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Zukunftsutopie Smart Factory: Mehr Mut zur Utopie wagen

| Autor/ Redakteur: Benedikt Hofmann / Elisa Mundt

Jahrzehntelang hatten sich Kunst und Literatur mit der Zukunft von Arbeit und Industrie nahezu ausschließlich im Rahmen düsterer Horrorvisionen beschäftigt. Wie dieser Beitrag zeigt, wird man im Jahr 2044, also 33 Jahre nach den ersten Ideen zur Industrie 4.0, ganz anders über das Thema denken. Aus der fiktionalen Dystopie wird eine reale Utopie.

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33 Jahre sind vergangen, seit zum ersten Mal vom Konzept der Industrie 4.0 gesprochen und mittlerweile hat sich gezeigt, dass die Ideen richtig waren, es hat nur etwas länger gedauert, bis sie sich tatsächlich durchgesetzt hatten.
33 Jahre sind vergangen, seit zum ersten Mal vom Konzept der Industrie 4.0 gesprochen und mittlerweile hat sich gezeigt, dass die Ideen richtig waren, es hat nur etwas länger gedauert, bis sie sich tatsächlich durchgesetzt hatten.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

Es ist der Rhythmus, der am deutlichsten zeigt, was sich in den letzten Jahren und Jahrzehnten geändert hat. Aus dem treibenden Stakkato der „alten“ Industrie mit seinen harten Anschlägen und kantigen Bewegungen ist ein Ballett geworden, das nicht marschiert, sondern fließt. Der Grund dafür liegt in den neuen Produktionsmethoden, die mittlerweile große Teile der Fertigung einnehmen, und der digitalen Ebene, die hinter all dem liegt und die einzelnen Komponenten zu einem System werden lässt.

33 Jahre sind vergangen, seit zum ersten Mal vom Konzept der Industrie 4.0 gesprochen wurde – aus dem dann die Idee der Smart Factory entstehen sollte –, und mittlerweile hat sich gezeigt, dass die Ideen richtig waren, es hat nur etwas länger gedauert, bis sie sich tatsächlich durchgesetzt hatten. Heute gibt es kein Unternehmen mehr, das seine Maschinen und Produkte nicht auch in der digitalen Welt abbildet und die Mitarbeiter im Leitstand unserer Produktion können sich gar nicht vorstellen, wie man früher über all das den Überblick behalten konnte – ganz ohne die KI, Big Data und Prescriptive Analytics.

Zwei Welten, eine Produktionsumgebung

Die Grundlage all dessen, worüber im Leitstand gebrütet wird, ist ein digitales Abbild der gesamten Produktionsumgebung, aller Produkte und Materialien sowie der gesamten Lieferkette, die der Produktion vor- und nachgelagert ist. In diesem digitalen Zwilling der Realität simuliert das neuronale Netz – seine Entwickler hatten es Bruno getauft – zu jeder Zeit alle möglichen Ereignisse und ist der realen Welt so immer zwei Schritte voraus. Anhand ausgeklügelter Algorithmen wird dann bestimmt, welche Ereignisse mit einer großen Wahrscheinlichkeit eintreten und an die menschlichen Operatoren weitergegeben werden und welche ignoriert werden können.

Das stellt nicht nur sicher, dass Stillstandszeiten zu 99,99 % der Vergangenheit angehören, sondern hat auch dafür gesorgt, dass „Lagerhaltung“ aus dem betriebswirtschaftlichen Wortschatz gestrichen wurde. Alle Materialien, jede Komponente und jedes Produkt sind immer zu genau der richtigen Zeit am richtigen Ort und können sofort weiterverarbeitet werden. Auch bei der Produktentwicklung hat sich dank des digitalen Zwillings so einiges geändert. In erster Linie geht das jetzt viel, viel schneller als früher. Keine langwierigen Tests mehr und schon gar kein trial and error. Ob beispielsweise eine neue Maschine funktioniert, wie störungsanfällig sie ist und welcher Ausstoß über eine längere Zeit nötig ist, berechnet Bruno in wenigen Augenblicken – und den perfekten Zeitpunkt für die Markteinführung liefert er gleich mit.

In dieser digitalen Welt kommt es auch zur ersten Inbetriebnahme einer neuen Maschine. Niemand käme mehr auf die Idee eine Anlage erst zum Kunden zu transportieren, aufzubauen und dann zu sehen, dass sie möglicherweise nicht funktioniert, wie gewünscht. Durch die virtuelle Inbetriebnahme wird all das im Vorfeld überprüft - bis hin zum virtuellen Testbetrieb, der der Realität zu 99,999 % gleicht. Anschließend wird die virtuelle Maschine bereits in die Produktionsumgebung eingelernt, während die Teile aus Stahl und Eisen noch auf ihren Transport warten. So kann die Produktion nach der Montage ohne jegliche Verzögerung beginnen.

