Industrie 4.0 Konzepte
| Site: | europa virtuelle Volkshochschule |
| Course: | Gesellschaftliche Grundlagen |
| Book: | Industrie 4.0 Konzepte |
| Printed by: | Gast |
| Date: | Wednesday, 30 December 2020, 6:36 AM |
Table of contents
- 1. Industrie 4.0 Konzepte
- 1.1. Argumentation für eine nicht-technikzentrierte Sichtweise
- 1.2. Technikzentriert - 1
- 1.3. Technikzentriert - 2
- 1.4. Technikzentriert - 3
- 1.5. Technikzentriert - 4
- 1.6. Technikzentriert - 5
- 1.7. Technikzentriert - 6
- 1.8. Technikzentriert - 7
- 1.9. Nicht-technikzentriert - 1
- 1.10. Nicht-technikzentriert - 2
- 1.11. Nicht-technikzentriert - 3
- 1.12. Nicht-technikzentriert - 4
- 1.13. Nicht-technikzentriert - 5
- 1.14. Nicht-technikzentriert - 6
- 1.15. Geschäftsmodelle - 1
- 1.16. Geschäftsmodelle - 2
- 1.17. Innerbetriebliche Weiterbildung - 1
- 1.18. Innerbetriebliche Weiterbildung - 2
- 1.19. Innerbetriebliche Weiterbildung - 3
- 1.20. Innerbetriebliche Weiterbildung - 4
- 1.21. Innerbetriebliche Weiterbildung - 5
- 1.22. Virtual Reality - 1
- 1.23. Virtual Reality - 2
- 1.24. Virtual Reality - 3
- 1.25. Virtual Reality - 4
- 1.26. Virtual Reality - 5
- 1.27. Virtual Reality - 6
1. Industrie 4.0 Konzepte
Laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte
Hinweis: Zur leichteren Lesbarkeit sind bei rein femininen und maskulinen Schreibweisen immer beide Geschlechter gemeint.
Der Begriff Industrie 4.0 wurde 2011 eingeführt und wird mittlerweile für alle möglichen und unmöglichen Anwendungsfälle verwendet, die in einem Zusammenhang mit der Digitalisierung der Produktion stehen.
Es erscheint daher sinnvoll, eine Einführung in häufig verwendete Begriffen und Konzepte und Konzepte zu präsentieren. Die Zielgruppe ist ausdrücklich eine Nicht-Technische: Beispielsweise Manager, Weiterbildungswillige, Wissenschaftler, vielleicht auch Politiker, aus Wirtschaft und Verwaltung.
Sollten sich Ingenieure und Techniker hierher verirren so wird um das Verständnis ersucht; in manchen Fällen ist die Darstellung vielleicht zu vereinfacht. Das Ziel ist nicht, einer Leiterin der Abteilung Personalentwicklung die Kompetenz zu vermitteln, die technischen Konsequenzen der Digitalisierung eines Produktionssystems darlegen zu können.
Sie soll vielmehr in die Lage gebracht werden, in Teambesprechungen und Workshops ihre eigene Sichtweise einzubringen und gehört zu werden, ohne mit technischen Begriffen überfahren zu werden. Der Wandel zur Industrie 4.0 kann nur durch fachübergreifende Zusammenarbeit geplant und implementiert werden, und zwar sowohl unter Berücksichtigung technikzentrierter und nicht-technikzentrierter Sichtweisen.
Bei der Auswahl der zu präsentierenden Begriffe und Konzepte hat sich eine Einteilung ein technikzentrierte und nicht-technikzentrierte als sinnvoll erwiesen. Technische Konzepte sind vereinfacht dargestellt, häufig unterstützt mit Promotionsvideos aus der Wirtschaft.
Nicht-technische Konzepte beziehen sich hauptsächlich auf die Konsequenzen, die sich für die Weiterbildung ergeben.
1.1. Argumentation für eine nicht-technikzentrierte Sichtweise
Argumentation für eine nicht-technikzentrierte Sichtweise
Technikzentrierte Studien sind naheliegend und notwendig. Sie liefern die Grundlagen für Ingenieure und Techniker zur Planung, Implementation und Durchführung neuartiger Produktionsprozesse.
Produktionseinheiten sind jedoch eingebettet in größere organisatorische Einheiten, diese wiederum in Einheiten von Wertschöpfungsketten. Durch komplexe Netzwerke von Mensch, Maschine und Computer ergeben sich makroökonomische und gesellschaftliche Zusammenhänge.
Humanwissenschaftler (beispielsweise aus den Wissensgebieten Betriebswirtschaft, Soziologie, Erziehungswissenschaft) argumentieren für eine nicht-technikzentrierte Sichtweise, mit unterschiedlichen Fragestellungen, darunter:
-
Ist ein neuartiger Produktionsprozess alleine dadurch gerechtfertigt, dass er technisch machbar ist?
-
Sind technische Aspekte (höhere Geschwindigkeit und Genauigkeit bei gleichbleibenden oder sogar niedrigeren Kosten) alleine ausreichende Kriterien?
-
Wie weit sind die betriebswirtschaftlichen Konsequenzen in einem komplexen virtuellen Produktionsnetzwerk, das sich (teilweise) selbst konfigurieren kann, noch überschau- und kontrollierbar?
-
Wie ist das Verhältnis eingesetzte Ressourcen zum Output? Welche Ausschusshöhe ist noch gerechtfertigt (nicht nur finanziell), um Genauigkeit oder Geschwindigkeit minimal zu erhöhen?
