Die Rolle des Menschen in der Smart Factory

Robotik: Ein Königreich der Technologie?

Roboter nehmen bereits einen sehr hohen Stellenwert in der deutschen Industrie ein, allerdings ist ihr Einsatz auch kritisch zu betrachten. Schließlich birgt die umfängliche Vernetzung der intelligenten Maschinen ein gewisses Risiko und es stellt sich die Frage, welche Rolle der Mensch in der zukünftigen „Smart Factory“ spielen wird.

In der Fabrik der Zukunft sollen sich Mensch und Maschine ergänzen.

In der Fabrik der Zukunft sollen sich Mensch und Maschine ergänzen.

Die Automation der Industrien läuft auf Hochtouren. Aus dem „World Robotics Report 2017“ der International Federation of Robotics (IFR) geht hervor, dass Deutschland innerhalb Europas das am stärksten automatisierte Land ist: Hier liegt die Roboterdichte bei 309 Einheiten pro 10.000 Beschäftigte, womit Deutschland im weltweiten Vergleich auf Platz 3 hinter Südkorea und Singapur landet. Und zwischen 2018 und 2020 soll der jährliche Absatz hierzulande aufgrund der steigenden Nachfrage nach Robotern in der allgemeinen Industrie und in der Automobilindustrie weiterhin um durchschnittlich mindestens fünf Prozent pro Jahr wachsen. „Die Wichtigkeit dieser Maschinen für die heimische Industrie kann kaum überschätzt werden“, pflichtet Volker Spanier, Leiter Robotics Solutions von Epson in EMEAR, bei. „Nicht umsonst ist der Begriff ‚Industrie 4.0’ eine deutsche Schöpfung, die sich erst später auch international etabliert hat.“

An sich ist die Fabrikautomatisierung durch Roboter natürlich nichts Neues. In den 50er-Jahren kamen z.B. erste NC-Maschinen (Numerical Control) auf den Markt und 1954 meldete der Erfinder George Devol in den USA ein Patent für einen programmierbaren Manipulator an. Dieses Datum gilt als Geburtsstunde für die Entwicklung von Industrierobotern. In Deutschland wird die Robotertechnik seit Anfang der 70er-Jahre produktiv eingesetzt. Doch was hat sich heute im Vergleich zu früher geändert? „Die neuen Industrieroboter sind kollaborativ, d.h. sie arbeiten nicht mehr unbedingt getrennt vom Menschen, sondern teilen sich denselben Arbeitsbereich“, erläutert Dr.-Ing. José de Gea Fernández, Wissenschaftler und Leiter des Teams „Roboterregelung“ am Robotics Innovation Center der DFKI GmbH. „Dadurch sind sie nicht mehr isoliert, sondern vernetzt.“ Hierfür verfügen sie u.a. über zahlreiche Sensoren und sind mit anderen IT-Systemen verbunden, mit denen sie via Cloud kommunizieren können.

Ein ganzes Bündel an Maßnahmen


Diese digitale Vernetzung sowie der Austausch zwischen allen Akteuren in einer Fabrik bilden das Rückgrat der Industrie 4.0. Die Zahl hinter „Industrie“ verweist dabei grundsätzlich auf die jeweilige „industrielle Revolution“, die mit Einführung der entsprechenden Produktionsart umgesetzt wurde. „Industrie 1.0 beschreibt den Wandel in der Produktion, als überhaupt Maschinen eingeführt wurden und die erste Massenproduktion begann“, erklärt Volker Spanier. „Industrie 2.0 definiert den Zeitpunkt, als neue Produktionsformen wie Fließbänder oder auch Akkordarbeit in Kraft traten. Industrie 3.0 ist der Zeitpunkt, als Computer in die Produktionsprozesse eingebunden wurden“ und Industrie 4.0 – dem Punkt, an dem wir heute stehen – bezeichne schließlich ein ganzes Bündel an Maßnahmen: angefangen bei der Vernetzung einzelner Maschinen bis hin zu ganzen Produktionszweigen, über die Einführung von Sensoren zur Überwachung der verschiedensten Parameter bis hin zu Assistenzsystemen und schließlich der Autonomie der Maschinen. „Industrie 4.0 ist ein deutlich komplexerer und umfassenderer Vorgang als seine Vorgänger, wobei die einzelnen Stufen aufeinander aufbauen“, so Spanier.

