Erschienen am: 29.01.2015, Ausgabe SPS-MAGAZIN 1+2 2015

Die Zukunft der Arbeit
Was kommt auf uns zu?

Die Industrie 4.0 ist in aller Munde, Mensch und Roboter werden in Zukunft immer näher zusammenarbeiten. Fragen über die Gestaltung von Arbeit müssen neu gestellt werden: Sind Mitarbeiter Nutzer von Technik oder reine Bediener? Werden Informationen über Menschen erzeugt oder für sie? Werden menschliche Fähigkeiten in Zukunft ersetzt oder verstärkt? Und es zeigt sich: Die Zukunft der Arbeit ist gestaltbar - und gestaltungsbedürftig.

Autor: Prof.Dr. Ernst Andreas Hartmann, Institut für Innovation und Technik (iit).


Bild 3:Projekt motion EAP: Beispiel für künftige Assistenz bei Produktionsprozessen
KD Busch/Hochschule Esslingen

Industrie 4.0 - unter diesem Leitgedanken soll die deutsche Industrie ihre Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft auch in Zukunft erhalten und möglichst noch ausbauen. Dahinter steckt die Annahme, dass sich gerade eine vierte industrielle Revolution anbahnt. Die erste industrielle Revolution basierte auf der Einführung von Wasser- und Dampfkraft, die zweite auf elektrischer Energie und arbeitsteiliger Produktion (Taylorismus). Somit waren für die beiden ersten industriellen Revolutionen Formen der Energieversorgung zentral. Demgegenüber basieren die dritte und vierte industrielle Revolution auf Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Mit der dritten industriellen Revolution wurde IKT zum Angelpunkt der industriellen Automations-, Steuerungs- und Regelungstechnik; dies ist die Fabrik, wie wir sie heute kennen. Die aktuell sich abzeichnende vierte industrielle Revolution wird die Rolle der IKT in der industriellen Produktion auf eine qualitativ neue Stufe heben. Diese neue Stufe ist gekennzeichnet durch Cyber-Physical Systems (CPS). Industrie 4.0 betrifft die Anwendung von vernetzten CPS in der industriellen Produktion.

Was bedeutet Industrie 4.0 für die Menschen?

Einige allgemeine Trends lassen sich aus dem technologischen Konzept Industrie 4.0 selbst ableiten; sie betreffen vor allem Qualifikationen, die in Zukunft wichtiger werden: Ein Grundgedanke von Industrie 4.0 ist die 'Informatisierung des Maschinenbaus'. Daher liegt es nahe zu vermuten, dass Hybridqualifikationen, die neben Mechanik und Elektronik auch Informatik umfassen und integrieren, sowohl im gewerblichen Bereich wie auch bei Hochschulabsolventen an Bedeutung gewinnen werden. Ob dies eher neue Berufsbilder und Studiengänge betrifft, oder eher neue Weiterbildungsangebote für Menschen mit einschlägiger Grundbildung, wird sich zeigen müssen; für die nähere Zukunft ist eher von Letzterem auszugehen. Ein weiterer Trend betrifft neue wissenschaftliche Grundlagen der Technik, insbesondere des Maschinenbaus: Neben den traditionellen Grundlagen aus Physik und Chemie tritt zunehmend - in Gestalt der Bionik - die Biologie.

Sicherheit durch weiche

Automatisierung?

Für diese Entwicklung gibt es im Kontext Industrie 4.0 zwei treibende Kräfte. Kollaborierende Roboter werden nicht mehr, wie die heutigen Roboter, durch Schutzzäune von den Menschen getrennt sein, sondern mit ihnen im unmittelbaren Kontakt zusammenarbeiten. Daraus ergeben sich vielfältige Sicherheitsprobleme. Ein Ansatz für inhärente Sicherheit ist die so genannte weiche Automatisierung: Der Roboterarm der Zukunft ist nicht mehr nach dem Modell eines starren und harten Maschinenteils, sondern nach weichem biologischem Vorbild - etwa eines Elefantenrüssels - gestaltet. Das wäre ein Beispiel für Hardware-Bionik. Von grundlegender Bedeutung für smarte, autonome Systeme ist aber auch die Software-Bionik: Wie können nach dem Verhaltensvorbild von einzelnen Tieren oder Schwärmen interagierende, verteilte autonome Systeme gestaltet werden? Neben den grundlegenden Qualifikationen ist aber besonders die Frage wichtig, wie sich die Arbeit selbst in Zukunft gestalten wird. Diese Frage ist noch schwieriger zu beantworten.