-
Welchen Stellenwert hat die Ressource "Mensch", auch hinsichtlich der sich ständig verändernden Kompetenzanforderungen (evtl. von Produktionsauftrag zu Produktionsauftrag)?
-
Wie können die sich ständig verändernden Kompetenzanforderungen in einer möglichst langfristig gültigen Taxonomie von Kompetenzprofilen dargestellt werden?
-
In welchen Bildungsbereichen (formal, nichtformal, informal) sollen die unterschiedlichen Kompetenzprofile vermittelt werden, in welcher Form soll die Vermittlung, die Überprüfung und ihre Anerkennung stattfinden?
-
Gegeben eine zunehmende Verflechtung von Mensch und den ständig zur Produktion verfügbaren Ressourcen (CPS: Cyber-Physische-Systeme; siehe Dokument Technikzentrierte Konzepte; öffnet im eigenen Fenster), welche Konsequenzen und Anforderungen ergeben sich für den Menschen hinsichtlich seiner Verfügbarkeit?
-
Sollen sich CPS (Cyber-Physische-Systeme) über menschliche Entscheidungen hinwegsetzen oder diese aussetzen können? Wie können damit verbundene Verantwortlichkeiten und ethische Richtlinien verankert werden?
Die genannten Fragestellungen sind beispielhaft zu sehen und nicht erschöpfend. Sie sollen den Unterschied zu den Fragestellungen der technikzentrierten Sichtweise veranschaulichen.
1.2. Technikzentriert - 1
(laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte)
Hinweis: Zur leichteren Lesbarkeit sind bei rein femininen und maskulinen Schreibweisen immer beide Geschlechter gemeint.
Einführung in häufig verwendete technische Begriffe und Konzepte
- Was bedeutet 4.0 im Zusammenhang mit Industrie?
Mit 4.0 soll zum Ausdruck gebracht werden, dass es sich um die vierte industrielle Revolution handelt. Allgemein wird die Einführung von Wasser- und Dampfkraft als Ermöglichung des Übergangs von einer landwirtschaftlich orientierten Gesellschaft zu ersten Formen einer Industriegesellschaft gesehen (18. Jhdt). Massenproduktion zu Anfang des 20. Jhdts. wurde durch Elektrifizierung ermöglicht (zweite industrielle Revolution). Der Einsatz von Information- und Kommunikationstechnologien in der späten zweiten Hälfte des 20. Jhdts. wird allgemein als dritte industrielle (auch: digitale) Revolution bezeichnet.
Ob Industrie 4.0 tatsächlich eine vierte industrielle Revolution darstellt, ist umstritten. Man darf annehmen, dass mit diesem Schlagwort auch eine positive Konnotation erreicht werden soll. Fragwürdig ist auch die Bezeichnung Revolution selbst, da eher der Charakter einer Evolution vorherrschend ist.
1.3. Technikzentriert - 2
- Was sind die zentralen Merkmale von Industrie 4.0?
Dem Konzept liegt der Gedanke zugrunde, dass Produktionssysteme in Zukunft in der Lage sein werden, sich "weitgehend autonom zu steuern und zu optimieren".1 Dies soll erreicht werden durch Internet - Vernetzung von physischen Produktionssystemen, sowohl innerhalb einer Organisation als auch zwischen Organisationen. In diesem Zusammenhang spricht man daher von Cyber-Physischen-Produktionssystemen (CPS), denen eine hervorragende Rolle zukommt.
- CNC - Maschinen vs. CP(P)S (Cyber-Physische-Produktionssysteme)
Mit CNC (Computerized Numerical Control) - Maschinen werden seit etwa den 80er Jahren Werkstücke automatisch mit hoher Präzision hergestellt. Vereinfacht gesagt bewegt sich ein Werkzeug über ein zu bearbeitendes Werkstück, das sich auf einer Spindel mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Grundsätzlich sind Dreh-, Fräs- und Bohrfunktionen möglich. Zur Veranschaulichung zwei Promotionsvideos der Firmen SEMA, Traunkirchen, und Emco, Hallein (ca. 1 Minute / 5 Minuten; öffnen im neuen Fenster):
Promo SEMA
Promo Emco
1.4. Technikzentriert - 3
Während CNC - Maschinen Einzelarbeitsplätze sind, kann man sich CPS als vernetzte (meist über Internet) Arbeitsplätze vorstellen. Im allereinfachsten Fall könnte man sich zwei CNC - Arbeitsplätze, die untereinander Daten austauschen und sich gegenseitig steuern können, bereits als CPS vorstellen; in der Praxis werden aber häufig eine große Anzahl von "smarten Objekten" vernetzt. Mit den Worten von Autoren des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft, Stuttgart, ist ein CPS ein "System, das durch die intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen, Produkten, Objekten und IKT-System entsteht, wird als cyber-physisches-System bezeichnet."2
Die folgenden zwei Promotionsvideos des deutschen Verbands der Elektroindustrie ZVEI (jeweils ca. 4 Minuten; öffnen im neuen Fenster) sollen CPS veranschaulichen:
Promo ZVEI I
Promo ZVEI II
1.5. Technikzentriert - 4
- Datenbrille / Augmented Reality
Die Idee der Datenbrille geht auf Google Glass zurück, ein Produkt von Google (Foxconn), das in den USA 2014 auf den Markt kam. Bereits Anfang 2015 wurde der Verkauf wieder eingestellt. Vor allem Datenschützer kritisierten die Möglichkeit, unbemerkt für die Umgebung die integrierte Kamera einzuschalten und Aufzeichnungen an Server des Trägers der Datenbrille über Internet zu senden. Neue Modelle sind bereits in Vorbereitung.