Der Mensch lenkt, die Software denkt

Auch ganz am Anfang der Produktionskette, in Entwicklung und Konstruktion, haben diese Veränderungen große Auswirkungen. Vorbei die Zeiten, in denen jedes Teil von einem Menschen erdacht und gezeichnet wurde. Heute kommt es darauf an, Bruno mit den richtigen Parametern zu füttern. Was ist wichtig und muss unbedingt beachtet werden? Was sind die Kernwerte und welche Leistungsdaten sollen am Ende erreicht werden? Aus diesen und weiteren Basisinformationen errechnet die Künstliche Intelligenz dann unterschiedlichste Varianten eines Teils oder einer Maschine. Das ist der Punkt, an dem die Software dem Menschen noch immer nicht das Wasser reichen kann. Denn jetzt ist ein Mensch gefragt, unter den vorgeschlagenen Varianten die beste auszuwählen. Denn Intuition und ein Verständnis dafür, welche Form beispielsweise von menschlichen Arbeitern akzeptiert wird, daran scheitert Bruno bisher noch.

Der Mensch wiederum ist Bruno darin hoffnungslos unterlegen, Strukturen zu entwerfen, die zugleich leicht, ressourcenschonend und extrem stabil sind. Dabei entstehen Entwürfe, für deren Berechnung ein Mensch nicht nur extrem lange benötigen würde, sondern die vor wenigen Jahrzehnten nicht mal herstellbar waren. Das hat sich durch den Siegeszug additiver Verfahren grundlegend geändert. 3D-Drucker für kunststoff- und metallbasierte Verfahren sind mittlerweile aus keiner Produktionsstätte mehr wegzudenken. Wie durch Zauberhand entstehen hier Bauteile in wenigen Augenblicken, die anschließend von selbstfahrenden Transportfahrzeugen aufgenommen und zur nächsten Station weitertransportiert werden.

Flexibilität in allen Bereichen

Nicht nur jedes Produkt, sondern jeder Bestandteil der Fabrik wird zukünftig ein digitales Abbild haben.
Nicht nur jedes Produkt, sondern jeder Bestandteil der Fabrik wird zukünftig ein digitales Abbild haben.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Der hierbei zurückzulegende Weg ist im Normalfall extrem kurz, sind die einzelnen Montagestationen doch nicht mehr statisch und fest im Boden verankert, sondern flexible und mobile Plattformen, die sich je nach Anforderung und zu fertigendem Produkt ausrüsten und frei in der Fläche positionieren. So ist es problemlos möglich, in derselben Werkhalle ständig wechselnde Produkte zu fertigen. Die Plattformen können immer wieder neu ausgerüstet und angeordnet werden. Eine Plattform, die am Montag Teile lackiert, kann am Dienstag Metall zerspanen, sie holt sich einfach den nötigen Aufbau aus dem Magazin.

Aber nicht nur die Produktionsstätte, auch die Produktion selbst bietet heute ein Höchstmaß an Flexibilität. Massenfertigung gibt es nur noch, da viele Teile sehr häufig benötigt werden. Theoretisch könnte jedes Teil problemlos und ohne steigende Kosten nach individuellen Wünschen gefertigt werden – auch dank des extrem hohen Automatisierungsgrades, durch den die Werker vollumfänglich unterstützt werden.

Ja, Werker sind noch immer in den Werkshallen aktiv und werden dies wohl auch immer sein. Natürlich werden einige Tätigkeiten, die früher ein Mensch ausführte, heute von Maschinen übernommen, aber dafür sind neue Aufgaben – nicht nur im Leitstand – entstanden. Dabei helfen unter anderem Low-Code-Systeme, durch die Maschinen schnell und direkt in der Produktionsumgebung neu programmiert werden können. Außerdem sind die Auffassungsgabe des Menschen und die Flexibilität der menschlichen Hand noch immer unerreicht. Gerade in Qualitätssicherung und im Service sind deshalb Arbeitsplätze entstanden und nicht verschwunden.

Mensch und Maschine im Einklang

Worüber sich Designer, Softwareentwickler und die Operatoren in der Konstruktion heute deutlich mehr Gedanken machen als früher, ist deshalb auch das Zusammenspiel von Mensch und Maschine. Dabei dreht sich vieles um die Fragen, wie Mensch und Maschine ideal in einer Umgebung zusammen arbeiten können, welche Hilfestellung Menschen bereit sind, von einer Maschine zu bekommen, und wie die beiden Bestandteile der modernen Produktion ihre jeweiligen Stärken am besten in den Prozess einbringen können.

