Konkrete Beispiele für Industrie 4.0

Der im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung entwickelte Begriff „Industrie 4.0“ wurde erstmals 2011 auf der Hannover Messe vorgestellt. 

Seitdem prägt er die fachlichen Diskussionen über die Digitalisierung von Maschinenbau und Industrie auf entscheidende Weise. International ist er inzwischen ebenfalls weit verbreitet. Gleichzeitig findet er häufig als reines Schlagwort Verwendung, sodass seine eigentliche Bedeutung nicht immer deutlich wird. Grundsätzlich steht Industrie 4.0 für die Digitalisierung der Produktion in dem Sinne, dass Maschinen untereinander und mit dem Menschen vernetzt werden. Ziel ist eine Smart Factory, die sich selbst organisiert. Obwohl der Mensch also zunehmend eine Kontrollfunktion einnimmt, geht es bei Industrie 4.0 nicht um seine Ersetzung, wie auch der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) betont: „Im Zentrum von Industrie 4.0 steht – trotz zunehmender Automatisierung – der Mensch. Denn ohne qualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter wird es nicht gelingen, die Technologieführerschaft des Maschinen- und Anlagenbaus und dessen führende Position auf den internationalen Märkten nachhaltig zu behaupten.“ Im Folgenden möchten wir einige prägnante Beispiele für Industrie 4.0 vorstellen. Obwohl sie nur kleine Teile des großen Ganzen darstellen, zeigen sie auf anschauliche Weise die Potenziale der jeweiligen Technologien auf.

Automatisiert erstellte Montageanleitungen und Mensch-Maschine-Kommunikation

Das Forschungslabor AIXLAB am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen beschäftigt sich mit der Frage, wie künstliche Intelligenz (KI) den Werker in der industriellen Produktion gezielt unterstützen kann. Im ersten Projekt des Labors ging es um die Optimierung der manuellen Montage. Hierfür wurden vier ergonomische Arbeitsplätze von item aufgebaut und mit verschiedenen digitalen Technologien verknüpft. Zu den eingesetzten Lösungen zählt beispielsweise ein System zur Montageunterstützung, das von den Mitgliedern des Forschungsprojekts AuQuA entwickelt wurde. Automatisiert generiert die KI Montageleitungen, die Mitarbeiter während ihrer Arbeit und für Schulungen zu neuen Arbeitsprozessen nutzen können. Die Anleitung wird nicht auf einem Endgerät angezeigt, sondern auf die Arbeitsoberfläche und das entsprechende Werkstück projiziert. Auch die Optimierung der Montageanleitungen und Qualitätsprüfung der Montage erfolgen automatisiert. In weiteren Projekten beschäftigt sich das AIXLAB mit der Anpassung von Technologien wie Virtual Reality und Augmented Reality an die Anforderungen der manuellen Produktion. Diese Maßnahmen sind vor dem Hintergrund des Internet of Production zu sehen – einer Modifikation des Internet of Things, welche die Besonderheiten der Produktionstechnik in den Blick nimmt.

Auf die speziellen Arbeitsbedingungen in der Corona-Pandemie hat aucobo schnell reagiert: Eine eigene Covid-19-App verschickt automatisch Warnhinweise, sobald der Mindestabstand von 1,50 Metern nicht eingehalten wird.

