Smart Factory
Digitalisierung  Robotik  27.02.2019

Es muss gar nicht dunkel sein

Maschinelles Lernen, künstliche Intelligenz und Automatisierung verändern unsere Industrieprozesse grundlegend. Aber trotz aller Fortschritte in der Robotik stellt sich die Frage, ob die vollautomatische Fabrik tatsächlich das erstrebenswerte Ziel ist – oder ob die wahre „Smart Factory“ nicht besser die Stärken von Mensch und Maschine vereint.

Wann gehen weltweit in den Fabriken die Lichter aus? Nicht im übertragenen Sinn, sondern wörtlich: Die Vision der „Dark Factory“ geistert schon seit längerer Zeit durch die Köpfe der Fabrikmanager. Dunkel, weil die dort arbeitenden Roboter komplett autonom handeln und entscheiden können, keine menschliche Unterstützung mehr benötigen – und dann genauso gut die Lichter ausbleiben können, denn Roboter und Maschinen brauchen keine stromfressende Beleuchtung. Und die Robotertechnik ist zweifellos auf dem Vormarsch.

Aber noch immer stößt sie an Grenzen. Beispiel hierfür ist die Mechanik, die in der Branche „Griff in die Kiste“ heißt: Wie bekommt man einen Roboter dazu, aus verschiedenen Gegenständen den richtigen zu erkennen und ihn mit dem Greifarm auch korrekt zu fassen? Hier ist der Mensch nach wie vor überlegen, und immer wieder passiert es Roboter-Herstellern, dass sie die unter Laborbedingungen erzielten Fortschritte anschließend in der Fabrik nicht reproduzieren können. Daran schließen sich auch ganz andere Fragen an: Wie lange darf zum Beispiel ein Roboter erfolglos versuchen, einen Gegenstand zu greifen, bevor ein Mensch hinzukommt und ihm hilft?

Die Produkte organisieren sich selbst

Wohl auch deshalb fragen sich immer mehr Ingenieure und Wissenschaftler mittlerweile: Gibt es keine smarteren Ziele als die „Dark Factory“? Lange Zeit habe man auf die Maschinen geblickt, lautet eine der Thesen von Professor Johannes Fottner, Fakultät Maschinenwesen der TU München, auf der VDI-Konferenz „Robotik für die Smart Factory“ - einem Branchentreffen von Produzenten, Fabrikmanagern und Software-Ingenieuren im Dezember 2018. „Wie wäre es, wenn wir auf die Produkte schauen?“, so Fottner. Was er damit meint, setzen einige deutsche Automobilkonzerne bereits testweise um: Modulare Fertigung statt Fließband – das bedeutet, dass die Reihenfolge der Produktionsschritte je nach Anforderung verändert wird. „Wenn eine Station besetzt ist oder länger benötigt wird, fährt das Fahrzeug in eine andere Station“, beschreibt Fottner. Das wiederum benötige einen dezentralen, sich selbst organisierenden Materialfluss, aber auch dafür sei die Entwicklung bereits erstaunlich weit. In solchen Systemen sei der Mensch nach wie vor wichtig: Er sei derjenige, der plane, überlege und anpasse.

Smart Factory

Denn die künstliche Intelligenz und das maschinelle Lernen stießen nach wie vor an Grenzen. „Mein Traum wäre, dass ein Roboter, der alle Steuerregeln kennt, mir automatisch die Steuererklärung erstellt“, sagt Professor Kai Furmans vom Karlsruher Institut für Technologie. „Mein Steuerberater hat mir aber erklärt, das sei nicht möglich, weil das Regelwerk nicht widerspruchsfrei ist.“ Genauso sei die Situation auch in den Fabrikhallen: Es gibt viel zu viele Zwangsbeziehungen, die nicht logisch miteinander zu verknüpfen sind. Zwar habe es starke Fortschritte in der Vergangenheit gegeben, aber mehr und mehr schauten die Entwickler jetzt auf kollaborative Systeme zwischen Mensch und Maschine, um beide Stärken zu verknüpfen. „Menschenleere Fabriken gab es auch schon in der sogenannten Industrie 3.0“, bekräftigt Maschinenwesen-Experte Fottner. „Aber unter bestimmten Umständen. Wir müssen weg von der Idee, den Menschen eins zu eins ersetzen zu wollen.“

Industrie 4.0 als Prozessrevolution

Auch deswegen gibt Fottner zu bedenken, dass „Industrie 4.0“ teilweise falsch verstanden werde: „Frühere industrielle Revolutionen waren eng mit einer Technologie verknüpft, der Dampfmaschine oder dem Fließband“, sagt er. „Industrie 4.0 hat als eigentliche Neuerung eine Prozess-Revolution: Konnektivität, cyberphysische Systeme und neue Möglichkeiten der Kommunikation.“ Wenn sich Prozesse veränderten, müsse aber auch der Mensch ganz anders agieren.

Die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter wiederum wirft ganz neue Fragen auf: Wie verhalten sich Maschine und Mensch, wenn sie aufeinander treffen? Wer muss beiseitetreten, welcher von beiden muss seine Arbeit stoppen, wenn sie die des anderen behindert? Bislang ist das häufig der Roboter, der dadurch einen Teil seiner Effizienz verliert. „Ähnlich wie im Straßenverkehr“, gibt Fottner zu bedenken: „Autonomes Fahren wäre kein Problem, wenn alle Fahrzeuge autonom führen, aber der Mensch erschwert die Kalkulation.“ Die Robotik-Hersteller haben bei ihren Forschungen deshalb vielleicht auch nicht so ganz überraschend festgestellt, dass Menschen sehr unterschiedlich auf Roboter reagieren: „Manche laufen aggressiv auf den Roboter zu, andere weichen schüchtern zurück“, berichtet Benjamin Sommer von der Magazino GmbH, die fahrerlose Transportsysteme herstellt. Je nachdem, welchen Menschentypus er vor sich hat, müsste der Roboter eigentlich anders reagieren.

Betriebssystem: Sprache

Einige technische Lösungen für eine solche Zusammenarbeit gibt es bereits: Bosch Rexroth experimentiert derzeit mit einer „Sensorhaut“, einem elektrischen Feld rund um die Maschine. Diese soll zuverlässig erkennen, wie weit entfernt sich ein Mensch befindet, und erst dann ihre Geschwindigkeit drosseln, wenn er in den Nahbereich eintritt. Andere Hersteller versuchen, die Kommunikationsfähigkeit der Maschinen zu erhöhen, um flexibel auf möglichst viele Situationen reagieren zu können. „Das Betriebssystem der Zukunft wird die menschliche Sprache sein“ lautet ein geflügeltes Zitat, sprich: Menschen werden noch mehr als heute ihren kollaborierenden Maschinen direkte Befehle geben können.

„Automatisierung ist eben nicht zwangsläufig damit verbunden, dass es keine Menschen mehr in den Fabriken gibt“, sagt Fottner. Er sei überzeugt davon, dass es auch in 20 Jahren noch Fabriken geben werde, in denen Menschen arbeiten. „Der Mensch wird für das Überlegen und die Planung zuständig sein“, sagt er. Die Herausforderung der Zukunft bestehe in Systemen, in denen Mensch und Roboter effizient mit einander arbeiten können.


Wohin steuert die Digitalisierung, was macht sie mit uns, und was steckt eigentlich hinter dem Phänomen? In unserem Themenzyklus „Digitalisierung“ gehen wir diesen Fragen auf den Grund und verdichten das Thema unter anderem in der kommenden Ausgabe der ESSENTIAL.

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