Qualifizierung Industrie 4.0 formt neue Berufsbilder

Autor / Redakteur: Heike Haarmann, Daniel Gauch, Dr.-Ing. Eckhard Roos* / Anke Geipel-Kern

Industrie 4.0: Chancen für die Prozessindustrien – Die Qualifikation für Prozessindustrie 4.0 ist für Unternehmen eine Herausforderung – auf allen Ebenen. Auch ganz neue Berufsbilder wie beispielsweise Aquatronics in der industriellen Wasseraufbereitung sind in der Diskussion.

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(Bild: Pixabay, CCO Public Domain)

Der Wandel der Produktionswelt, der derzeit intensiv unter dem Stichwort Industrie 4.0 diskutiert wird, ist schon heute in unserem täglichen Leben deutlich spürbar. Individualisierte Produkte im Konsumgüterbereich sind nichts Außergewöhnliches mehr und zeigen, dass die Vernetzung der Produktion über entsprechende Logistikketten bis zum Endverbraucher einfach möglich ist.

Die Treiber von Industrie 4.0 kommen dabei aus verschiedenen Bereichen und sind nicht ausschließlich technologieorientiert. Zu Beginn der Industrie 4.0-Diskussion wurde durch die häufig genannte Losgröße 1 indiziert, dass Industrie 4.0 schwerpunktmäßig relevant ist für die Fertigungsindustrien. Dies trifft nicht zu, Nutzenpotenziale sind aber industriespezifisch in einzelnen Bereichen unterschiedlich stark ausgeprägt, deshalb spricht man mittlerweile von Wasser 4.0, Prozessindustrien 4.0 usw.

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Den Lebenszyklus im Blick

Produktionsanlagen werden künftig durchgängig digital vernetzt sein. Auf Basis standardisierter Kommunikationsformate werden bereits ab dem Engineeringprozess die Grundlagen dafür gelegt, dass über den Lebenszyklus der Anlage wesentliche Performanceverbesserungen erzielt werden können durch z.B.

  • automatische Einbindung neuer Sensorik/Aktorik oder ganzer Module in das Automatisierungssystem;
  • Simulation neuer Funktionalitäten und Komponenten im digitalen Abbild der Anlage vor der eigentlichen Inbetriebsetzung;
  • Nutzung generierter Daten im Engineering-Prozess über den gesamten Lebenszyklus der Anlage;
  • Analyse und Optimierung der Produktion durch Anwendung von Data Mining Algorithmen (Big Data);
  • Anwendung von Cloud Services auch für Automatisierungsfunktionen;
  • Optimierung der Wartung und Instandhaltung über einen direkten Zugang zu allen relevanten Daten über mobile Geräte direkt in der Anlage.

Die nachfolgenden Beispiele aus verschiedenen Lebensphasen einer Anlage verdeutlichen dies.

Mit dem Handling Guide Online von Festo kann der Endanwender im Engineeringprozess seine individuellen Anforderungen an Handlingsysteme direkt projektieren. Die Dauer für Engineering (-50 bis -80 %) und Lieferung (-20 bis -50 %) kann dabei signifikant reduziert werden, da das Handlingsystem direkt nach Abschluss des Kunden-Engineering in die Fertigung gehen kann.

Intelligenz in die Anlage

Kommunikationsfähige Module zur Druckluftüberwachung während des Anlagenbetriebs können nach einem Teaching selbstständig entscheiden, ob ein Anlagenabschnitt gerade produziert oder im Leerlauf ist. Das Absperren der Druckluftzufuhr verringert bei etwaigen Leckagen in der Anlage den Druckluftverbrauch.