Stolpersteine bei dieser Vernetzung der Systeme sieht Thomas Flaig in der Software-Entwicklung, „die in der Automatisierungstechnik noch sehr schwerfällig daherkommt“, so der Senior Account Manager „Digital Factory Solutions“ von Cenit. Hierarchische Steuerungsarchitekturen in Produktionsanlagen, kombiniert mit althergebrachter Steuerungs-Software, seien nur schlecht den Anforderungen einer intelligenten Vernetzung im Sinne von Industrie 4.0 gewachsen. Daher plädiert Andreas Schunkert, Head of Technical Support Western Europe bei der Universal Robots (Germany) GmbH, für eine Standardisierung der Software-Schnittstellen: „Denn eine Vernetzung kann nur dann funktionieren, wenn der Datenaustausch zwischen Anwendungen selbst unterschiedlichster Hersteller reibungslos möglich ist.“

Im Bereich der Robotik versucht man hier zurzeit den sogenannten OPC-UA-Standard zu implementieren. Er soll eine herstellerunabhängige Kommunikation der Systeme garantieren. „Ein Stolperstein ist allerdings“, so Schunkert weiter, „dass dieser Standard noch nicht genormt ist.“ Sprich: Jeder kann den OPC so verwenden, wie er es für richtig hält. Ein Gremium soll jedoch aktuell daran arbeiten, dies zu ändern.

Zudem gewinne der Begriff „Datensicherheit“ erheblich an Relevanz, meint Volker Spanier, „denn Daten von Sensoren, die beispielsweise von einer Produktionsstraße stammen und in der Cloud gespeichert werden, müssen vor unberechtigtem Zugriff geschützt werden“. Außerdem seien noch viele rechtliche Fragen zu klären, die sich z.B. auf Rechte bei der Handhabung und/oder Veränderung solcher Daten beziehen. Alles das müsse auf internationaler Ebene diskutiert und geklärt werden.

Aufrüstung älterer Roboter


Grundsätzlich sollen sich alle Maschinen in der Industrie 4.0 einsetzen lassen, wenngleich nicht unbedingt für alle Zwecke. So kann ein traditioneller Produktionsroboter, der keine Sicherungen besitzt, um beispielsweise in einer kollaborativen Umgebung zu arbeiten, natürlich auch in einer Industrie-4.0-Umgebung in der Produktion eingesetzt werden. „Wird für eine Linie hingegen eine kollaborative Maschine benötigt, muss die Entscheidung getroffen werden, ob sich eine Aufrüstung dieser alten Maschine lohnt“, bemerkt Volker Spanier.

Laut Andreas Schunkert gibt es verschiedene Szenarien, um einen Roboter der „älteren Generation“ fit für die Zukunft zu machen. Zum Beispiel ließen sich Möglichkeiten zur Vernetzung auch im Nachgang durch Software-Updates schaffen. „So ist es etwa bei unserer Software 3.3 passiert. Mit dem Update erweiterten wird die Kompatibilität der Robotersysteme mit einer Profinet-Schnittstelle.“ Ferner ist ein Aufrüsten bzw. Nachrüsten durch neue (externe) Sensorik möglich, die das Umfeld erfasst, sowie „durch neue Steuerungsgeräte, welche die aktuellen Steuerungsrechner um mehr kognitive Fähigkeiten – z.B. das Analysieren und Verstehen der Umgebung/Lage, das Treffen von Entscheidungen, das Anpassen an neue Situationen und das Lernen aus Erfahrungen – ergänzen“, weiß José de Gea Fernández. Die zusätzliche Sensorik würde „ältere“ Roboter sicherer machen und die Wahrnehmung der Umgebung erlauben, wodurch sich etwa Schutzgitter abschaffen ließen.