Berufsbilder, von denen man in der Industrie noch vor einigen Jahren nie gehört hatte, sind daher heute in nahezu jedem produzierenden Betrieb anzutreffen. Die Industriedesigner gehören hierbei zu den am wenigsten exotischen. Allerdings hatten sie große Auswirkungen darauf, wie Produktionsumgebungen heute aussehen. Unter anderem dadurch, dass sie die Entwicklung hin zu immer humaner wirkenden Robotern gestoppt und praktisch ins Gegenteil verkehrt haben. Das sogenannte uncanny valley, also die Akzeptanzlücke, die Roboter auslösen, wenn sie eben nur fast menschlich wirken, hatte dazu geführt, dass es immer häufiger zu Angriffen auf die maschinellen „Kollegen“ kam. Zahlreiche Firmen berichteten über Beschädigungen und auch komplett zerstörte Roboter. Als Grund hatte man irgendwann eben jenes uncanny valley ausgemacht, das nicht nur dafür sorgte, dass die Roboter von den menschlichen Werkern nicht akzeptiert wurden, sondern eine offenen und steigende Abneigung in ihnen schürte.

Heute dominieren in der Fertigung eher abstrakte, technische Formen, die sich allein danach richten, wie eine Tätigkeit am besten ausgeführt werden kann. Auf einer anderen Ebene haben sich die Maschinen dem Menschen aber dennoch immer weiter angenähert: bei der Kommunikation. Wo zur Bedienung früher teils unübersichtliche und häufig bedienerunfreundliche Oberflächen genutzt wurden, wird heute fast genau wie zwischen Menschen kommuniziert.

Die Sprachsteuerung hat nahezu jede andere Steuerungsmethode abgelöst, da sie unzählige Vorteile mit sich bringt (die freien Werkerhände sind hier nur ein Beispiel). Und dank Bruno und seinen algorithmischen Freunden gelingt die Kommunikation mittlerweile auch in lauten Umgebungen reibungslos und in jeder beliebigen Sprache.

Cybersecurity wird zum Jobmotor

Natürlich dürfen wir nicht verschweigen, dass durch die Entwicklung hin zur smarten Fabrik der ein oder andere Arbeitsplatz weggefallen ist, dafür hat die fortschreitende Automatisierung natürlich gesorgt. Aber es ist nicht zur häufig prophezeiten Massenarbeitslosigkeit gekommen - und das nicht nur aufgrund des demografischen Wandels. Während im Zuge der Automatisierung und Digitalisierung in der Montage nämlich Stellen gestrichen wurden, sorgten die ersten wirklich verheerenden Hacks von Fabriken und Kraftwerken dafür, dass die mit der Cybersecurity betrauten Abteilungen ebenso schnell wuchsen. Dabei bildeten sich die unterschiedlichsten Stellenprofile mit allen Arten von Qualifikationen aus. Neben den „Superhirnen“, die immer weiter an den Algorithmen der KI feilen (und dabei natürlich wiederum von der KI unterstützt werden), gibt es auch Kollegen, die wie altmodische Ermittler nach Sicherheitslücken forschen, die Menschen aus Unachtsamkeit eröffnen – ausgedruckte und am Arbeitsplatz aufgehängte Listen mit Kennwörtern sind hier noch das harmloseste Beispiel. Seit Kurzem gibt es außerdem ein ganzes Team, das daran arbeitet, die Sprachsteuerung vor gezielten Ultraschallangriffen von außen zu schützen. Fälle dieser Art haben international in den letzten Monaten zugenommen. Bisher ist man sich noch nicht sicher, ob es sich um gezielte Sabotage oder nicht miteinander verbundene Streiche handelt.

Das Datengold liegt unter der Erde

Dem wahren Herz der industriellen Revolution in unserer Fertigung können derartige Angriffe aber nicht schaden. Es schlägt sicher hinter meterdickem Stahlbeton und einer Unzahl von Firewalls im Boden unter der Fertigung. Denn hier versteckt sich der Serverraum, in dem unvorstellbare Mengen von Daten, vor vielen Jahren hat man hierfür den Begriff Big Data geprägt, all das bisher Berichtete überhaupt erst möglich machen. Es sind diese Daten, die richtig kombiniert nicht nur zeigen, wann ein Teil in einer Maschine ausgetauscht werden muss, bevor es zu Stillstandszeiten kommt, sondern sogar Bestellungen vorhersehen und die Produktionskette in Gang setzen, bevor der Auftrag tatsächlich übermittelt wurde.

Möglich wird das, indem man die unfassbare Geschwindigkeit und Gleichzeitigkeit des künstlichen neuronalen Netzes mit der unerschöpflichen Kreativität des menschlichen Geistes kombiniert. Am Ende hat uns das in die Lage versetzt, nicht nur flexibel und schnell zu produzieren, sondern gleichzeitig Ressourcen zu schonen und schädliche Emissionen fast vollständig zu vermeiden. Hätte ich vor nur zehn Jahren erzählt, dass es einmal so kommen wird, man hätte mich ausgelacht und für einen hoffnungslosen, naiven Optimisten gehalten ...

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserem Partnerportal MM Maschinenmarkt veröffentlicht.

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