Inzwischen gibt es mehrere Anbieter von Datenbrillen für den industriellen Gebrauch, vor allem von Samsung. Von Brother existiert bereits eine Nachfolgeversion, die auch von Angela Merkel beim Besuch der CeBIT Messe 2016 begutachtet wurde.
Mit Datenbrillen lassen sich Informationen einblenden, die für die Trägerin zur Ausführung der jeweiligen Arbeit relevant sind, daher wird in diesem Zusammenhang von einer Augmented Reality (erweiterte Realität) gesprochen: die reale Umwelt wird um Kontextdaten erweitert. Mit Zusatzfunktionen wie Kamera, Mikrofon, WLAN, usw. können sie Mitarbeiter beispielsweise bei der Steuerung von Prozessen unterstützen, siehe Promotionsvideo der Schulz Systemtechnik (ca 1. Minute; öffnet im neuen Fenster):
Promo Schulz
sowie des Softwareunternehmens SAP (ca. 2 Minuten, Datenbrille ab 1:20; öffnet im neuen Fenster):
Promo SAP
1.6. Technikzentriert - 5
- Internet der Dinge (Internet of Things, IoT)
Mit Internet der Dinge ist gemeint, dass alle Objekte (Dinge) innerhalb einer Wertschöpfungskette durch das Internet verbunden sind. Dazu gehören vor allem Cyber-Phyische-Systeme (CPS) als die eigentlichen Produktionsstätten, aber auch Logistik, Gebäude, usw., die durch ihre Internetfähigkeit "smart" werden.
- Cloud- und dienstebasierte (servicebasierte) Produktion
Ein wesentlicher Aspekt des Industrie 4.0 - Konzeptes ist die Vernetzung der einzelnen Objekte über das Internet (Cloud Computing). Das bedeutet, dass auch Objekte, die in räumlicher Nähe zueinander stehen, nicht verkabelt (LAN-verbunden) sondern ebenfalls über die Cloud kommunizieren. Dies ist insofern nicht ungewöhnlich, da bereits jetzt zwei sich gegenüber sitzende Mitarbeiterinnen eMails austauschen, wobei die physischen Mailserver in den USA stationiert sein können.
Das zentrale Problem bei dieser Lösung ist bekannt: Datensicherheit. Ihr wird daher ein großes Augenmerk geschenkt.
1.7. Technikzentriert - 6
- Digitaler Schatten
Der Digitale Schatten stellt die Gesamtheit aller Echtzeitdaten eines Industrie 4.0 - Systems dar. Analog zum Flugschreiber in der Luftfahrt werden vergangene und aktuelle Ereignisse (mit ihren Daten) aufgezeichnet. Als Weiterführung der Flugschreiber - Idee stehen die Informationen aber nicht erst zeitversetzt nach ihrer Aufzeichnung zur Verfügung, sondern können sofort in das System an diejenigen Objekte weitergeleitet (oder von diesen aktiv abgerufen) werden, welche diese benötigen. Der Digitale Schatten kann daher als virtuelles Abbild der Produktion gesehen werden.4
1 Vgl. Hirsch Kreinsen (2014, 1), in Hausegger/Scharinger/Weber (2016, 3) Zurück zum Text
2 Bauer/Schlund/Marrenbach/Ganscher (2015), 19 Zurück zum Text
3 Pfrommer et al. (2014) erstellen Richtlinien zur Verwendung von Begrifflichkeiten (Fachausschuss "Industrie 4.0" unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ulrich Epple, RTHW Aachen). Danach ist ein CPPS ein "Anwendung von CPS in der produzierenden
Industrie" (3 f.)
4 Vgl. Bauernhansl et al., (2016), 23f. Zurück zum Text
1.8. Technikzentriert - 7
Literatur
Bauer, Wilhelm; Schlund, Sebastian; Marrenbach, Dirk; Ganschar, Oliver (2015). Industrie 4.0 - Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland. Berlin/Stuttgart; BITKOM/Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft.
Bauernhansl, Thomas; Krüger, Jörg; Reinhart, Gunther; Schuh, Günther (2016). WGP-Standpunkt Industrie 4.0. Darmstadt: Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik WGP e.V.
Hausegger, Trude; Scharinger, Christian; Sicher, JÜrgen; Weber, Friederike. Qualifizierungsmassnahmen im Zusammenhang mit der Einführung von Industrie 4.0 (2016). Wien: prospect Unternehmensberatung GmbH.
Pfeiffer, Sabine; Lee, Horan; Zirnig, Christopher; Suphan, Anne (2016). Industrie 4.0 - Qualifizierung 2025. Frankfurt: VDMA Bildung.
Pfrommer, Julius; Schleipen, Miriam; Usländer, Thomas; Epple, Ulrich; Heidel, Roland; Urbas, Leon; Sauer, Olaf; Beyerer, Jürgen (2014). Begrifflichkeiten um Industrie 4.0 - Ordnung im Sprachwirrwarr. Fraunhofer IOSB / RWTH Aachen / Siemens AG / TU Dresden.
