Industrie 5.0: Eine nachhaltige Zukunft durch die Integration von Mensch und Technologie

Der Begriff „Industrie 5.0“ hat seit seiner Einführung viel Aufmerksamkeit erhalten. Er wurde 2021 von der Europäischen Union (EU) offiziell vorgeschlagen (1) und bezeichnet eine neue Art der Integration von Technologie und Mensch am industriellen Arbeitsplatz. Ziel ist es, einen nachhaltigen Prozess zu schaffen, der sowohl den Arbeitnehmern als auch den Unternehmen zugutekommt und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt verringert.

Auf Innovation aufbauen

Die Industrie setzt seit über einem halben Jahrhundert Roboter ein und nutzt ihre zahlreichen Vorteile zur Verbesserung der Massenproduktion. Sie führen Aufgaben mit großer Präzision ermüdungsfrei aus und entlasten so menschliche Arbeitskräfte von repetitiven oder potenziell gefährlichen Aufgaben. 

Daher können Roboter zwar eine hervorragende Effizienz an der Produktionslinie bieten, sind aber nicht flexibel. Die ersten Industrieroboter waren in ihrer Fähigkeit, sich an neue Situationen anzupassen, sehr eingeschränkt. Die neueste Generation von Industrierobotern ist zwar wesentlich leistungsfähiger, muss aber bei der Konfrontation mit neuen Situationen immer noch umprogrammiert werden.

In den letzten Jahrzehnten hat die Fertigungswelt Roboter in die Fabriksteuerungssysteme integriert – ein Schritt, der mit einer vierten industriellen Revolution verglichen und als Industrie 4.0 bezeichnet wurde. In diesem neuen System sind alle Elemente der Produktionslinie miteinander verbunden, vom kleinsten Sensor in der Fabrikhalle bis hin zum Büronetzwerk. Die Informationen werden sowohl nach oben als auch nach unten im Netzwerk ausgetauscht, sodass die Geschäftsführung eine Echtzeitsimulation des Betriebs erstellen kann. Es entsteht eine intelligente Fabrik, die viel schneller als bisher auf neue Umstände reagiert. Das Ergebnis ist ein flexiblerer Fertigungsprozess, der die sich schnell ändernden Anforderungen der Kunden erfüllen kann.

Trotz der zusätzlichen Flexibilität, die die Technologieintegration intelligenten Fabriken bietet, sind Roboter immer nur so leistungsfähig wie die Programmierung, die sie erhalten. Sie arbeiten effizient in ihrer definierten Struktur, aber ihre Unfähigkeit, mit einem unstrukturierten oder ungewöhnlichen Ereignis fertig zu werden, kann die Produktion zum Stillstand bringen.

Das trifft auf viele automatisierte Prozesse zu. Wenn eine Produktionslinie stillsteht, ist dies selten auf einen Ausfall oder eine Störung zurückzuführen. Stattdessen liegt es häufiger daran, dass automatisierte Maschinen mit einer Situation konfrontiert sind, in der sie nicht wissen, wie sie handeln sollen. In einem kürzlich geführten Interview mit Mouser hat Erik Nieves, Gründer des innovativen Unternehmens Plus One Robotics, diese Situation perfekt zusammengefasst: „Wenn ein Roboter stehen bleibt, ist er nicht kaputt – er ist verwirrt.“ (2)

Diese Ausnahmen schaffen ein Umfeld, in dem eine winzige Abweichung die Produktion zum Stillstand bringen kann. Selbst mit der enormen Ausweitung der Fähigkeiten der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens (ML) werden die Steuerungssysteme Schwierigkeiten haben, auf diese Ausnahmen zu reagieren, wenn sie zum ersten Mal auftreten.

Die fünfte Industrielle Revolution

Diese Umstände haben zur nächsten großen Veränderung in der Fertigungswelt geführt: Industrie 5.0. Im Gegensatz zu den Innovationen der vorangegangenen Revolution stellt die Industrie 5.0 jedoch den Menschen in den Mittelpunkt des Prozesses.

Diese Betonung des Menschen ist einer der interessantesten Aspekte von Industrie 5.0, geht aber über die bloße Verbesserung der Effizienz oder Flexibilität hinaus. Es ist selten, dass ein Organ wie die EU eine industrielle Innovation hervorhebt, aber sie betont damit die Rolle der Technologie jenseits von Fabrikmauern. Die Ergebnisse dieser Technologie zeigen sich in dem, was die EU als die Säulen von Industrie 5.0 identifiziert hat: Resilienz, Fokussierung auf den Menschen und Nachhaltigkeit.

