30.04.2018 - Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Der Mensch im Zentrum: wandlungsfähige Produktion in der Industrie 4.0

Wie Unternehmen mit Industrie 4.0 wandlungsfähig sein können – und welche Rolle der Mensch dabei spielt

Nach Dampfmaschine, Fließband und Computer steht der Industrie nun die vierte Revolution bevor: Die digitale Vernetzung von Anlagen ermöglicht Unternehmen, ihre Produkte genauer an Kundenwünsche anzupassen. Voraussetzung sind wandlungsfähige Systeme, die sich schwankenden Umständen anpassen. Dass für die Wandlungsfähigkeit nicht zuletzt die Mitarbeiter Erfolgsfaktoren sind, zeigt eine aktuelle Studie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech). So können Virtual-Reality-Anwendungen und „Lernfabriken“ Beschäftigte dabei unterstützen, ein umfassendes Systemverständnis aufzubauen. Ergebnisse und Best-Practice-Beispiele stellten acatech, KIT und LUH auf der Hannover Messe vor.

Moderne Informations- und Kommunikationstechnik, wie etwa Sensorik oder Datenkommunikation, verknüpft einzelne Anlagen und global verteilte Standorte zu intelligenten Fabriken. Die Digitalisierung und die technischen Lösungen der Industrie 4.0 bieten Unternehmen so die Möglichkeit, auch die individuellsten Kundenwünsche umzusetzen – unter den preislichen und zeitlichen Bedingungen einer Großserienproduktion. „Diese neue Flexibilität bringt allerdings nicht nur Vorteile mit sich“, sagt Gisela Lanza, Professorin und Leiterin des wbk Instituts für Produktionstechnik des KIT. „Größere Variantenvielfalt, kürzere Produktlebenszyklen und unstetige Kundennachfragen führen zu unvorhersehbaren Marktveränderungen, auf die Unternehmen reagieren müssen.“ Um in einem so schwankenden Umfeld erfolgreich und wirtschaftlich zu sein, müssen Firmen ihre Produktionssysteme und -netzwerke in kürzester Zeit kostengünstig an Marktbedingungen anpassen. Die erfolgreiche Umsetzung einer solchen Wandlungsfähigkeit hänge dabei jedoch nicht nur von den technischen Aspekten der Anlagen ab, wie Lanza erläutert: „Eine dynamische Organisation gelingt nur, wenn Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter die notwendige Kompetenz und Flexibilität besitzen. Die Bereitschaft, auf Veränderungen einzugehen, ist ein wesentlicher Aspekt von Wandlungsfähigkeit.“ Das wbk, das Institut für Fabrikanlagen und Logistik (IFA) der LUH und acatech wollen deshalb mit der gemeinsamen Studie zeigen, wie Unternehmen den Menschen ins Zentrum wandlungsfähiger Strukturen rücken können und wie Industrie 4.0 sie dabei unterstützen kann. Grundlage dafür war der enge Erfahrungsaustausch mit Vertreterinnen und Vertretern aus Industrie, Arbeitgeber- und Arbeitnehmerverbänden sowie Politik und Wissenschaft.

Der Mensch steht im Zentrum wandlungsfähiger Strukturen

Die Studie zeigt, dass die Mitarbeiter ganz entscheidend zur erfolgreichen Umsetzung von Wandlungsfähigkeit beitragen: Sie regen und treiben Reaktionen auf interne sowie externe Veränderungen der Produktion und ihrer Umgebung an und „leben“ den Wandel von Organisation und Arbeitsbedingungen. „Mitarbeiter können sich nur dann schnell auf neue Aufgabengebiete einlassen und in jeder Situation qualifizierte Entscheidungen treffen, wenn sie die relevanten Zusammenhänge im System verstehen und die Vorteile der Veränderungen für sich und das direkte Arbeitsumfeld erkennen“, sagt Peter Nyhuis, Professor und Institutsleiter des IFA. Dabei können digitale Assistenzsysteme helfen, ein umfassendes Systemverständnis aufzubauen: Industrie 4.0-Anwendungen, wie etwa Virtual Reality, machen Veränderungen digital erlebbar und verständlicher. Wichtig sei, das Vertrauen in neue Systeme zu steigern: „Unternehmen müssen den Blick für sinnvolle Veränderungen schärfen, damit sie Berührängste und Bedenken der Mitarbeiter in Bezug auf neue, bisher unbekannte Aufgaben abbauen.“