Plattform Industrie 4.0 (2015). Umsetzungsstrategie Industrie 4.0. Berlin/Frankfurt/Frankfurt: BITKOM/VDMA/ZVEI.
1.9. Nicht-technikzentriert - 1
(laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte)
Hinweis: Zur leichteren Lesbarkeit sind bei rein femininen und maskulinen Schreibweisen immer beide Geschlechter gemeint.
Einführung in häufig verwendete nicht-technische Begriffe und Konzepte
- Wertschöpfungsketten, Wertschöpfungsnetzwerke
Traditionelle betriebswirtschaftliche Überlegungen zur Wertschöpfung weichen Wertschöpfungsketten und Wertschöpfungsnetzwerken.
In Produktionsbetrieben entsteht Wertschöpfung hauptsächlich durch Verarbeitungsprozesse, welche aus Rohmaterial und anderen Inputfaktoren ein höherwertiges Produkt erstellen. Vereinfacht gesagt ist Wertschöpfung derjenige Anteil an der betrieblichen Leistung (dem Produkt), der vom Betrieb selbst erbracht wird. Aber auch Marketing, Nachbetreuung und verwandte Dienstleistungen können zur Wertschöpfung gerechnet werden.
Wertschöpfungsketten entstehen beispielsweise durch Einbeziehen der Wertschöpfung von Kooperationspartnern, aber auch über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes hinweg. Durch die im Industrie 4.0 - Konzept inhärente Digitalisierung und Vernetzung können sich höhere Wertschöpfungen ergeben als bei Einzelplatzsystemen. Verbesserungspotenziale bestehen beispielsweise durch ide Verknüpfung der Bereiche Einkauf, Lagerhaltung und Logistik.
Schließlich bezeichnen manche Autoren adaptive und selbstlernende Mensch-Maschine - Systeme, aufbauend auf den Digitalen Schatten (siehe oben), die Grundlage für lernende Wertschöpfungssysteme.1
1.10. Nicht-technikzentriert - 2
- Weiterbildung für Industrie 4.0: formale / nicht-(non-)formale / informelle Lernprozesse
Die Unterscheidung zwischen formale, nicht-formale (auch: non-formale) Lernprozesse ist besonders für das lebenslange und lebensbegleitende Lernen (LLL) wichtig. Für die Weiterbildung im Kontext von Industrie 4.0 ist diese Unterscheidung besonders relevant: Welche Art von Kompetenzen / Kompetenzprofile (siehe unten) sollen durch welche Art von Lernprozesse vermittelt werden? Hierzu gibt es Vorstellungen, aber noch wenig Erfahrung.
Formale Lernprozesse finden in staatlich anerkannten Bildungseinrichtungen statt, beispielsweise Schule und Universität. Sie sind gekennzeichnet durch standardisierte Lehrpläne und Lernerfolgsüberprüfungen und sind zeitlich und geografisch strukturiert. Anerkennung des Lernerfolgs ist staatlich geregelt.
Nicht-formale (non-formale) Lernprozesse sind kurzfristiger als formale und finden häufig in nicht-staatlichen Bildungseinrichtungen statt. Zielgruppe sind oft Personen, die bereits im Arbeitsleben stehen oder gestanden sind. Solche Lernprozesse werden daher auch oft zu den Aus- und Weiterbildungen gezählt. Lernerfolgsüberprüfungen sind wenig standardisiert, deren Anerkennung ist vom Ruf des Bildungsinstituts abhängig, der wiederum vom tatsächlichen Wissenstransfer der Lernenden abhängt.
Lernen am Arbeitsplatz findet häufig in Form von informellen Lernprozessen statt. Sie sind selten gut strukturiert und daher nicht vergleichbar, Anerkennung über erfolgten Wissenstransfer ist ebenfalls selten. Trotzdem: Vielen Studien zufolge ist der Großteil unseres Lernens informell.
Eine bessere Strukturierung, Durchführung und Anerkennung informeller Lernprozesse sollte ein wichtiges Handlungsfeld darstellen.
Es gibt auch noch andere Kategorisierungen von Lehr- und Lernprozessen, beispielsweise lehrerzentriertes vs. lernerzentriertes Lernen oder intentionales Lernen (mt bewusst gewählten Lernzielen) vs. funktionales Lernen (unerwartete Lernerfolge, als positive "Nebenwirkung").
Eine nützliche Einführung in das Thema findet sich im Portal für Lehren und Lernen Erwachsener, www.erwachsenenbildung.at unter "Was ist LLL / Lernformen".
1.11. Nicht-technikzentriert - 3
- Weiterbildung für Industrie 4.0: Kompetenzanforderungen, Kompetenzprofile
Wenn im Zusammenhang mit dem rasanten Wandel in der Industrie und in der Wirtschaft und Gesellschaft im Allgemeinen ein entsprechender Wandel in der Bildung, einschließlich Aus- und Weiterbildung gefordert wird, dann meist hinsichtlich Fachkompetenzen. Mechaniker, Buchhalter, Dienstleister aller Art benötigen IKT (Informations- und Kommunikationstechnik) - Kenntnisse, da manuelle Tätigkeiten digitalisiert und automatisiert werden - Berufe verschwinden, neue werden geschaffen.
Fachkompetenzen können unterteilt werden in:
- Faktenwissen (Terminologie, Begriffe, spezifische Details)
- Konzeptwissen (Klassifikationen, Kategorien, Prinzipien, Verallgemeinerungen, Theorien, Modelle, Strukturen)
- Wissen über Abläufe (spezielle Techniken und Methoden, spezielle Fertigkeiten und Algorithmen, Kriterien zur Entscheidung über Abläufe).
