D D I G I TA LFA B R I K ?

WIE WIRD SICH DER INGENIEURBERUF DER ZUKUNFT VERÄNDERN?

Physik und Mathe fand ich Was er in der Vorlesung lernt, kann in der Schule schon gut. Das Samir direkt praktisch umsetzen waren auch – neben Sport – die einzigen Fächer, die mich wirklich interessierten. Außerdem wollte ich immer schon wissen, wie Dinge funktionieren. Der Ingenieur war für mich beinahe gesetzt. Zugleich fand ich aber auch die wirtschaftlichen Themen interessant. Da lag es einfach nahe, beides zum Wirtschaftsingenieur zu verbinden. Und die nächstgelegene Uni war in Krefeld. Ehrlich gesagt bis zum dritten Semester überhaupt nicht. Wir hatten dort einen Schwerpunkt auf Hygienewissenschaften. Das interessierte mich einfach nicht. Erst mit der Fertigungstechnik machte es dann Spaß. Das war das erste Mal im Studium, dass ich einen echten Eifer in mir spürte. In dieser Zeit lernte ich, dass ich im Bereich Maschinenbau mehr wissen wollte, besonders in den Schwerpunkten Produktionstechnik, Fabrikplanung und Logistik. Es gibt nur wenige Unis in Deutschland, die diese Schwerpunkte anbieten, und Chemnitz hatte einfach die interessantesten Argumente. Der Studiengang bietet einen modularen Aufbau, der es mir ermöglicht, mich nach meinen Wünschen zu entfalten. Außerdem ist die Experimentier- und Digitalfabrik ein echtes Highlight! In erster Linie verknüpfen wir dort die Lehre mit der Praxis. Was wir in der Vorlesung lernen, setzen wir hier ganz praktisch um. Wir können zum Beispiel eine komplette Produktion oder ein Logistiksystem simulieren. Mit einem Demonstrator kann man dann alles miteinander verknüpfen und gucken, was passiert. Außerdem ist die technische Ausstattung hier wirklich groß. Wir experimentieren erst und gehen dann rüber in die Fertigung. Das kannte ich in dem Umfang so noch nicht. Ich glaube, der Beruf wird etwas allgemeiner, nicht mehr so speziell, weil wir immer mehr Ebenen miteinander verknüpfen müssen. Es geht also zukünftig mehr ums große Ganze als ums Detail. Schnittstellenmanagement ist das Stichwort. Wie bekomme ich etwas so entwickelt, dass es in der Produktion nicht nur funktioniert, sondern auch wirtschaftlich tragbar ist? Wie schaffe ich Mehrwerte? Wie kann ich es digital einfassen? Das sind viele Fragen und Aufgaben aus unterschiedlichen Bereichen. Ich denke, das ist der Ing. der Zukunft – ein Multitasking-Mensch. 06

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IMPRESSUM Herausgeber GESAMTMETALL Gesamtverband der Arbeitgeberverbände der Metall- und Elektro-Industrie e.V. Voßstraße 16 - 10117 Berlin Verantwortliche Leitung Indra Hadeler Redaktion und Gestaltung concedra GmbH, Bochum Druck color-offset-wälter GmbH & Co. KG, Dortmund Alle in dieser kompakt enthaltenen Inhalte und Informationen wurden sorgfältig auf Richtigkeit überprüft. Dennoch kann keine Garantie für die Angaben übernommen werden.

Samir Breitzler ist 24 Jahre alt und studiert Wirtschaftsingenieurwesen an der Technischen Universität Chemnitz. In der dortigen Experimentier- und Digitalfabrik lernt er heute Produktionstechniken und Fabrikplanungen am konkreten Beispiel kennen.

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