Vernetzte Produktion bei Festo: Lernen für die digitale Zukunft

Der Mittelständler Festo hat eine Fabrik in der Fabrik entwickelt, in der Mitarbeiter laufend digital geschult werden. Das Thema Weiterbildung 4.0 steht ganz oben auf der Agenda der Hannover Messe.

Bundeskanzlerin Angela Merkel begutachtete im März bei einer Werksführung durch die Hallen der Maschinenbau-Firma Festo in Ostfildern einen Roboterarm.

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So könnte sie aussehen, die Fabrik der Zukunft: luftig, hell und aufgeräumt. Jede Menge Freiflächen rechts und links, von Stress ist hier bei den 1.200 Mitarbeitern in den Montageinseln wenig zu spüren. Der Automatisierungs- und Steuerungsspezialist Festo fertigt in Ostfildern seit einem halben Jahr rund 10.000 unterschiedliche Produkte aus der gut dreimal so großen Angebotspalette.

Was das Werk so besonders macht, ist das Konzept: Hier wird nicht nur schon nach den Grundprinzipien einer digital vernetzten Produktion gefertigt. Festo bereitet seine Mitarbeiter auch auf die Arbeitswelt der Zukunft vor - in einer eigens errichteten und integrierten Lernfabrik und im laufenden Betrieb.

"Die Digitalisierung bringt eine erhebliche Zunahme der Dynamik. Die Menschen darauf vorzubereiten, erreicht eine neue Dimension", sagt Theodor Niehaus, Vorstand von Festo Didactic, dem Bildungsstandbein des Automatisierungsspezialisten.

Die größten Trends in Hannover

Festo – Wo die Natur Antworten liefert

Jedes Jahr stellt Festo auf der Hannover Messe ein neues Bionik-Konzept vor. Auf dem Messestand des Industrieautomatisierers aus Esslingen werden Ameisen zu sehen sein – kybernetische natürlich. Die BionicANTs – „ANT“ (das englische Wort für Ameise) steht dabei sowohl für das natürliche Vorbild als auch für „Autonomous Networking Technologies“ – imitieren das Staatenverhalten der Ameisen. Erstmals wird damit das kooperative Verhalten von Tieren mittels komplexer Regelalgorithmen in die Welt der Technik übertragen.

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TU Wien – Alu in Pulverform

Bei Stahl und Titan ist das Sintern als Produktionsverfahren bekannt und erprobt. Forscher der TU Wien wollen das Spritzgussverfahren jetzt auch auf Aluminium-Legierungen übertragen.

Wer heute ein kompliziertes Metallteil herstellen will, greift meist auf das Sintern genannte Metallpulver-Spritzgussverfahren zurück, bei dem Metallpulver mit Kunststoff versetzt, in Form gepresst und bei hohen Temperaturen zu einem soliden Metallwerkstück zusammengebacken wird. Bislang funktionierte diese Technik jedoch nicht mit Aluminium.

Das neue pulvermetallurgische Verfahren soll es erlauben, komplizierte Formen herzustellen, die auf andere Weise gar nicht oder nur mit großem Aufwand realisierbar wären. Da das pulverförmige Ausgangsmaterial relativ preiswert ist, können bei überschaubaren Kosten auch relativ große Bauteile produziert werden, sodass in der Massenproduktion im Vergleich zur konventionellen Fertigung Material- und Gewichtseinsparungen von mehr als 50 Prozent möglich sind.

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Weippert – Das Gewicht herunterschrauben

In nahezu jeder Maschine stecken unzählige Schrauben in den unterschiedlichsten Größen – sie halten die Produktionsanlagen quasi zusammen. Hier Gewicht zu sparen, kann sich positiv auf die gesamte Maschine auswirken. Die Firma Weippert stellt auf der Hannover Messe neue WT-Kunststoffschrauben vor, die – bei Beachtung der technischen Anforderungen – im Vergleich zu Alu- und Edelstahlschrauben bis zu 70 Prozent leichter sein sollen.