Im abgesperrten Zustand kann die Druckdichtigkeit der Anlage geprüft und eine Abweichung von einem vorab vom Benutzer als kritisch definierten Wert an das Leitsystem gemeldet werden. Dadurch wird eine bedarfsgerechte Wartung ermöglicht. Da Durchfluss, Verbrauch und Druck kontinuierlich überwacht werden, bietet sich für Anlagenbetreiber die Möglichkeit, ein intelligentes Energie-Monitoring an der Anlage durchzuführen und auch sich über den Lebenszyklus verändernde Verbrauchscharakteristika zu detektieren, die auf Änderungen im Prozess hinweisen.

Bei der Gewinnung von Kupfer kommt es auf eine schnelle und genaue Regelung der Levelparameter in Flotationszellen im Betrieb an. Die Wartungsmannschaft der Minera Aguilar Mine in Argentinien hat jetzt die Möglichkeit, Parameter des elektrischen Antriebes für Kegelventile direkt in der Anlage auf Smart Phones und Tablets auszulesen und Änderungen der Regelkreisparametrierung direkt vor Ort vorzunehmen. Hierdurch werden Produktivitätsgewinne durch Einsparungen bei Wartung und Instandhaltung und weiterhin durch höhere Ausbeuten im Prozess erreicht.

Verändern der Qualifikation

Industrie 4.0 wird auch die Arbeitswelt in einem erheblichen Ausmaß verändern. Daraus resultieren auch neue Anforderungen an das Bildungswesen, sowohl im Schul- und Hochschulbereich, als auch in der betrieblichen Qualifizierung. Eine im Rahmen der HMI 2016 vorgestellten Umfrage des VDI verdeutlicht aber, dass nur 6,6 % von 1000 befragten Fachleuten Themen der digitalen Transformation im Bildungswesen wahrnehmen.

Dieses ernüchternde Ergebnis zeigt den enormen Nachholbedarf. Die Bereitschaft der Mitarbeiter zu lebenslangem Lernen und einer kontinuierlichen und interdisziplinären Mitarbeiterqualifikation hat in einem sich rasant ändernden Produktionsumfeld hohe Bedeutung und wird zusammen mit intelligenten Komponenten und Systemen langfristig die Attraktivität von Unternehmen und deren Marktposition signifikant beeinflussen und sichern.

Denn die Attraktivität eines Unternehmens als Arbeitgeber wird auch abhängen von der Implementierung neuester Technologien – ein nicht zu unterschätzender Faktor im Wettbewerb um Mitarbeiter im sich abzeichnenden demographischen Wandel.

Welche Komponenten, Systeme, Software und welche Vernetzungsformen sich als Standard in der Digitalisierung durchsetzen werden, ist derzeit offen, d.h. dass zukünftige Technologie und Standards erst durch Hochschulen, Unternehmen und Institute erarbeitet werden. Weiterhin werden sich die Innovationszyklen noch verkürzen, sodass der klassische Personalentwicklungsprozess von der Bildungsbedarfsanalyse bis zur Qualifizierung zukünftig nicht mehr anwendbar sein wird.

Der Entwicklung von Kompetenzen, die als „Fähigkeit der Mitarbeiter, sich in interdisziplinären, komplexen und dynamischen Umgebungen selbstorganisiert zurechtzufinden“ umschrieben werden, wird an Bedeutung stark gewinnen. Eine konkrete Kompetenz, die in der vernetzten Produktion entscheidend sein wird, ist z.B. die Fähigkeit der Mitarbeiter, Signale der Veränderung wahrzunehmen, zu interpretieren und auftretende Probleme zu analysieren und dafür neue, noch unbekannte Lösungen zu erarbeiten.

Neue Kompetenzen für die Instandhaltung

Beispiel Instandhaltung: Ein Instandhalter muss zukünftig in der Lage sein, Echtzeitdaten auszuwerten, um Energietransparenz- oder Prozessoptimierungskonzepte zu gestalten. Er muss die Systematik der selbstregulierenden Kapazitätsauslastung verstehen, die Mensch-Roboter-Kollaboration steuern, überwachen und verbessern und die sichere Vernetzung von Anlagenbereichen bei einer großen Anzahl von IP-Adressen übersehen und Anforderungen der IT-Sicherheit umsetzen.

