Digitale Revolution, Industrie 4.0 – diese Begriffe lösen bei vielen Menschen Ängste und Misstrauen aus. Wird der Mensch aufgrund von automatisierten Systemen und digitaler Technik verzichtbar? Trumpf und das Fraunhofer IPA erarbeiten zusammen Konzepte für die Blechfertigung der Zukunft und sehen den Menschen dabei in einer zentralen Rolle, in der er von Digitaltechnik sinnvoll unterstützt, aber keinesfalls von ihr ersetzt wird.

Blech – diese dünnen Metallplatten haben im deutschen Sprachgebrauch manchmal noch immer einen negativen Beigeschmack, allerdings völlig zu Unrecht. Mit den heutigen technischen Möglichkeiten ist Blech das ideale Material, um robuste Produkte mit geringem Gewicht herzustellen, in nahezu beliebiger Form. Mit Hilfe von Werkzeugmaschinen für die flexible Blechbearbeitung wird das Material zunächst zum Beispiel durch Laserschneiden in eine frei wählbare, aber flache Form überführt. Durch Biege- und Schweißprozesse können dann die finalen Produkte in 3D erzeugt werden. Eine große Herausforderung für die Produktionsabläufe sind die aktuellen Marktanforderungen: Die Losgrößen sinken, es werden individualisierte Produkte und immer kürzere Lieferzeiten erwartet.

Um die zukünftigen Bedürfnisse und Anforderungen der vor allem durch kleine und mittelständische Unternehmen geprägten Blechfertigungslandschaft zu verstehen, wurde eine Studie vom Fraunhofer IPA, Trumpf und der studentischen Unternehmensberatung Emendo durchgeführt. Die Studie bestätigt dabei die steigende Heterogenität der Branche. Bedingt durch Geschäftsmodelle, Marktsituation, Teilevarianz und Automatisierungsgrad fallen die Anforderungen der Unternehmen an die zukünftige Blechfertigung sehr unterschiedlich aus. Die Blechfertigung des Unternehmens A beliefert die Montagelinie des hauseigenen Produkts und weiß detailliert, welches Bauteil wann in den kommenden vier Wochen benötigt wird. Auf Basis dieser Planungssicherheit und der beschränkten Bauteilvarianz sind bereits einige Prozessschritte automatisiert, um die Produktivität zu erhöhen. Demgegenüber verdient ein Unternehmen B sein Geld als Lohnfertiger und kann heute noch nicht sagen, welches Produkt morgen ausgeliefert werden muss und welche Fertigungsprozesse dazu notwendig sind.

Bedingt durch die benötigte Flexibilität der Fertigung ergibt sich eine hohe Komplexität des Gesamtsystems. Um diese Komplexität beherrschen zu können, wird überwiegend auf Automatisierungssysteme verzichtet und Mitarbeiter für verschiedenste Prozesse der Intralogistik und Produktionssteuerung eingesetzt. Durch seine kognitiven Fähigkeiten ist der Mensch in der Lage auf veränderte Rahmenbedingungen flexibel zu reagieren. Mit Hilfe von Erfahrung und der zur Verfügung stehenden Informationen lassen sich die verantworteten Teilbereiche der Produktion auch in schwierigen Situationen zuverlässig betreiben. Eine globale Optimierung des Gesamtsystems Blechfertigung erscheint aber manuell nicht erreichbar. Deshalb gibt man sich heute häufig mit einer lokalen Optimierung von Teilbereichen zufrieden und hofft dabei einem globalen Optimum nahe zu kommen.

Der Mensch als Schlüssel

Gängige, am Markt verfügbare, automatische Steuerungs- und Planungssysteme sind heute in der Regel nicht in der Lage, die Komplexität einer Blechfertigung wirtschaftlich abzubilden. Auch in naher Zukunft wir der Mensch als Dirigent und Entscheider aufgrund seiner Denkleistung und der Intuition durch fundiertes Erfahrungswissen unverzichtbar bleiben. Der Mensch behält daher auch in der Blechfertigung der Zukunft zentrale Rollen, auch wenn viele Aufgaben durch Automatisierungssysteme übernommen werden können. In den Blechfertigungen liegt einer der Schlüssel zu den wirtschaftlich arbeitenden, produktiven und flexiblen Produktionssystemen von morgen daher in der Unterstützung des Mitarbeiters durch digitale Assistenzsysteme. Während Mitarbeiter heute mangels vorhandener Informationen oder zu hoher Komplexität nur einen kleinen Teilbereich der Produktion sinnvoll überwachen und steuern können, wird es morgen möglich sein, Entscheidungen aufgrund von situativer Echtzeitdaten und Prognosen im Kontext der Gesamtproduktion zu treffen. Dazu werden Produktionsprozesse digital vernetzt, Informationen über den Zustand der Produktionssysteme gesammelt, analysiert und ausgewertet und über geeignete Assistenzsysteme bedarfsgerecht bereitgestellt. Entscheidend über den Erfolg wird neben der Informationsqualität vor allem auch die Usability der bereitgestellten Tools sein. Die Assistenzsysteme des IPA sorgen für die benötigte Transparenz und helfen den Mitarbeitern die benötigten Aufgaben auch zukünftig zu beherrschen und sind damit ein Garant für die Effizienz der Fertigung.

Um die Interaktionskonzepte auf die realen Bedürfnisse zuzuschneiden und zu testen, bauen die Mitarbeiter am Fraunhofer IPA zusammen mit Trumpf ein reales Blechfertigungsumfeld auf. In Usability-Tests mit unterschiedlich erfahrenen Nutzern werden die Neuentwicklungen wissenschaftlich geprüft. Die Einbettung des Testfelds in den Kontext des Applikationszentrums Industrie 4.0 erlaubt darüber hinaus den Einsatz aktuellster Technologien aus anderen Bereichen der Produktions- und Informationstechnik. Das Applikationszentrum Industrie 4.0 stellt hierbei eine innovative Umgebung zur industriegetriebenen Forschung, Entwicklung und Demonstration zur Verfügung, in der greifbare Lösungen auf die Fragestellungen der Produktion von morgen geschaffen werden.