Die Ingenieure von Weippert stellen einen ganz einfachen Vergleich an: Während ihre WT-Kunststoffschraube M6x40 aus PA6 GF30 lediglich 1,6 Gramm wiegt und aus PA6 GF50 gerade einmal 1,8 Gramm, bringt die gleiche Metallschraube aus A2 satte 9,3 Gramm auf die Waage. Dass Kunststoffschrauben nicht die gleiche Festigkeit wie Stahlschrauben aufweisen, sei dabei nicht immer ein Problem. Denn mit einer individuellen Konstruktionsanpassung unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften könnten meist auch Kunststoffschrauben statt Stahlschrauben verwendet werden, so Weippert.

Selbst wenn die Kunststoffschraube eine Nummer größer dimensioniert wird als die Stahlschraube, wenn also beispielsweise statt einer M4 eine M6 zum Einsatz kommt, ist die Gewichtseinsparung immer noch deutlich.

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Sonotec – Vorbeugen statt heilen

Eines der großen Themen der Industrie 4.0 ist die Predictive Maintenance, also die vorbeugende Instandhaltung. Der Ultraschallspezialist Sonotec stellt mit dem Sonaphone auf der Hannover Messe ein neues Gerät vor, dass die Wartung einfacher machen soll.

Die möglichst genaue Vorhersage eines optimalen Wartungszeitpunktes gewinnt in der Wertschöpfungskette zunehmend an Bedeutung. Die mobilen Ultraschallmessgeräte, die zur Grundausstattung vieler Instandhalter gehören, tragen damit maßgeblich zu einer erhöhten Anlagensicherheit und -verfügbarkeit bei. Auf der Sonderausstellung Predictive Maintenance 4.0 will Sonotec zeigen, wie Unternehmen Energie einsparen und die Effizienz der gesamten Produktion mit Ultraschallmessgeräten verbessern können.

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Bionic Robotics – Arm mit Charme

Bionic Robotics präsentiert auf der Hannover Messe einen Leichtbauroboter, dessen Bewegungsablauf und Größe sich an einem außerordentlich erfolgreichen Vorbild orientiert – dem menschlichen Arm. Die Bionic Robotics GmbH, 2010 als Spin-Off der TU Darmstadt gegründet, setzt als innovationsgetriebenes Unternehmen vor allem auf die Entwicklung und Produktion von extrem leichten Roboterarmen. Vergleichbar elastisch und mit seinen vier bis fünf Gelenken besonders flexibel im Aufbau, sorgen die in die Basis des BioRob verlegten Antriebe zudem für eine geringe bewegte Masse im Roboterarm. Damit ist der BioRob prädestiniert für den Einsatz in der industriellen Automation, wo er Transport-, Pick & Place-, Palettier- oder wechselnde Handhabungsaufgaben mit kleinen und mittleren Losgrößen übernehmen kann.

Laut dem Unternehmen ist BioRob der einzige kollaborative Roboter – er darf also ohne Schutzkäfig direkt mit Menschen zusammenarbeiten –, der ohne aufwändige Sensortechnologie und Steuerungstechnik auskommt. Selbst bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten würden die Kräfte im Falle eines ungewollten Kontaktes mit menschlichen Arbeitskollegen bauartbedingt so weit reduziert, dass keinerlei Verletzungsgefahr besteht – die besonders leichte und nachgiebige Struktur des BioRob macht es möglich.

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Fluid Dynamix – Der unbewegte Beweger

Das Berliner Start-up FDX Fluid Dynamix feiert auf der Hannover Messe die Premiere seiner einzigartigen OcsiJet-Düse, mit der es dank eines fluidischen Oszillators erstmals möglich ist, einen bewegten Strahl ganz ohne bewegliche Teile zu erzeugen.