Die Vermittlung von Grundlagen (bei Master- und Doktoratsstudien auch der Aufbau) von Faktenwissen und Konzeptwissen liegt in der Verantwortung des formalen Bildungsbereichs.
1.12. Nicht-technikzentriert - 4
Die zunehmende Spezialisierung bringt es mit sich, dass spezialisiertes Wissen über Abläufe an den Arbeitsplätzen vermittelt werden müssen. Um diese informellen Lernprozesse nachhaltig zu gestalten ist es sinnvoll, sie von Bildungsinstituten aus dem nicht-formellen Bereich begleiten zu lassen. Die Bildungsinstitute sind für eine didaktische Durchführung verantwortlich, als Grundlage zur Anerkennung der erreichten Lernziele durch die Lernenden. Das Unternehmen selbst hat den Vorteil, dass solche Lernprozesse als nicht-formale Weiterbildung gelten können, in enger Zusammenarbeit mit Personalabteilung und Betriebsräten. Bereits heute existieren rechtliche Grundlagen, dass formale Bildungsinstitute (einschließlich Fachhochschulen und Universitäten) auf nicht-formalem Weg erworbenes Wissen anerkennen dürfen. Was fehlt ist der Wille und die erforderliche politische Unterstützung.
Der formale Bildungsbereich selbst ist gefordert, die Vermittlung von a) Fachkompetenzen auf ein aktuelles Niveau zu heben und b) Selbstkompetenzen, Sozialkompetenzen und Metakompetenzen in ihre Lehr- und Studienpläne aufzunehmen.
1.13. Nicht-technikzentriert - 5
Zu a) Aktualisierung der Fachkompetenzen
Der formale Bildungsbereich muss sich bewusst sein, dass die Vermittlung von Grundlagen (bei Master- und Doktoratsstudien auch der Aufbau) von aktuellen Fachkompetenzen gefordert ist. Für die in immer kürzeren Abständen neu benötigten Spezialisierungen müssen Unternehmen die Verantwortung aufbringen. Der Fokus ist auf aktuell, hierzu ein Beispiel:
Die Kostenrechnung verwendet den Wertmäßigen Kostenbegriff sowie die Deckungsbeitragsrechnung nach Schmalenbach (1903). Die Deckungsbeitragsrechnung gilt auch heute, nach über 100 Jahren, noch als eine der fortschrittlichsten Kostenrechnungssysteme. Alle Universitäten im deutschsprachigen Raum lehren Betriebswirtschaft auf Grundlage dieser und anderer Begriffe, viele davon ebenfalls von Schmalenbach. Ohne den genialen Verdienst von Schmalenbach kleinreden zu wollen, drängt sich doch die Frage auf, wie weit diese Konzepte einer Industrie 4.0 - Umgebung mit Wertschöpfungssystemen gerecht werden können.
Zu b) Selbstkompetenzen, Sozialkompetenzen und Metakompetenzen
Die Vermittlung dieser Kompetenzen sollte ureigenste Aufgabe des formalen Bildungsbereichs sein. Der Begriff der Bildung wird in Abhängigkeit der jeweiligen politischen Einstellung unterschiedlich definiert, im Kern gilt jedoch immer, dass Bildung dem Menschen dazu verhelfen soll, sein Leben selbstbestimmt zu führen. Die erwähnten Kompetenzen sind Voraussetzung dafür, werden jedoch vom formalen Bildungsbereich vernachlässigt.
1.14. Nicht-technikzentriert - 6
Die Herausforderungen durch den Wandel zur Industrie 4.0 sind eine Chance, den formalen Bildungsbereich an ein fundamentales Bildungsziel zu erinnern: die langfristige Befähigung des Menschen zur selbsbestimmten Bildung und Handlungsfähigkeit. Selbstkompetenzen wie die Fähigkeit zur Selbständigkeit und Verantwortungsübernahme, Reflexivität und Lernkompetenz sind in gleichem Maße für persönliche Bildungsziele als auch für die Herausforderungen neuartiger Arbeitsplätze Voraussetzung.
Sozialkompetenzen wie die Fähigkeit zur Mitarbeit in Teams und zur Führung von Teams, zur Kommunikation und zur Mitgestaltung von Teams sind ebenfalls notwendige Voraussetzungen.
Schließlich sind Meta-Kompetenzen gefordert, also "Kompetenzen über Kompetenzen". Dazu gehört die Fähigkeit, die Schwierigkeiten von Aufgaben einschätzen zu können; Einschätzungen über situationsspezifisches Wissen treffen zu können (welches Wissen muss ich in dieser Situation anwenden?): sowie die Fähigkeit das eigene Wissen und das anderer einschätzen zu können.
1 Vgl. Bauernhansl et al., (2016) Zurück zum Text
Literatur
Bauernhansl, Thomas; Krüger, Jörg; Reinhart, Gunther; Schuh, Günther (2016). WGP-Standpunkt Industrie 4.0. Darmstadt: Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik WGP e.V.
1.15. Geschäftsmodelle - 1
(laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte)
- in Arbeit -
Hinweis: Zur leichteren Lesbarkeit sind bei rein femininen und maskulinen Schreibweisen immer beide Geschlechter gemeint.