Resilienz

Die erste Säule ist die Resilienz. Da hochautomatisierte Abläufe mit der Herausforderung der Inflexibilität einhergehen, führt die begrenzte Intelligenz von Robotern und Maschinen zu einem brüchigen Prozess. Der Aufbau von Resilienz bedeutet, die Fähigkeit zu schaffen, auf zufällige Ereignisse oder außergewöhnliche Umstände zu reagieren. Trotz ihrer Leistungsfähigkeit sind moderne KI-Systeme auf Daten angewiesen, um zu lernen, wie sie auf bestimmte Ereignisse reagieren sollen. Im Gegensatz dazu ist der menschliche Verstand zu einer bemerkenswerten Geschwindigkeit fähig, wenn er mit einer ungewöhnlichen Situation konfrontiert wird: Er kann Nuancen wahrnehmen und mithilfe von Intuition eine Lösung finden. 

Durch die Kombination von menschlichen Arbeitskräften und automatisierten Anlagen kann ein Fertigungsprozess von den Vorteilen beider profitieren und gleichzeitig von deren Schwächen isoliert werden. In einem Konzept, das als überwachte Autonomie bekannt ist, können Maschinen Routineaufgaben schneller und genauer erledigen als menschliche Mitarbeiter. Wenn jedoch eine Ausnahmesituation eintritt, kann der Mensch Intuition und unkonventionelles Denken einsetzen, um potenzielle Störungen zu erkennen und zu überwinden, bevor sie zu einem Problem werden. Dies fördert die Resilienz: die Fähigkeit, sich anzupassen, zu reagieren und zu lernen, um eine stabile Arbeitsumgebung zu schaffen.

Nachhaltigkeit

Die zweite Säule fördert Strategien, die dauerhafte Prozesse schaffen. Die Industrie muss in einem Umfeld arbeiten, in dem Ressourcen und Energie begrenzt sind, und sie muss eine Schlüsselrolle bei der Verringerung unserer Abhängigkeit vom Verbrauch spielen. Dazu gehört der effiziente Einsatz der von ihr benötigten Ressourcen und die Entwicklung neuer und innovativer Wege, um diese Ressourcen wiederverwendbar zu machen.

Durch die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns, unkonventionell zu denken, können die Arbeitskräfte den Verbrauch überwachen und dabei mit ihrer Vorstellungskraft mögliche Verbesserungen erkennen. Menschliche Arbeitskräfte schaffen einen flexiblen Arbeitsplatz, an dem Prozesse in einer Weise weiterentwickelt werden können, die für Maschinen nicht vorstellbar ist. 

Nachhaltigkeit geht auch über die unmittelbare Notwendigkeit der Effizienz und des verantwortungsvollen Umgangs mit Ressourcen hinaus. Sie unterstreicht, dass das Wohlbefinden der Mitarbeiter direkte Auswirkungen auf die Produktivität hat. Wenn der Mensch in den Mittelpunkt der Industrie gestellt und ihm die Möglichkeit gegeben wird, seine Erfahrungen einzubringen, macht dies den Arbeitsplatz ansprechender und bereichender. Die Technologie verringert die Arbeitsbelastung der Menschen und schafft ein Umfeld, das langfristiges Wohlbefinden und eine nachhaltigere Industrie fördert.

Fokussierung auf den Menschen

Die letzte Säule konzentriert sich auf die menschlichen Arbeitskräfte selbst. Die Fokussierung auf den Menschen macht deutlich, dass der Mensch mehr ist als nur ein Bauteil des Steuerungssystems. Stattdessen wird in dieser Säule das Wohlergehen der Arbeitnehmer als zentrale Facette von Industrie 5.0 identifiziert. Auf der einfachsten Ebene bedeutet der Einsatz von Technologie eine Entlastung für den Bediener. Dies könnte bedeuten, dass die Arbeitnehmer weniger sich wiederholende, zur Ermüdung beitragende Aufgaben überwachen müssen.