Um für eine gute Durchmischung von Gasen und Flüssigkeiten zu sorgen, kommen die dafür verwendeten Komponenten so gut wie nie ohne bewegliche Bauteile aus, woraus beinah schon zwangsläufig eine gewisse Reparaturanfälligkeit und ein erhöhter Wartungsbedarf resultieren. Die neue Düse von FDX erzeugt den schwingenden Fluidstrahl jedoch ohne bewegliche Teile. Mit einem schnell, effizient und genau anpassbaren Frequenzspektrum, welches von wenigen Schwingungen pro Sekunde bis fast in den Ultraschallbereich reicht, liefert die OsciJet-Düse für beinah jeden Prozess den notwendigen Frequenzbereich – ob Kraftstoff-Luft-Mischungen in Motoren oder der Wasserstrahl in Geschirrspülmaschinen.

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MediGlove – Heilende Handschuhe
Auf dem Stand der Hochschule Anhalt zeigen die Designer Thomas Kores und Philipp Rösler aus Dessau erstmalig einen vollen interaktiven Prototyp eines medizinischen Diagnostik-Handschuhs, der die Funktionen von Stethoskop, Thermometer und Pulsmesser vereint.

Mit MediGlove sollen nicht nur die Untersuchungen intuitiver „von der Hand gehen“, sondern über natürliche Gesten auch hochauflösende Messwerte ermittelt und automatisch in eine digitale Krankenakte eingepflegt werden können, um sie so längerfristig und ganzheitlich nachvollziehbar zu machen. Der als Design-Projekt der Hochschule Anhalt konzipierte MediGlove ist bereits mit zwei Sonderpreisen ausgezeichnet worden.

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"Diese Mitarbeiter brauchen ganz andere Kompetenzen." Denn Entwicklung, Produktion und Vertrieb immer stärker über IT und Software technisch zu vernetzen, ist die eine Herausforderung im Zeitalter von Industrie 4.0. Die Beschäftigten darauf vorzubereiten, die andere. In den Chefetagen der Industrie dämmert langsam die Erkenntnis, dass die klassischen Ausbildungswege dafür nicht mehr ausreichen könnten. Ein wichtiges Thema auf der diesjährigen Hannover Messe.

Denn die Anforderungen wachsen. Zwar lernen die mit Sensoren gespickten und softwaregesteuerten Maschinen immer besser, sich selbst zu organisieren und auch zu korrigieren. Wie die autonom arbeitende Montagestraße für die Herstellung von Ventilen beispielsweise. Über 40 Meter lang und modular so aufgebaut, kann die Anlage gleich 76 Produktvarianten produzieren lassen, ohne dass sie einmal umgerüstet werden muss.

Wenn es irgendwo hakt, meldet sich die Fertigungsstraße automatisch, auch wenn die Qualität mal nicht der Norm entsprechen sollte. Gut 450 einzelne IP-Adressen sind hier verbaut, um jedes fertige Teil über die Anbindung an das Internet zurückverfolgen zu können, so eine vorausschauende Wartung zu ermöglichen oder den Energieverbrauch jedes Moduls einzeln zu messen. Ein Mechaniker kommt nur noch, wenn er gerufen wird.

Doch wenn es hier mal hakt, wird es kompliziert: Ist es die IT, die für den Aussetzer verantwortlich ist? Was sagen mir die Echtzeitdaten, die die Anlage unaufhörlich liefert? Muss ich die ganze Anlage stilllegen, um ein defektes Teil auszutauschen? "Künftig wird es keine festen Lösungswege mehr geben", sagt Niehaus.