Zu den grundlegenden Ansätzen im Rahmen der Industrie 4.0 gehören übrigens auch die Selbstoptimierung der Roboter in einer Smart Factory sowie eine weitgehende Kognition, eigenständiger in der Entscheidungsfindung zu werden und so bei zunehmend komplexen Aufgaben besser einsetzbar zu sein. Hier jedoch eine Abschätzung zu treffen, inwieweit eine Selbstkonfiguration gehen kann, soll kaum möglich sein. „Selbstoptimierung hat sehr viel mit Autonomie zu tun und benötigt Maschinenintelligenz“, erläutert Thomas Flaig. „Selbstoptimierende oder gar autonome Robotersysteme benötigen weit mehr Rechenleistung und intelligentere Algorithmen, als sie in heutigen Steuerungen verfügbar sind.“

Letztlich sei jedes System immer nur so schlau wie sein Anwender. Was Andreas Schunkert damit sagen will: „Natürlich verfügen die Roboter von uns über die ‚Kompetenz’, sich selbst zu optimieren, allerdings nur dann, wenn ihr Bediener sie dafür programmiert hat. Nehmen wir an, der Roboter kommt in Kombination mit einem Kraft-Momenten-Sensor zum Einsatz. Beim Ausführen einer Bewegung erkennt er damit eigenständig, dass er mit einem Objekt ungewollt kollidiert. Er nimmt also einen leichten Widerstand über den Sensor zur Kenntnis. Beim nächsten Mal, wenn der Roboter die Bewegung ausführt, könnte er seine Position daraufhin anpassen.“ Diesen Vorgang zur Optimierung müsse der Anwender so allerdings zuvor programmieren.

Science Fiction oder bald Realität?


Ob Maschinen wohl dennoch irgendwann schlauer als die Menschheit sein werden? Nun, besser Schach spielen können Maschinen bereits, das ist Fakt. Allerdings: „Wenn es darum geht, dass eine Maschine einen besseren Roman als ein Mensch schreibt, müssen wir“, so glaubt Volker Spanier, „noch sehr lange darauf warten.“ Natürlich könne eine Maschine dank ihrer Algorithmen gewisse Aufgaben schneller und fehlerfreier als ein Mensch bearbeiten, also auch Schach „erlernen“ –, „aber von einer universellen Intelligenz oder Entscheidungsfindung basierend auf menschlichen oder empathischen Kriterien sind wir noch weit entfernt“. Ähnlich sieht es José de Gea Fernández: „Dass Roboter eine allgemeine Intelligenz – ähnlich der unseren – besitzen oder zukünftig erlangen, ist immer noch Science Fiction und reine Spekulation.“

Thomas Flaig scheint da allerdings zuversichtlicher zu sein, schließlich soll das sogenannte „Moore’sche Gesetz“ besagen, dass sich die Rechenleistung alle 18 Monate verdoppelt. Selbst wenn die eine Technologie an die Grenzen stoße, werde sie durch eine andere abgelöst. „Dieser Prozess läuft nun schon viele Jahrzehnte und scheint kein Ende zu finden“, gibt Flaig zu bedenken. „Aktuell rechnet man im Jahre 2030 mit Rechenleistungen, die der Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns entsprechen.“ Es sei nur eine Frage der Algorithmen, die Intelligenz, Kreativität und kognitiven Fähigkeiten eines Menschen in Maschinen abzubilden. Bei einer weiteren Verdopplung alle 18 Monate hätten wir dann im Jahr 2050 die 8.000-fache Leistungsfähigkeit eines menschlichen Gehirns. „Es ist kaum vorstellbar, was dies konkret bedeutet.“

Doch will die Menschheit überhaupt solch eine Entwicklung? Wird sie diese zulassen? Nach Ansicht von Helmut Schmid, Geschäftsführer der Universal Robots (Germany) GmbH, sei das Ganze „kein erstrebenswertes Ziel“. Er ist davon überzeugt, dass der Bedarf an den einzigartigen Fähigkeiten eines Menschen eher größer als kleiner werde. Das heißt, der Mensch wird auch in Zukunft eine wichtige Rolle in der Smart Factory spielen, in der Roboter fortschrittliches Prozess-Know-how vorweisen: „Die Automatisierung von standardisierten Aufgaben bedeutet gleichzeitig eine Aufwertung des menschlichen Könnens, dem dadurch mehr Platz zur Entfaltung eingeräumt wird“, so Schmid.