Auf einer höheren Ebene bietet die Fokussierung auf den Menschen den menschlichen Mitarbeitern die Möglichkeit, das Beste aus ihren Talenten, Fähigkeiten und Erfahrungen zu machen. ML kann sich zwar schnell an neue Situationen anpassen, benötigt aber immer noch Daten, um die Lektionen zu vermitteln. Das menschliche Gehirn kann durch unkonventionelles Denken und Vorstellungskraft Lösungen finden, selbst in Situationen, mit denen es zuvor nicht konfrontiert war. Menschliche Arbeitskräfte können neue Möglichkeiten erkennen, wenn sie diese Eigenschaften mit früheren Erfahrungen kombinieren, auch wenn diese aus ganz anderen Situationen stammen. Es ist noch nicht möglich, Maschinen mit dem gleichen Erfahrungsschatz zu programmieren.

Letztlich geht es bei Industrie 5.0 ebenso sehr darum, menschliche Arbeitskräfte zu befähigen, ihr Potenzial auszuschöpfen, wie um die Schaffung effizienter Prozesse. Automatisierung und künstliche Intelligenz sollen den Menschen nicht ersetzen, sondern seine Effizienz steigern. Sie helfen Unternehmen, das Beste aus ihren Mitarbeitern herauszuholen, weil sie es ihnen ermöglichen, ihre Fähigkeiten weiterzuentwickeln und ihr Leben durch ein lohnenderes Arbeiten zu bereichern.

Menschen und Maschinen arbeiten Seite an Seite

Industrie 5.0 zeichnet ein Bild von menschlichen Arbeitskräften, die mit der Technik zusammenarbeiten, wobei das offensichtlichste Beispiel der Einsatz von Robotern ist. Traditionell wurden Roboter aus Sicherheitsgründen von menschlichen Arbeitskräften getrennt gehalten. In der Automobilindustrie beispielsweise sind Mensch und Roboter klar nach Funktionen getrennt. Arbeiten wie Schweißen und Lackieren – die häufig von autonomen Robotern ausgeführt werden – erfolgen in isolierten Bereichen. Für Aufgaben, die die Fähigkeiten von Menschen erfordern, wie z. B. Verkabelung und die Endmontage, werden im Allgemeinen nur wenige autonome Maschinen eingesetzt.

Die Zunahme von Edge-Computing und Edge-KI, bei denen jeweils hoch entwickelte Steuerungen in der Nähe der von ihnen verwalteten Maschine platziert werden, schafft ein dynamischeres Umfeld. Kürzere Übertragungswege verringern die Latenz (d. h. die Verzögerung durch das Senden, Empfangen und Verarbeiten eines Befehls). Dank der kürzeren Latenzzeit können Roboter schneller reagieren und so sicher mit ihren menschlichen Kollegen zusammenarbeiten. Dies hat die Entwicklung einer neuen Generation von kollaborierenden Robotern (Cobots) ermöglicht, die in Fabriken Einzug halten.

Es gibt andere, weniger offensichtliche Möglichkeiten, Menschen in den industriellen Arbeitsplatz zu integrieren. Eine Lösung besteht darin, Maschinen so zu programmieren, dass sie autonom arbeiten, sodass sich die menschlichen Mitarbeiter auf ungewöhnliche Situationen konzentrieren können. Mit der Entwicklung der Hochgeschwindigkeitskommunikation kann die menschliche Aufsicht aus der Ferne erfolgen. Ein Arbeiter muss sich nicht in eine potenziell gefährliche Fabrikumgebung begeben, kann aber dennoch die Maschinen so beaufsichtigen, wie es für ihren Betrieb erforderlich ist.

Bei einer alternativen Lösung wird überhaupt keine maschinelle Intelligenz eingesetzt. Stattdessen werden mit Technologie die Fähigkeiten der Mitarbeiter verbessert, um sie effektiver zu machen. In einem Beispiel versuchte ein Betreiber, ein Robotersystem zu entwickeln, das eine Reihe von nicht standardisierten Paketen verarbeiten konnte. Trotz beträchtlicher Investitionen stellte sich heraus, dass es keinen Ersatz für die Anpassungsfähigkeit eines menschlichen Mitarbeiters gibt. 

Fazit

Industrie 5.0 baut auf den Grundlagen früherer Innovationen auf. Sie nutzt die Autonomie von Industrie 4.0, erweitert sie aber um die Flexibilität, die nur menschliche Erfahrung bieten kann. Innovationen wie die künstliche Intelligenz ersetzen keine Arbeitskräfte, sondern sind lediglich Werkzeuge, die die Fähigkeiten des Menschen verbessern. Als solche werden menschliche Arbeitskräfte noch viele Jahre lang eine Rolle in Fabriken spielen.

(1)https://data.europa.eu/doi/10.2777/308407
(2) Erik Nieves, persönliche Kommunikation.