Um die effiziente Bereitstellung von Informationen dreht sich auch das Industrie-4.0-Beispiel des Start-ups aucobo: Dessen Software analysiert Maschinendaten und verteilt anschließend notwendige Aufgaben anhand von Parametern wie Qualifikation und Verfügbarkeit. Letztlich entscheiden jedoch die Mitarbeiter selbst, wer welche konkrete Aufgabe übernimmt. So genügt etwa das Scannen eines QR-Codes, um die Rollen von einzelnen Mitarbeitern im System zu ändern. Die konkrete Mensch-Maschine-Kommunikation erfolgt auf Endgeräten wie Smartwatches, Smartphones oder Tablets. Die Entscheidung, welches Gerät verwendet werden sollte, hängt immer ganz vom jeweiligen Tätigkeitsbereich ab. So legen etwa Logistiker Wert auf größere Geräte und schnelle Scanner. Daher empfiehlt sich hier die Kombination der aucobo Software und speziellen Smartwatches mit überdurchschnittlich großem Display und Laserscanner. Auf die speziellen Arbeitsbedingungen in der Corona-Pandemie hat aucobo schnell reagiert: Eine eigene Covid-19-App verschickt automatisch Warnhinweise, sobald der Mindestabstand von 1,50 Metern nicht eingehalten wird. Sollte es zu einer Corona-Infektion kommen, zeigt ein Kontakt-Tagebuch, wer dem Infizierten begegnet ist – natürlich unter Wahrung von Datenschutz und Privatsphäre.

Digitale Zwillinge und Cobots als Beispiele für Industrie 4.0

Unter einem „digitalen Zwilling“ versteht man das dreidimensionale Abbild eines realen oder noch in der Entwicklung befindlichen Objekts. Mittels VR- oder AR-Brillen wird eine immersive Darstellung dieser Simulation ermöglicht. Das August-Wilhelm Scheer Institut (AWS) für digitale Produkte und Prozesse forscht intensiv zu beiden Varianten des digitalen Zwillings. So ist es zum einen möglich, über den Zugriff auf die Daten einer laufenden Maschine einzelne Bauteile zu simulieren und mit diesen zu interagieren. Im virtuellen Raum geht man dann an das jeweilige Bauteil heran und betrachtet die Leistungsdaten auf einem Dashboard. Somit können Wartungsvorgänge oder eine Fehlersuche erfolgen, ohne direkt vor Ort zu sein. Zum anderen lässt sich der digitale Zwilling eines Prototypen in einem ebenfalls simulierten Besprechungsraum darstellen. In diesen virtuellen Büros treffen sich Teams standortunabhängig, um die Arbeit an den Prototypen voranzutreiben. Eine spürbare Effizienzsteigerung ist die Folge. Diese 3D-Umgebung lässt sich individuell gestalten und etwa mit Whiteboards, Videodateien und Slides ausstatten. Da in beiden Varianten des digitalen Zwillings Reisen entfallen, zeigt dieses Beispiel für die Industrie 4.0, wie die Digitalisierung auf die Nachhaltigkeit einzahlt.

Um die eigenen Mitarbeiter in der manuellen Montage zu entlasten, hat item ein modulares System für die Mensch-Roboter-Kollaboration entwickelt. Mit dieser Lösung werden Produkte, die zuvor per Hand gefertigt werden mussten, teilautomatisiert montiert.

Auch die Mensch-Roboter-Kollaboration weist in die Zukunft: Dabei kommen Leichtbauroboter zum Einsatz – Collaborative Robots, abgekürzt auch als „Cobots“ bezeichnet. Sie ähneln einem menschlichen Arm und zeichnen sich durch vergleichsweise geringen Platzbedarf und Vielseitigkeit aus. In erster Linie übernehmen Cobots repetitive Aufgaben, sodass sie die Werker deutlich entlasten und die Fehlerquote reduzieren. Aufgrund ihrer Kompaktheit und spezieller Sensoren, die Menschen und Hindernisse erkennen, können Cobots ohne Sicherheitszaun gemeinsam mit ihren menschlichen Kollegen Komponenten bearbeiten. Um die eigenen Mitarbeiter in der manuellen Montage zu entlasten, hat item ein modulares System für die Mensch-Roboter-Kollaboration entwickelt. Mit dieser Lösung werden Produkte, die zuvor per Hand gefertigt wurden mussten, teilautomatisiert montiert. Auf einer rollbaren Funktionsinsel ist ein Industrieroboterarm unseres Kooperationspartners Universal Robots befestigt. Über eine Andockstation lässt sich diese Insel an jedem item Arbeitsplatz anbringen. Wird der Cobot nicht benötigt, kann die Funktionsinsel in wenigen Sekunden abgedockt und verstaut werden.

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