Wer bringt Industrie 4.0 zum Laufen?

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1 Wer bringt Industrie 4.0 zum Laufen? Entwicklungen und Herausforderungen der Produktionsarbeit der Zukunft für Unternehmen und Mitarbeiter Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart Jahrestagung für die Vorsitzenden der Netzwerke für berufliche Fortbildung in Biberach Biberach/Riß, 11. Juni 2015 F1

2 Die Fraunhofer-Gesellschaft Joseph von Fraunhofer 6. März 1787 in Straubing 7. Juni 1826 in München Forschen für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der Fraunhofer-Gesellschaft. Die 1949 gegründete Forschungseinrichtung betreibt anwendungsorientierte Forschung zum Nutzen der Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertragspartner und Auftraggeber sind Industrie- und Dienstleistungsunternehmen sowie die öffentliche Hand. F2

3 Profile des Fraunhofer IAO und IAT, Universität Stuttgart Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO Kooperationsvertrag Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT, Universität Stuttgart Gründung: IAO 1981 IAT 1991 Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e.h. mult. Dr.-Ing. h.c. mult. Hans-Jörg Bullinger ( ) Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dieter Spath ( /2013) Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer (seit 10/2013 kommissarisch) Finanzvolumen und Mitarbeiter (2013): IAO: 25 Mio., 377 Mitarbeiter (inkl. Studenten) IAT: 8 Mio., 133 Mitarbeiter (inkl. Studenten) F3

4 Fraunhofer IAO Mit Ideen zum Erfolg F4

5 Industrie 4.0 am Fraunhofer IAO Studien Forschung Umsetzung F5

6 INHALTE Warum beschäftigen wir uns (gerade jetzt) mit der Zukunft der Produktionsarbeit? Wie sieht Arbeit zukünftig aus? Welche Rolle spielt der Mensch? F6

7 Wie die Digitalisierung unsere Welt verändert E-Banking E-Health Mobile Devices Tablet E-Commerce VoIP-Software Kommunikation Social Media Smartphone s Industrie 4.0 Car2X Open Innovation Cloud Computing Smart Energy Cybercrime Digital Identity IT-Sicherheit Data Analytics Edutainment Webinare Newsletter Suchmaschinen Wikis Websites, Blogs 3D-Simulationen E-Collaboration RSS-Feeds Augmented Reality Big / Smart Data F7

8 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Vernetzung Internet of Everything Cloud Sensoren Wireless and Mobile Beispiele Soziale Netze Industrie 4.0 Connected Devices/Cars Smart Home/Smart City/Smart Grids Smart Mobility/Smart Services Bildquelle: Werner Sobek F8

9 Beispiel IoT: Insulin Angel Bildquelle: insulinangel.com F9

10 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Data Based Systems Autonomik Simulation Big Data Analytics Bio-Informatik (extreme learning machines) Selbstlernende Algorithmen Sensordatenintelligenz Beispiele Automatisiertes Fahren Selbstlernende Roboter Leichtbauroboter Sprach-/Gesichtserkennung Lab-on-Chip Drohnen Schwarmintelligenz: 500 Roboter formen»schraubenschlüssel«mensch-maschine-kooperation: Robo-Assistenten stürmen Fabriken Automatisierte Luftfracht: Dronenprototypen zu Lieferzwecken M. Rubestein Harvard University F10

11 Das Internet of Things (IoT) wird Realität Das Internet der Dinge ist die technische Vision, Objekte beliebiger Art in ein universales digitales Netz zu integrieren. Dabei haben die Objekte eine eindeutige Identität (smart objects) und befinden/bewegen sich in einem intelligenten Umfeld. Federal Ministry of Economics and Technology 2007 Wer kommuniziert mit wem? und warum? Machine2Machine (M2M) Person2Machine (P2M) Thing2Machine (T2M) Zur bestmöglichen Vernetzung von physischer und digitaler Welt Mehrwerte: Vereinfachung, Rationalisierung und Verbesserung des menschlichen Lebens- und Arbeitsalltags durch eingebettete Systeme. Technologische Voraussetzungen RFID-Chips = Intelligente Lokalisierungstechnik Sensoren & Aktoren Cloud Technology IPv6 Erweiterter Adressraum für smart objects Data Analytics Internetfähigkeit aller Objekte Kommunikationstechnologien: gemeinsame Standards & Schnittstellen F11