Das sind Deutschlands erfolgreichste Mittelständler

Platz 20: Schöck AG

Umsatz im Geschäftsjahr 2013/2014: 119,0 Millionen Euro

durchschnittliches Umsatzwachstum von 2010 bis 2014: 14,1 Prozent

durchschnittliche Ertragsquote von 2010 bis 2014: 13,3 Prozent

durchschnittliches Ertragswachstum von 2010 bis 2014: 33,1 Prozent

Die Unternehmensberatung Munich Strategy Group (MSG) hat die Mittelständler mit dem größten Wachstum bei Umsatz und Erträgen in den letzten fünf Jahren gekürt. Die Top 20 eröffnet die Schöck Aktiengesellschaft aus Baden-Baden, einem Spezialisten für Fertigbauteile zur Wärme- und Lärmdämmung für Tritte.

Quelle: Munich Strategy Group: "TOP 100 Ranking des Mittelstands 2015 - Deutschlands Wachstums-und Ertragsstars"

Für ihr jährliches Unternehmensranking hat die Unternehmensberatung MGS rund 3.500 Mittelständler mit Umsätzen von 15 bis 600 Millionen Euro analysiert, um daraus die wachstums- und ertragsstärksten Unternehmen herauszufiltern.
Das Ranking ergibt sich aus einem Score, der sich aus durchschnittlicher Ertragsquote, durchschnittlichem Ertragswachstum und durchschnittlichem Umsatzwachstum im Zeitraum 2010 bis 2014 ergibt. Ertragsquote und -wachstum fließen mit je 25 Prozent in den Gesamtscore ein, das Umsatzwachstum wird mit 50 Prozent gewichtet.

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Platz 19: Heinzmann

Umsatz im Geschäftsjahr 2013/2014: 72,8 Millionen Euro

durchschnittliches Umsatzwachstum von 2010 bis 2014: 16,1 Prozent

durchschnittliche Ertragsquote von 2010 bis 2014: 10,8 Prozent

durchschnittliches Ertragswachstum von 2010 bis 2014: 36,1 Prozent

Heinzmann baut, entwickelt und betreut Verbrennungsmotoren, Generatoren und Turbinen, die etwa in Lokomotiven und Schiffen eingesetzt werden. 

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Platz 18: Vemag Maschinenbau GmbH

Umsatz im Geschäftsjahr 2013/2014: 86,5 Millionen Euro

durchschnittliches Umsatzwachstum von 2010 bis 2014: 15,2 Prozent

durchschnittliche Ertragsquote von 2010 bis 2014: 12,6 Prozent

durchschnittliches Ertragswachstum von 2010 bis 2014: 33,1 Prozent

Die Vemag Maschinenbau GmbH stellt Maschinen und Geräte für die Nahrungsmittelindustrie her. Dazu zählen Würstchenfüller und Teigportionierer. Einen Schwerpunkt bildet hier die Entwicklung eines Convenience Systems, das dem Anwender ein flexibles System zum Portionieren und Formen von Produkten bietet.

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Platz 17: Wenglor Sensoric GmbH

Umsatz im Geschäftsjahr 2013/2014: 55,9 Millionen Euro

durchschnittliches Umsatzwachstum von 2010 bis 2014: 15,8 Prozent

durchschnittliche Ertragsquote von 2010 bis 2014: 12,6 Prozent

durchschnittliches Ertragswachstum von 2010 bis 2014: 43,9 Prozent

Wenglor entwickelt, produziert und vertreibt seit 30 Jahren Produkte zur berührungslosen Objekterkennung. Das Produktspektrum umfasst Sensoren, Bildverarbeitungsprodukten, Barcode-Scanner und Sicherheitstechnik. Zu den Kunden zählen kleine und mittelständische Unternehmen wie auch internationale Industriekonzerne.

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Platz 16: Delo

Umsatz im Geschäftsjahr 2013/2014: 57,9 Millionen Euro

durchschnittliches Umsatzwachstum von 2010 bis 2014: 20,0 Prozent

durchschnittliche Ertragsquote von 2010 bis 2014: 15,4 Prozent

durchschnittliches Ertragswachstum von 2010 bis 2014: 21,7 Prozent

Das Unternehmen aus Windach bei München ist mit Spezialklebstoffen erfolgreich. So hat Delo etwa ein Verfahren entwickelt, um RFID-Chips zu verkleben. Die elektrischen Signale werden dabei zuverlässig weitergeleitet.