Geschäftsmodelle für Industrie 4.0
Industrie 4.0 - Anwendungen müssen - speziell für KMUs - auf realistischen Geschäftsmodellen basieren, mit überschaubarem Risiko und akzeptablem Return on Investment. Die Politik ist gefordert, Unterstützung nicht nur für technische Komponenten und Konzepte zu leisten, sondern auch zur Entstehung von Kooperationen, beispielsweise um "Cluster 4.0" zu ermöglichen und zu fördern.
Die nachstehenden Ausführungen sind angelehnt an Vorschläge von Tschirner-Vinke (2016) im Rahmen des Projekts GEMINI, welches eine Methodik zur Erarbeitung von Geschäftsmodellen für die Industrie 4.0 zum Ziel hat.
1.16. Geschäftsmodelle - 2
Zur Umsetzung von industriellen Internetsystemen (IIS; im weiteren Industrie 4.0 - Systeme) wurde 2015 die Industrial Internet Reference Architecture (IIRA) veröffentlicht (siehe bspw. Autonomik, 2016, für eine detaillierte
Besprechung). Die IIRA hat zwar die technische Umsetzung der Industrie 4.0 - Systeme im Fokus, berücksichtigt aber auch betriebswirtschaftliche Aspekte.
Ansätze zur Weiterbildung, Kompetenzanforderungen
Literatur
Autonomik (2016). Softwarearchitekturen für Industrie 4.0. Berlin: Autonomik.
Tschirner-Vinke, Gudrun (2016). Beitrag zum Projekt GEMINI. In: Softwarearchitekturen für Industrie 4.0, 41-45. Berlin: Autonomik.
1.17. Innerbetriebliche Weiterbildung - 1
(laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte)
- in Arbeit -
Hinweis: Zur leichteren Lesbarkeit sind bei rein femininen und maskulinen Schreibweisen immer beide Geschlechter gemeint.
Neue Herausforderungen an die innerbetriebliche Weiterbildung
Ziel:
Konzeptualisierung und Durchführung eines innovativen Personalentwicklungskonzepts in KMUs, unter besonderer Berücksichtigung von Industrie 4.0
1.18. Innerbetriebliche Weiterbildung - 2
Hintergrund:
Besonders für den zu Übergang zu Industrie 4.0 wird ein Wandel an die Anforderungen an die betriebliche Weiterbildung erwartet. Obwohl zu Einzelheiten noch keine Übereinstimmung der Expertenmeinungen existiert, sind Industriebeobachter einhellig der Meinung, dass innerbetriebliche Weiterbildung durch raschen Technologiewechsel:
- näher als bisher am Arbeitsplatz durchgeführt werden muss,
- nicht nur Fach-, sondern auch Personal- und Sozialkompetenzen beinhalten muss,
- einen arbeitsplatzübergreifenden Aspekt enthalten muss, beispielsweise einen Überblick über Geschäftsprozesse, und zwar für alle Mitarbeiter, auch für niedrig qualifizierte.
Training am Arbeitsplatz ist nicht neu, findet aber innerhalb der betrieblichen Weiterbildung keine große Beachtung. Das liegt vor allem daran, dass Training am Arbeitsplatz generell nicht oder wenig strukturiert durchgeführt wird und ein erfolgter Wissenstransfer daher nicht überprüft werden kann.
1.19. Innerbetriebliche Weiterbildung - 3
Ein weiterer Nachteil der traditionellen Durchführung von Training am Arbeitsplatz ist inhärent in der nicht strukturierten, nicht methodischen und nicht dokumentierten Vorgangsweise: das Unternehmen - im Sinne einer lernenden Organisation -profitiert selten vom Wissen und der Erfahrungdes Austauschs zwischen Mitarbeiter. Dies ist besonders dann kritisch, wenn langjährige Mitarbeiter ausscheiden.
Schließlich - und wiederum als Folge der beschriebenen Art und Weise, wie meist Training am Arbeitsplatz durchgeführt wird - ist als gewichtiger Nachteil die fehlende Anerkennung seitens aller Akteure zu nennen. Damit ist gemeint, dass:
- die Mitarbeiter selbst das erhaltene Wissen selten im Sinne einer Weiterbildung anerkennen,
- das Unternehmen, in dem Training am Arbeitsplatz durchgeführt wird, keine Anerkennung für durchgeführte Weiterbildung erhält,
- der Mitarbeiter im Unternehmen, der das Training durchführt, ebenfalls keine Anerkennung für diese Leistung erhält.
Gefordert ist daher eininnovatives Konzept,das die genannten Schwächen beseitigt.
1.20. Innerbetriebliche Weiterbildung - 4
Grobkonzept:
Ausrichtung des Unternehmens als anerkannter Ort von Wissenstransfer. Der Begriff "Wissenstransfer" ist bewusst gewählt, weil er verdeutlichen soll, dass betriebliche Weiterbildung von ihrem informellen Status (oft ohne Möglichkeit für Anerkennung) auf ein formelleres Niveau angehoben werden soll. Für das Unternehmen ergibt das den Vorteil, dass auch für das wenig beachtete informelle on-the-job Training betriebliche Kosten unter dem Titel Weiterbildungsmaßnahmen veranschlagt werden dürfen. Mitarbeiter erhalten ebenfalls Anerkennungen, beispielsweise in Form von Zertifikaten. Um dies zu erreichen, sind unter anderem folgende Maßnahmen notwendig:- Formalisierung, einschließlich schriftlicher Festhaltung, von Trainingszielen, auch in einfachen Situationen;
- Dokumentation der Durchführung des Trainings, auch um dies später nachvollziehbar zu machen;
- Dokumentation der Feststellung eines erfolgten Wissenstransfers.