Arbeit: Werkzeuge versus Inhalt

Dass sie so schwierig zu beantworten ist, liegt daran, dass Technologie - und Industrie 4.0 ist im Kern zunächst einmal ein technologisches Konzept - aus sich selbst heraus gar keinen direkten Einfluss auf die Arbeitswelt hat. Entscheidend ist letztlich nicht, womit wir etwas machen, sondern was wir machen; nicht das Instrument, sondern der Inhalt der Arbeit: Was sind meine Aufgaben, meine Verantwortung, meine Entscheidungsfreiheit, meine Kompetenzen? Ein ganz ähnliche Debatte wurde in den Achtziger- und Neunzigerjahren zum Thema Computer Integrated Manufacturing geführt, aus heutiger Sicht also zu Industrie 3.0. Auch damals konkurrierten - bei prinzipiell gleicher technologischer Basis - ganz unterschiedliche industrielle Organisationsmodelle miteinander. Auf der einen Seite waren dies sehr arbeitsteilige, tayloristische Organisationsformen, auf der anderen Seite Modelle wie teilautonome Gruppenarbeit. Die damit zusammenhängen Fragen sind bis heute aktuell:

  • • Was ist das Grundmodell der Organisation? Zentral oder dezentral? Welche Entscheidungsbefugnisse sollen vor Ort bestehen, welche nur auf (höherer) Leitungsebene?
  • • Was ist das damit korrespondierende Bild der Arbeit? Werden die Mitarbeiter als kompetent Handelnde und (Mit-) Entscheidende gesehen, oder als Produktionsressourcen, die möglichst gut gesteuert und kontrolliert werden müssen? Sind Menschen Nutzer der Technik oder ihre Bediener?
  • • Und wiederum damit zusammenhängend die Technikgestaltungs- und Einsatzphilosophie: Sollen vornehmlich Informationen über die Menschen erzeugt, verarbeitet und aufbereitet werden oder für die Menschen? Sollen menschliche Fähigkeiten ersetzt oder unterstützt beziehungsweise verstärkt werden?

Diese Fragen werden nicht von der Technik beantwortet, sondern durch Entscheidungen in Unternehmen. Die Zukunft der Arbeit in Bezug auf Industrie 4.0 ist gestaltbar und gestaltungsbedürftig. Gegenüber Industrie 3.0 bestehen neue Aspekte in der Fülle in Echtzeit vorliegender Daten und den Möglichkeiten intelligenter Datenaufbereitung, -analyse und -visualisierung. Hier zeigt sich besonders deutlich, wie sich die oben beschriebenen Organisations- und Technikeinsatzmodelle in Industrie 4.0 ausprägen können. Es gibt sowohl Konzepte, die diese neuen Möglichkeiten der Datenanalyse zur Unterstützung der Mitarbeiter in ihrem kompetenten Handeln und zur kontinuierlichen Erweiterung der Kompetenz der Mitarbeiter nutzen, wie auch solche, die auf zentrale Information und Entscheidung sowie Kontrolle über die Mitarbeiter hinauslaufen. Diese Fragestellungen werden auch im laufenden Technologieprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, 'Autonomik für Industrie 4.0', bearbeitet.