Dynamische und modulare Unternehmensorganisation

Wandlungsfähigkeit findet jedoch nicht nur auf der Ebene der Mitarbeiter statt, auch Organisationsformen verändern sich. Je komplexer Fabriken oder Wertschöpfungsnetzwerke allerdings aufgebaut sind, desto langwieriger und aufwändiger ist deren Anpassung. Eine mögliche Lösung ist, dynamische und modulare Strukturen in die Unternehmensorganisation einzubauen. Durch flexible Organisation und Technik können Mitarbeiter den Wandel planen und beherrschen. Auch hier können Industrie 4.0-Anwendungen unterstützen. Sie geben die Möglichkeit, einzelne Teilbereiche in der Fabrik oder des gesamten Netzwerks dezentral zu steuern. Intelligente Assistenzsysteme können Mitarbeitern transparent darstellen, wie sich Veränderungen auswirken werden. Dies trägt wesentlich zur Effizienz von Wandlungsfähigkeit bei: „Wandlungsfähigkeit zu gleichen Teilen in allen Bereichen und auf allen Ebenen umzusetzen, wäre nicht zielführend, da die Mehrkosten zu hoch wären“, so Gisela Lanza. „Unternehmen müssen vielmehr für jeden Bereich individuell feststellen, inwiefern diese wandlungsfähiger gestaltet werden sollen.“

Diese und weitere Ergebnisse sowie Best-Practice-Beispiele sind in der Studie „Wandlungsfähige, menschzentrierte Strukturen in Fabriken und Netzwerken der Industrie 4.0“ im Detail beschrieben. „Wir wollen Unternehmen unterstützen, Handlungsbedarfe in ihren Produktionen zu finden, um Wandlungsfähigkeit durch technische, organisatorische und menschliche Gestaltungsmöglichkeiten erfolgreich umzusetzen“, sagt Lanza.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Produktion
Mehr über KIT
  • News

    3-D-Laser-Nanodrucker als kleines Tischgerät

    Die Laser in heutigen Laserdruckern für Papierausdrucke sind winzig klein. Bei 3-D-Laserdruckern, die dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen drucken, sind dagegen bisher große und kostspielige Lasersysteme notwendig. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Uni ... mehr

    Simultankonzept beschleunigt Elektrodenherstellung

    Ein innovatives Konzept für die simultane Beschichtung und Trocknung zweilagiger Elektroden haben Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt und erfolgreich angewendet. Dadurch gelingt es, Trocknungszeiten auf unter 20 Sekunden zu verkürzen, was gegenüber dem derzeitig ... mehr

    BASF und KIT erforschen gemeinsam in einem öffentlich geförderten Projekt die Möglichkeiten von mehrschichtigen Anoden für Lithium-Ionen-Batterien

    Elektromobilität ist weltweit als entscheidender Faktor anerkannt, um Klimaneutralität zu erreichen. Leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge spielen hierbei eine Schlüsselrolle. BASF ist ein führender Akteur auf dem Markt für Batteriematerialien mit Fokus auf hochleistu ... mehr

  • Videos

    Bioliq: Energiegewinnung aus Reststoffen – komplette Prozesskette läuft

    Die bioliq®-Pilotanlage am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) läuft erfolgreich über die gesamte Prozesskette. Alle Stufen des Verfahrens sind nun miteinander verbunden: Schnellpyrolyse, Hochdruck-Flugstromvergasung, Heißgasreinigung und Synthese. Durch bioliq® wird Restbiomasse in u ... mehr

    Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien erhöhen

    Lithium-Batterien sollten bei Transport, Montage und im Betrieb wirklich sicher sein. KIT-Wissenschaftler erklären, welche Faktoren dazu beitragen, die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen. mehr

    Kleben wie ein Gecko: selbstreinigend und haftsicher

    Geckos haben Klebestreifen eines voraus: Selbst nach wiederholtem Kontakt mit Schmutz und Staub kleben ihre Füße noch auf glatten Flächen einwandfrei. Forscher des KIT und der Carnegie Mellon Universität in Pittsburgh haben nun den ersten Klebstreifen entwickelt, der nicht nur genauso hafts ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