12 Kurze Einführung in Industrie 4.0 Was ist Industrie 4.0? Unter dem Überbegriff»Industrie 4.0«wird die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung erwartet. Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen. [in Anlehnung an Plattform Industrie 4.0; DB Research] Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (Cyber-Physical Systems) interagieren mit ihrer Umwelt. Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health. Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der Industrie das Potenzial einer vierten industrielle Revolution zugetraut. F12

13 Duale Strategie Industrie 4.0 Positionierung der heimischen Industrie als Leitmarkt und Leitanbieter Deutschland als Leitmarkt Treiber: Internet of Things (CPS) Ziel: Steigerung der Prozesseffizienz durch Umsetzung von IoT-Anwendungsfällen Deutschland als Leitanbieter Treiber: Internet of Services Ziel: Realisierung neuer Marktchancen durch innovative Geschäftsmodelle Mobilgeräte MES Embeddeds Mobile Robotik Reifegrade digitaler Geschäftsmodelle [Accenture, 2014] Steuerungstechnik Automatisierung Momentan liegt der Schwerpunkt im Bereich Prozesseffizienz der Wettbewerb um innovative Geschäftsmodelle beginnt gerade. [Bildquellen: itizzimo, DFKI, Kuka, kiva, DHL, Uber, GE] F13

14 Arbeit verändert sich mal wieder. Steigendes Substitutionsrisiko durch Automatisierung Konzept der technologie-verursachten Arbeitslosigkeit Keynes (1933), Ricardo (1819)»Der technologische Fortschritt überholt die Schaffung neuer Arbeitstätigkeiten und Arbeitsplätze.«(Technological Unemployment) Für 47 Prozent der heutigen US-Beschäftigten ergibt sich ein hohes Risiko einer Digitalisierung/Automatisierung der Arbeitstätigkeiten. Quellen: Frey, Osborne: The Future of Employment, 2013 F14

15 Die aktuelle Diskussion geht gerade erst los Welt am Sonntag, 01. Februar 2015 F15

16 INHALTE Warum beschäftigen wir uns (gerade jetzt) mit der Zukunft der Produktionsarbeit? Wie sieht Arbeit zukünftig aus? Welche Rolle spielt der Mensch? F16

17 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /- schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F17

18 Dimension: Arbeitsaufgabe Ergebnisse der IAO-Studie»Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0«Markt verlangt stärker individualisierte und kostengünstige Produkte an. Montagewirksame Varianten nehmen tendenziell zu. Ansprüche an die Flexibilität der Anlagen, der Mitarbeiter und der Materialbereitstellung nehmen zu. Akzeptierte Lieferzeiten und Bestellmengen nehmen weiter ab. Qualitätsansprüche bleiben mindestens gleich. = Komplexität Die Belegschaft wird im Durchschnitt älter. Neue Technologien und mehr»intelligenz«halten Einzug in die Fabrik. t Quellen: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013 F18

19 Dimension: Arbeitsaufgabe Arbeit wird flexibler in Zukunft noch kurzfristiger als heute. Wie wichtig ist der flexible Einsatz Ihrer Produktionsmitarbeiter heute und in fünf Jahren?? heute (sehr) wichtig 94,1% in 5 Jahren 96,8% So viele Unternehmen haben heute starke Schwankungen im personalseitigen Kapazitätsbedarf. sehen zukünftig verstärkt kurzfristigere Schwankungen. Flexibilität war für die Firmen immer ein Thema. Es kommt heute hinzu, dass die Mitarbeiter Flexibilität fordern. Arbeitszeit und Lebenszeit sind heute wesentlich stärker verquickt als früher. Volatile Märkte und ein starres System, was die Arbeitszeit betrifft das passt nicht zusammen. 56% 41% 44% 60% (Hr. Glatz, VDMA) 27% 47% 15% 11% von Monat zu Monat von Woche zu Woche von Tag zu Tag innerhalb eines Tages Quellen: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013 F19