Konkret: Schutzmodelle, Informationsbereitstellung und Assistenz

Das Projekt 'InSA - Schutz- und Sicherheitskonzepte für die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter in gemeinsamen Arbeitsbereichen' trägt dazu bei, die oben bereits angesprochenen Sicherheitsprobleme bei der Arbeit mit kollaborierenden Robotern zu lösen. Im Rahmen des Projekts wird ein umfassendes Schutzmodell erarbeitet, das den Benutzer eines Roboters und dessen Kontext, seine Umgebung, seine Tätigkeiten und seine Interaktion einschließt. Das System soll aktuelle Tätigkeiten registrieren und anhand des Kontextes und der jeweiligen Situation das Gefährdungspotenzial beurteilen, das für Mitarbeiter etwa durch die Bewegungen eines Roboters entstehen kann. Anhand dieser Beurteilung errechnet das System Risiken und veranlasst Schutzmaßnahmen, etwa indem ein Roboterarm vor einem vorbeilaufenden Arbeiter zurückweicht. Die Frage der dezentralen Informationsbereitstellung ist Anliegen des Projekts 'APPsist - Mobile Assistenzsysteme und Internetdienste in der intelligenten Produktion'. Im Projekt werden multimediale Assistenzsysteme entwickelt, die die Mitarbeiter bei der Nutzung cyberphysikalischer Systeme in der Produktion und beim Wissensaustausch untereinander unterstützen. Dabei sollen die Assistenzdienste den Wissensstand des jeweiligen Mitarbeiters ebenso berücksichtigen wie die Besonderheiten der konkreten Arbeitssituation. Für die konkrete Umsetzung werden auch Augmented-Reality-Techniken erprobt; dabei trägt der Nutzer eine Datenbrille, in die z.B. die korrekte Verkabelung elektronischer Bauteile eingeblendet wird. Das Projekt 'motionEAP - System zur Effizienzsteigerung und Assistenz bei Produktionsprozessen' widmet sich besonders der Befähigung von Mitarbeitern und auch dem präventiven Arbeitsschutz durch neue technische Möglichkeiten. Das Assistenzsystem wertet Arbeitsschritte des Mitarbeiters sensor- und videogestützt aus, wodurch Probleme oder Fehler sofort erkannt werden. Das kann ein falscher Montageschritt oder eine unergonomische Körper- oder Handhaltung sein. Das System projiziert dann einen entsprechenden Hinweis in das Sichtfeld des Arbeiters. MotionEAP ist nicht nur für die schnelle Einarbeitung in neue Produktionsabläufe gedacht - es soll auch ältere und leistungsgeminderte Werker entsprechend ihres Leistungsvermögens unterstützen. Die Mitarbeiter sollen durch das Assistenzsystem weder unterfordert noch überfordert werden. Es soll einerseits keine Bevormundung durch zu viele Meldungen geben, andererseits sollen aber unnötige Fehler vermieden werden.

Diese Projekte zeigen konkrete Möglichkeiten auf, wie die Techniken der Industrie 4.0 von der Arbeitswelt eingesetzt werden können. Es werden auch die vielfältigen und teils miteinander konkurrierenden Anforderungen an diese Systeme deutlich. Solche Erfahrungen helfen dabei, die Arbeitswelt in Industrie 4.0 sowohl produktiv wie auch menschengerecht zu gestalten. n Was sind CPS?

CPS sind verteilte smarte Systeme - Mikrosysteme -, die sensorische, informationsverarbeitende und aktorische Funktionen übernehmen. Sie sind in Kommunikationsnetze eingebettet, daher besteht ein enger Bezug zum Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). CPS werden - so die Annahme - hinsichtlich Wahrnehmung, Kognition und Motorik Leistungen erbringen können, die sich immer mehr der menschlichen Leistungsfähigkeit annähern. 'Intelligente' Fähigkeiten der CPS entstehen üblicherweise aus der - mehr oder weniger flexiblen - Kooperation verteilter Systeme. In dieser Hinsicht bestehen Korrespondenzen zu den Konzepten des Pervasive Computing und der Ambient Intelligence. Für CPS eröffnen sich viele Anwendungsfelder, vom Wohnen und dem alltäglichen Leben über Verkehr und Logistik bis hin zur Gesundheitsversorgung.