    Forschungsgegenstand des Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) ist das Studium molekularer Interaktionen an fest/gas und fest/flüssig Grenzflächen. Aus der Untersuchung von Grundlagenprozessen auf der Nano-Ebene gewonnene Erkenntnisse werden konsequent auf die Makro-Ebene technische ... mehr

    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

    Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts und staatliche Einrichtung des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das ... mehr

  • q&more Artikel

    Analytische Quantifizierung von Gluten in Lebensmitteln

    Der Gesetzgebung zufolge dürfen Lebensmittel, die mit einem Glutenfrei-Symbol versehen sind, nicht mehr als 20 mg Gluten pro Kilogramm enthalten, was für Zöliakie-Betroffene aus gesundheitlichen Gründen lebenswichtig ist. mehr

    Bewertung der Lungentoxizität von Luftschadstoffen

    Die aktuellen Diskussionen zu Fahrverboten in europäischen Städten zeigen einerseits den hohen Stellenwert, den die Bevölkerung der Luftqualität zumisst, und andererseits den Mangel an Methoden, die von Luftschadstoffen ausgehende Beeinträchtigung der menschlichen Gesundheit direkt zu bewerten. mehr

    Biochemie in der Mikrowelle

    Die Entwicklung neuer Pharmazeutika beruht auf dem zunehmenden Verständnis intrazellulärer Vorgänge. Insbesondere durch die Erforschung von Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen können Wirkstoffe ­besser angepasst werden. Um Medikamente an ihren Wirkungsort ­zu bringen, werden sog. „Carrier“-Mol ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Katharina Scherf

    Katharina Scherf, Jahrgang 1985, studierte Lebensmittelchemie an der Technischen Universität München (TUM). Ihre Promotion und Habilitation erwarb sie ebenfalls an der TUM und war als leitende Wissenschaftlerin am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TUM tätig. 2019 wurde ... mehr

    Majlinda Xhaferaj

    Majlinda Xhaferaj, Jahrgang 1992, schloss ihr Lebensmittelchemiestudium im Jahr 2018 am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ab. Seit 2019 ist sie Doktorandin in der Abteilung für Bioaktive und Funktionelle Lebensmittelinhaltsstoffe mit dem Schwerpunkt der Glutenanalytik zur Verbesseru ... mehr

    Dipl. Ing. Sonja Mülhopt

    Sonja Mülhopt erwarb 2000 ihr Diplom für Maschinenbau an der Berufsakademie (heute DHBW) Mannheim. Die begleitende Ausbildung durchlief sie am Forschungszentrum Karlsruhe, dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT). 2014 erhielt sie den Master of Science für Chemieingenieurwesen ... mehr

Mehr über Uni Hannover
  • News

    Neuer Mechanismus der Bildung von Aluminiumoxyhydroxid

    Aluminiumverbindungen finden schon seit dem 19. Jahrhundert Anwendung in der Industrie: als Flammschutzmittel, in Sonnencremes und Zahnpasten oder auch in der Medizin als Mittel, um Magensäure zu binden. Jetzt konnten Wissenschaftler des Instituts für Anorganische Chemie erstmals einen neue ... mehr

    Titan: Zu wertvoll für den Abfall

    Bei der spanenden Fertigung von Titanbauteilen wird ein Großteil des Rohstoffs in Form von Spänen entsorgt. Spanen ist der Begriff für eine Gruppe von Fertigungsverfahren – etwa Fräsen, Drehen oder Schleifen –, die Werkstücken eine bestimmte Form geben, indem von Rohteilen überschüssiges Ma ... mehr

    Neues Calciumphosphat entdeckt

    In den Laboren der Leibniz Universität Hannover (LUH) ist ein neues Calciumphosphat gefunden und dessen Struktur aufgeklärt worden. Calciumphosphate bilden eine für den Menschen sehr wichtige Mineralklasse: Sie sind die harten Bestandteile von Knochen und Zähnen. Calciumphosphate können in ... mehr

Mehr über acatech