20 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /- schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F20

21 Dimension: Arbeitstätigkeiten Aufgaben der traditionellen Produktionsarbeit werden wegfallen; neue werden hinzukommen Die Übernahme von Aufgaben für die Produktentwicklung erzeugt heute hohe Abstimmungsaufwände in der Produktion. + 11,6% Unternehmen mit Kapazitätsschwankungen von Tag zu Tag + 8,2%, die heutige Flexibilitätsinstrumente als unzureichend bezeichnen + 6,1%, die eine zunehmend mobile IKT-Nutzung der Produktions-MA erwarten ja 49,8% teils/teils 28,4% nein 21,8% Quellen: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013; Universal Robots, Fraunhofer IPA, ABB F21

22 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /-schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F22

23 Dimension: Arbeitsmittel, -schnittstellen Mobiles Internet und mobile Endgeräte verbessern die Produktionsarbeit Der Einsatz mobiler Endgeräte eröffnet neue Möglichkeiten bei der Nutzung der aktuellen Produktionsdaten. Ja 72,7% teils/teils 19,0% Nein 8,3% Quellen: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013 F23

24 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /- schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F24

25 Beispiel: Kontextsensitives Arbeitsumfeld Licht abhängig von Individuum, Ort und Arbeitsplan Arbeitsort: Licht nur an Arbeitsplatz 2 Arbeitsplan: Sichtprüfen Individuum und Arbeitszeit: - Älterer Mitarbeiter in der Frühschicht - Jüngerer Mitarbeiter in der Nachtschicht Lichtintensität, Lichtfarbe und Lichtrichtung werden kontextsensitiv gesteuert: Über RFID-Karten wird das individuelle Lichtprofil des Werkers geladen Über einen RFID-Chip wird die Anwesenheit des Montagewagens erfasst und die Arbeitsplatzbeleuchtung gesteuert Über eine Lichtschranke wird die Entnahme des letzten Verbauteils erfasst und in die nächste Beleuchtungssituation im Arbeitsplan gewechselt (Sichtprüfung) F25

26 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /- schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F26

27 Dimension: Arbeitsumgebung Nutzungszyklen von Infrastruktur verkürzen sich weiter. heute Nutzungs-/ Lebenszyklus Gebäude Neubau Sanierung/ Umnutzung Umnutzung/ Rückbau und Recycling Prozesse/ Akteure Produkte/ Technologien IT/ Software F27

28 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /- schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F28

29 Dimension: Arbeitsorganisation Mitarbeiter bekommen Einsatzanfragen auf ihre mobilen Endgeräte Samstag geht leider nicht. Ich kann diesen Samstag arbeiten. Kundenauftrag: 50 Getriebe bis Montag Einsatzanfrage auf Smartphone Zusatzschicht am Samstag durchführen Meistercockpit für Einsatzanfragen F29

30 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /- schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F30

31 Dimension: Qualifikation Handlungskompetenzen und Fachwissen gleichermaßen gefordert Die Einführung von Industrie 4.0 erfordert vom Produktionsmitarbeiter folgende Kompetenzen: Quellen: Ingenics/Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Eine Revolution der Arbeitsgestaltung; 2014 F31

32 INHALTE Warum beschäftigen wir uns (gerade jetzt) mit der Zukunft der Produktionsarbeit? Wie sieht Arbeit zukünftig aus? Welche Rolle spielt der Mensch? F32

33 »Die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind.«[bernhard Diegner, ZVEI aus IAO-Studie»Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0«] James Thew F33

34 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Mensch* Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel, /- schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum, /-platz* *ändert sich F34