Obwohl diese Maßnahmen prinzipiell intern durch HR / Personalentwicklung durchgeführt werden kann, empfiehlt es sich, speziell im Falle von KMUs, ein externes Bildungsinstitut hinzuziehen. Dieses ist verantwortlich, die didaktischen und evaluativen Aspekte des Trainings sicher zu stellen und optionale Zusatzausbildungen einzubinden (beispielsweise die Vermittlung statistischer Grundkenntnisse im Zusammenhang mit Qualitätskontrolle).
Bei geeigneter professioneller Begleitung wird somit Training am Arbeitsplatz als Weiterbildung aufgefasst. Sowohl Unternehmen als auch Mitarbeiter können damit entsprechende Anerkennungen erhalten.
1.21. Innerbetriebliche Weiterbildung - 5
- Im Einvernehmen mit Geschäftsleitung und Mitarbeiter, vertreten durch den Betriebsrat, Ermöglichung des Zugangs zu eLearning Stationen (PCs) in betrieblichen Sozialräumen. Die dafür verwendete Lernzeit kann (teilweise) als Arbeitszeit verrechnet werden. Dies dient gleichzeitig als Vermittlung von in Zukunft unabdinglichen IT - Basiskompetenzen.
- Kontinuierliche Evaluation des Weiterbildungbedarfs und erfolgter Weiterbildung, in Abstimmung mit (unter anderem) Investitions- und Produktionsplänen. Geplante Investitionen, die den Arbeitsplatz betreffen, müssen frühzeitig in den Weiterbildungsbedarf eingehen. Die Feststellung des Weiterbildungsbedarfs darf sich nicht, wie in der Praxis häufig der Fall, auf Fachkompetenzen beschränken. Die Idee, jeden Menschen durch geeignete Maßnahmen beliebig formen zu können, geht auf behavioristische Anschauungen der 50er und 60er Jahre des vorigen Jahrhunderts zurück und wird heute als irrig angesehen. Verantwortliche und nachhaltige Personalentwicklung berücksichtigt auch die Personal- und Sozialkompetenzen der Mitarbeiter, sowie deren subjektive Einsteillungen zu diesen. Mitarbeiter können dann Führungskompetenzen (beispielsweise) erwerben, wenn sie dafür geeignet sind und wenn sie dies auch wünschen.
- Wissen und Erfahrung sind nicht nur zwischen Mitarbeiter, sondern auch zwischen Mitarbeiter und Unternehmen zu transferieren (d.h., geeignet zu dokumentieren), einschließlich "lessons learnt". Damit kann einerseits Unternehmenswissen aufgebaut werden, andererseits können durch das verwendete Lernmaterial auch Kundenschulungen und Reklamationsmanagement davon profitieren.
- Zusammenarbeit mit einem externen Bildungsinstitut, um Weiterbildung in Form von eLearning ohne großen Aufwand seitens des Unternehmens als Service anbieten zu können.
1.22. Virtual Reality - 1
(laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte)
- in Arbeit -
Virtual Reality
Im Kontext Industrie 4.0 ist unter Virtual Reality das Zusammenspiel eines (virtuellen) Cyber-Physischen-Produktionssystems (CPS; siehe → technikzentrierte Konzepte, Link öffnet im eigenen Fenster) und einer virtuellen Umgebung zu verstehen.
In diesem Zusammenhang kann auch der vorgestellte Roboter als CPS verstanden werden, da er potentiell die geforderten Funktionen erfüllen kann (bspw. Einsatz in Produktion, Netzwerkfähigkeit). Im folgenden
wird daher von einem Roboter gesprochen, das Gleiche gilt sinngemäß für ein CPS.
1.23. Virtual Reality - 2
Hier interessieren besonders Fragen zur Schulung / Weiterbildung, beispielsweise:
- Welche Kompetenzen sind notwendig, um eine spezifische vernetzte Arbeitsumgebung zu definieren (sowohl fest konfiguriert als auch dynamisch konfigurierbar)?
- Für eine spezifische vernetzte Arbeitsumgebung (geplant oder existierend), welche Kompetenzen sind zur Spezifikation und Auswahl eines geeigneten Roboters notwendig?
- Welche Kompetenzen sind notwendig, um einen Roboter innerhalb einer vernetzten Arbeitsumgebung zu steuern und instandzuhalten (auch in Teamarbeit)?
- Welche Kompetenzen sind notwendig, um eine virtuelle Simulation der vernetzten Arbeitsumgebung zu spezifizieren?
- Welche Kompetenzen sind notwendig, um geeignete Werkzeuge zur Simulation der vernetzten Arbeitsumgebung auszuwählen?
- Welche Voraussetzungen sind notwendig obige Kompetenzen zu erlangen und weiter zu entwickeln; wie sollen solche Kompetenzen vermittelt werden und durch wen; wie kann Wissenstransfer geeignet gemessen und dokumentiert (anerkannt) werden?
1.24. Virtual Reality - 3
Unter Kompetenzen sind nicht nur Fachkompetenzen (Faktenwissen, Konzeptwissen, Wissen über Abläufe) zu verstehen, sondern vor allem auch Selbstkompetenzen, Sozialkompetenzen und Metakompetenzen (→ vgl. Nicht-technikzentrierte Begriffe und Konzepte; Link öffnet im eigenen Fenster).