Allgemeine und rollenspezifische Kompetenzen, die teilweise auf dem Shop Floor schon immer gefragt waren, werden durch Industrie 4.0 verstärkt gebraucht und müssen in Trainingsprogramme aufgenommen werden.

Technologiefeld: Aquatronics

Im Rahmen der Implementierung der Digitalisierung von Anlagen werden auch neue Berufsbilder diskutiert. In der (industriellen) Wasseraufbereitung können wesentliche Potenziale durch eine verstärkt interdisziplinäre Ausbildung gehoben werden.

Die Ausbildung reicht in einem integrierten Ansatz von Kenntnissen in Biologie, Chemie, Physik über den Maschinenbau, Elektro- und Automatisierungstechnik bis zu Umwelt- und Sicherheitsmanagement. German Water Partnership bezeichnet dieses erforderliche berufliche Feld als „Aquatronics“ und sieht hier große Entwicklungsmöglichkeiten, integrierte Technologien aus Deutschland heraus im industriellen und kommunalen Umfeld zu exportieren und so den Standort Deutschland aufzuwerten.

Anlage virtuell fahren

Festo Didactic SE, das Schwesterunternehmen der Festo AG und Weltmarktführer in der technischen Bildung, ist hier Vorreiter und hat bereits ein Basis Curriculum für diese interdisziplinäre Ausbildung in Zusammenarbeit mit Experten der Wasserwirtschaft im Bereich „Aquatronics“ erstellt.

Weitere Ansätze wurden gemeinsam mit der Firma EON Reality entwickelt, um z.B. verschiedene Aufgabenstellungen auf einer Kläranlage virtuell darstellen zu können.

Mithilfe des Einsatzes von Virtual-Reality-Funktionen können Lernende verschiedene Aufgabenstellungen in einer Anlage erproben, z.B. die Entnahme von Proben oder die Beseitigung von Störungen. Wichtig dabei ist, dass der Lernende Fehler machen kann, ohne dass ernste Konsequenzen für die Prozesse und Abläufe auf der Kläranlage zu befürchten sind.

In der neuen Technologiefabrik Scharnhausen von Festo werden die Fachkräfte in einer „Lern­fabrik“ auf den Umgang mit vollautomatisierten und vernetzten Montagelinien vorbereitet. Die Lernfabrik ist direkt in die Produktion integriert und besteht aus Laboren, die mit Medien und Lernsystemen ausgestattet sind. Ein zentrales Element ist die cyber-­physische Lern- und Forschungsplattform „CP Factory“.

Die CP Factory ermöglicht die praxisnahe Vermittlung von Technologiewissen. Die Plattform bildet die Stationen der realen Produktionsanlage modellhaft ab und ermöglicht das Lernen von Anlagenprogrammierung, Vernetzung und vielen weiteren Inhalten wie Energie-Effizienz und Daten-Management. Darüber hinaus wird die CP Factory zur Entwicklung und zum Testen von flexiblen Software- Lösungen eingesetzt, die dann in der Produktion angewendet werden.

Fach- und Führungskräfte werden in so genannten „One-Point Lessons“ kurz-­zyklisch und prozessnah von internen oder externen Experten für aktuelle Anforderungen qualifiziert – in den Bereichen Mechatronik, Logistik und Prozessoptimierung sowie in organisations- und menschenbezogenen Trainings wie interdisziplinäres Handeln, Lern- und Wandlungsfähigkeit.

Dieser Beitrag ist auf unserem Partnerportal Process erschienen.

* * H. Haarmann und D. Gauch sind Mitarbeiter von Festo Didactic SE, Denkendorf, Dr. E. Roos, Festo AG & Co KG, Esslingen. Kontakt: Tel. +49-711-347-76004

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