35 Megatrend Demografischer Wandel Nicht nur die Arbeit, sondern auch die Menschen ändern sich. Wachsende Weltbevölkerung Alterung der Gesellschaften Die Unterschiede zwischen den Lebenswelten von junger und mittlerer Generation sind im Vergleich zu früher Schrumpfende Bevölkerungen Anwachsende Migrationsströme Selbstbestimmtes Leben bis in hohe Alter Gute geistige und körperliche Fitness Basis: Bundesrepublik Deutschland, Bevölkerung ab 14 Jahre, in Prozent, Nicht dargestellt: Unentschieden, keine Angabe Quelle: Jacobs Krönung-Studie, Institut für Demoskopie Allensbach, 2013 Zweiter Aufbruch in der Rentenphase Female Shift Frauen auf dem Vormarsch Generation Y mit neuen Vorstellungen einer flexiblen und selbstbestimmten Lebens- und Arbeitsweise Es entsteht eine hohe Diversity in der Gesellschaft: Junge und Alte, Frauen und Männer, unterschiedliche Kulturen, Religionen und Lebensanschauungen. F35

36 innovativ selbstbewusst Die Gen Y ist technologieaffin spontan verwöhnt F36

37 Arbeitsorganisation in der Fabrik 4.0 Ganzheitliche Gestaltung von Arbeit Physische Assistenz durch Fähigkeitsverstärker Gesunde und demografiefeste Arbeitsplätze ergonomisch, sicher und alter(n)sgerecht Wartungs- und Planungsassistenz lokationsbasiert, kontextadaptiv Vernetztes Arbeiten durch multimodale Mensch-Maschine- und Mensch-Mensch-Interaktion Innovative Lernformen mobil, personalisiert, situationsadaptiv Produktionssteuerung dezentral, flexible Kapazitäten, vollständiges Produktionsbild in Echtzeit F37

38 Auswirkungen auf die Beschäftigung In der Einschätzung scheiden sich die Geister Kollege Computer: Wahrscheinlichkeit, dass Jobs innerhalb von 20 Jahren durch Maschinen ersetzt werden Quelle: C. Frey and M. Osborne»The Future of Employment: How Susceptible are Jobs to Computerisation?«; Technology Review, Economist, 1/2014; WirtschaftsWoche, Nr. 5, 26. Januar 2015 Horst Neumann Personalvorstand Volkswagen AG»Wenn in naher Zukunft die geburtenstarken Jahrgänge die Baby-Boomer in Rente gehen, kann deren Arbeit durch Roboter kompensiert werden. Es muss kein Personal wegrationalisiert werden, und wir können junge Leute einstellen.«quelle: Stuttgarter Zeitung, Nr. 2, 03. Januar 2015 F38

39 Gedanken und Impulse zum Schluss 1.»Volatilität beherrschen Flexibilität gewährleisten«: Potenziale neuer Formen der Kollaboration von Menschen und Maschinen für optimierte Produktionsprozesse und effiziente Ressourcenplanung ausschöpfen. 2.»Diversität und individuelle Bedürfnisse nutzen«: Beschäftigte als zentrales Kapital industrieller Wertschöpfung zeitgemäß qualifizieren und Kompetenzen stetig ausbauen. 3.»Gestalten statt verwalten«: Tragfähige Anwendungen und Geschäftsmodelle entwickeln und deren Mehrwert herausarbeiten. 4.»Speed-up Erster sein«: Dynamik der IuK-Branche aufgreifen und auf die Produktion übertragen, um Leitmarkt und -anbieter zu sein. 5.»Die Vision von Industrie 4.0 leben«: Pionierarbeit durch Vorreiter-Unternehmen leisten und deutsche Ingenieurskunst und Gründlichkeit um zielgerichtete Umsetzungsstärke anreichern. F39

40 Innovationsnetzwerk»Produktionsarbeit 4.0«F40

41 Kontakt Dr.-Ing. Sebastian Schlund Leiter Competence Center Produktionsmanagement Fraunhofer IAO 0711 / blog.iao.fraunhofer.de F41

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