„Ich denke, es werden sich zunächst und für längere Zeit vor allem hybride Teams bestehend aus Menschen und Robotern durchsetzen“, betont de Gea Fernández. „Roboter und Menschen werden sich ergänzen. Einerseits kann dann der Mensch von der Genauigkeit, Verfügbarkeit und Geschwindigkeit des Roboters profitieren, andererseits hat der Mensch aufgrund seiner kognitiven Fähigkeiten, Erfahrungen und seines flexiblen Umgangs mit Störungen Vorteile gegenüber dem Roboter.“ Wichtig für die Akzeptanz dieser Kollaboration gerade bei der Belegschaft ist laut Volker Spanier, „dass der Mensch in der Industrie 4.0 selbst den Arbeitstakt entscheidet und nicht von einem Roboter gegängelt wird“.

Ein zweischneidiges Schwert


Ein recht ähnliches, bisweilen erschreckendes Zukunftsbild liefert übrigens Buchautor Dan Brown in seinem aktuellen Thriller „Origin“. In diesem widmet sich der Zukunftsforscher Edmond Kirsch den Fragen „Wo kommen wir her?“ und „Wo gehen wir hin?“ – und kommt zu dem Ergebnis: „Wir erleben einen Schub an Innovationen, der schneller verläuft, als wir es mit dem Verstand begreifen können. Und wir selbst sind die Schöpfer dieses neuen Reiches – des Techniums.“ Er sei zwar nicht der Erste, der ein Königreich der Technologie vorhergesagt habe, „aber ich konnte es in Modellrechnungen bestätigen und zeigen, was es mit uns anstellt“, so Dan Browns Roman-Figur. Und was ist es, was dieses „Königreich der Technologie“ mit uns macht? Es wird die Menschheit absorbieren, steht im Roman geschrieben.

Wer nicht glaubt, dass Mensch und Technologie verschmelzen werden, braucht sich eigentlich nur umzuschauen: Menschen umklammern in der Bahn ihre Smartphones oder haben Bluetooth-Kopfhörer in den Ohren, Jogger haben sich MP3-Player an den Arm geschnallt, Gamer zocken daheim mit VR-Brillen am Computer, auf dem Esstisch steht ein „Smartspeaker... „Das sind lediglich die primitiven Anfänge dieser Symbiose“, meint Kirsch im Thriller. „Wir fangen gerade erst damit an, winzige cholesterinfressende Nanobots in unseren Blutkreislauf zu injizieren, Computerchips ins menschliche Gehirn zu implantieren, synthetische Gliedmaßen zu konstruieren, die von unseren Gedanken kontrolliert werden (...)“ Laut Browns Roman-Figur werden die gleichen Werkzeuge, die heute noch außerhalb unseres Körpers existieren – Smartphones, Hörhilfen, Brillen, die meisten Medikamente – in fünfzig Jahren in solchem Ausmaß im menschlichen Körper integriert sein, „dass wir uns nicht länger als Homo sapiens betrachten können“. Ein interessanter Gedanke.

Doch zurück zu den reellen Experten: Wie schätzen sie die Lage ein? Inwieweit werden moderne Technologien – darunter die Industrieroboter – das (Arbeits-)leben beeinflussen? „Natürlich kann durch die Automatisierung einer Tätigkeit ein Arbeitsplatz wegfallen“, blickt Helmut Schmid der Tatsache ins Gesicht. Gleichzeitig habe jede industrielle Revolution bisher zu mehr Wachstum, mehr Wohlstand und damit letztlich auch zu mehr Jobs geführt, meint der Geschäftsführer von Universal Robots Germany. Und Thomas Flaig knüpft an: „Industrie 4.0 ist ein zweischneidiges Schwert – zum einen wird von den Mitarbeitern einer Smart Factory mehr Kompetenz und Verantwortung gefordert, zum anderen werden wenig qualifizierte Tätigkeiten von intelligenten Maschinenassistenten übernommen.“ Qualifikation sei der entscheidende Faktor – Qualifikation der eigenen Mitarbeiter, aber auch der zukünftigen Generationen.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 04/2018. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

„Und daher ist es umso wichtiger, dass hier parallel das Bildungsangebot sowie die Ausbildung selbst in Schulen sowie die Weiterbildung in Unternehmen im Bereich der Digitalisierung und auch der Wissenschaft und Technologie deutlich verbessert werden“, betont José de Gea Fernández abschließend.

Bildquelle: Thinkstock/iStock

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