Diese Fragen sind insofern relevant, da angenommen werden muss, dass herkömmliche Konzepte der formellen Bildung, sowie die der nicht-formalen und informellen (betrieblichen Weiterbildung), nicht für alle Fragen ausreichenden Antworten liefern können.
Es folgt die Beschreibung eines konkreten Anwendungsfalles zur Virtual Reality.
Anmerkung. Die hier vorgestellten kommerziellen Produkte wurden auf Grund ihrer Qualität beispielhaft ausgewählt. Empfehlungen für ihren Einsatz sind jedoch nicht notwendigerweise abzuleiten.
1.25. Virtual Reality - 4
CPS / Roboter
Der Roboter tEODor PRO ( Firma Telerob, Ostfildern) wird auf Grund seiner Vielseitigkeit weltweit mehr als 500x eingesetzt. Es handelt sich um einen programmierbaren 6-Achsen-Manipulator mit 100kg Tragkraft, mit den Abmessungen Länge/Breite/Höhe in mm
1300/685/1240 und einem Gewicht von 375 kg, siehe Abbildung.
Die Bedienung ist laut Hersteller einfach. Auf Grund der verschiedensten spezialisierten Einsatzmöglichkeiten, auch in Gefahrenbereichen, ist in der Praxis umfangreiches Training notwendig. Nicht immer ist dies am tatsächlichen Einsatzort möglich oder sinnvoll.
1.26. Virtual Reality - 5
Simulation
Für Schulungszwecke werden daher bevorzugt Simulationen eingesetzt. Diese beginnt mit der virtuellen Konfiguration a) des Roboters, der je nach Einsatzgebiet unterschiedlich ausgerüstet sein kann, und b) der getreuen virtuellen Nachbildung der Einsatzumgebung.
Das folgende Video zeigt eine Lösung der Firma Szenaris, Bremen, mit der die notwendigen Konfigurationen (Roboter, Einsatzumgebung) sowie die eigentliche Bedienung wie unter echten Bedingungen trainiert werden kann (ca. 3 Minuten;öffnet in eigenem Fenster):
Schließlich noch ein Video eines tatsächlichen Einsatzes eines Teodor Roboters in der böhmischen Stadt Usti nad Orlici. Ein Bankmitarbeiter informierte die Polizei über ein verdächtiges Objekt, das in einem Mülleimer vor der Bank platziert wurde. Die Polizei evakuierte umgehend das Gebiet und entfernte mit Hilfe des Roboters das Objekt, siehe Video (ca. 2 Minuten, öffnet in eigenem Fenster):
Das nachstehende interaktive Element wurde mit der Programmiersprache Wolfram Mathematica erstellt. Es zeigt einen industriellen Roboterarm, der über sechs Rotationsebenen sowie einem Greifer steuerbar ist. Für die interaktive Bedienung werden entweder die Browser Internet Explorer oder Firefox, sowie der Wolfram CDF Player (kostenloser Download) benötigt:
Model of an Industrial Robot Arm from the Wolfram Demonstrations Project by Karl Scherer
1.27. Virtual Reality - 6
Wolfram Mathematica
Das Knowledge System Mathematica basiert auf der Programmiersprache Wolfram, mit der das interaktive Element "Industrial Robot Arm" erstellt wurde (Scherer; Wolfram Demonstrations Project).
Mathematica- Anwendungen lassen sich auf verschiedene Plattformen implementieren. Das obige interaktive Element wurde als CDF (Interactive Computable Document Format) erstellt, zu dessen Darstellung der kostenlose CDF - Player benötigt wird (vergleichbar mit Acrobat Reader). Einer der Vorteile liegt in einer praktisch verzögerungslosen Darstellung.
Durch die Mächtigkeit von Wolfram Mathematica, sowie der Möglichkeit, auf einfache Weise interaktive Elemente erstellen zu können, ist es ein bevorzugtes System für anspruchsvolle Lehr- und Lernanwendungen.
Zur Veranschaulichung einer Cloudlösung nachstehend ein einfaches interaktives Element zur Darstellung eines Kreisdiagramms (Pie Chart). Zum einen ist eine Internetverbindung notwendig, zum anderen können - je nach Bandbreite
und Serverauslastung - Verzögerungen bei der Darstellung auftreten. Der CDF - Player wird bei einer Cloudlösung nicht benötigt.
Hinweis: Verwenden Sie den Schieberegler, um die Anzahl der Personen einzugeben, bei der die jeweiligen Haarfarben erhoben. Sie können auch auf das + - Zeichen neben dem Schieberegler klicken, um direkt einen Wert einzugeben.
Scrollen Sie nach dem Öffnen des Links nach unten, drei verschiedene Darstellungen werden angezeigt.
Interaktiv: Kreisdiagramm (Pie Chart). Öffnet auf neuer Seite
Der dazugehörige Code ist trivial, für das dritte (untere) Kreisdiagramm zur Veranschaulichung wie folgt:
Manipulate[Tooltip[PieChart[{blond, braun, schwarz},ChartelementFunction → "GlassSector",ChartStyle → "Pastel",ChartLabels → {"blond","braun","schwarz"}]],{blond,1,10,1},{braun,1,10,1},{schwarz,1,10,1}]