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Platz 15: HAZET-WERK

Umsatz im Geschäftsjahr 2013/2014: 79,0 Millionen Euro

durchschnittliches Umsatzwachstum von 2010 bis 2014: 12,8 Prozent

durchschnittliche Ertragsquote von 2010 bis 2014: 13,0 Prozent

durchschnittliches Ertragswachstum von 2010 bis 2014: 178,6 Prozent

Die Hazet-Werk Hermann Zerver GmbH & Co. KG ist ein deutscher Werkzeughersteller mit Sitz in Remscheid. Der Markenname Hazet steht verkürzt für die Anfangsbuchstaben Ha und Zett des Namens des Gründers Hermann Zerver.

Platz 14: Getriebebau Nord

Umsatz im Geschäftsjahr 2013/2014: 460,0 Millionen Euro

durchschnittliches Umsatzwachstum von 2010 bis 2014: 15,4 Prozent

durchschnittliche Ertragsquote von 2010 bis 2014: 11,6 Prozent

durchschnittliches Ertragswachstum von 2010 bis 2014: 80,2 Prozent

Die Getriebebau Nord ist einer der größten Getriebemotoren-Hersteller der Welt. Das Unternehmen ist international für seine mechanische und elektronische Antriebstechnik bekannt.

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Wie einfach war da noch die alte, die analoge Berufswelt. Da reichte es für einen Mechatroniker aus, sich an den vorgegebenen Wartungsplänen abzuarbeiten und dann einzuspringen, wenn die Maschine oder Anlage einmal aufmuckte.

"Früher lief der Betriebselektriker mit dem Lötkolben rum, heute kommt er mit dem iPad", sagt Niehaus. Im digitalen Zeitalter muss er viel stärker Entscheidungen mit großer Tragweite selbstständig treffen, sich in der IT, Elektronik, Mechanik und der virtuellen Realität gleichermaßen gut auskennen und idealerweise ein Grundproblem - sollte es eines sein - so erfassen können, dass er gleich eine allgemeingültige Lösung auch für andere Maschinen gleichen Typs entwickeln kann.

Wo die Maschine den Mensch ersetzt

Über die Liste

Die folgenden Branchen und Berufe werden laut der Studie "The future of employment" von Forschern der Oxford University mit hoher Wahrscheinlichkeit in einigen Jahren von Automatisierung erfasst werden – in Gestalt von Maschinen, Robotern oder Programmen, ganz oder in Teilen.

Transportwesen/Personenverkehr

• Taxifahrer
• Chauffeure
• Busfahrer, allgemeine Beförderung, U-Bahnen
• Kuriere
• Piloten

Quelle: The future of employment, Oxford University

Transportwesen/Güterverkehr

• Schwertransporte
• Lokführer
• Kranführer
• Baggerfahrer
• Logistiker, Disponenten, Lagertätigkeiten

Finanzwesen

• Analysten
• Finanzmathematiker
• Buchhaltung/Rechnungswesen
• Steuerberater
• Controller

Industrie und Produktion

• gefährliche Berufe
• Arbeiter in Diamant- und Metallminen
• Buchhaltung/Rechnungswesen
• Konstruktion, Wartung, Reparatur, Installation
• Verpackungswesen
• Uhrreparaturen
• Controller

Gesundheitswesen

• Laborarbeiten
• Diagnostik
• Biologen
• Pflegekräfte
• Operateure in der Medizin

Dienstleistung allgemein

• Bedienungen
• Call-Center (alle Bereiche), Telefonagenten
• Makler
• Landschaftsgärtner
• Parkwächter

Landwirtschaft

• Düngen, Säen, Ernten

andere Bereiche

• Einzelhandel: Verkäufer, Kassierer
• Journalisten (Teile der Sportberichterstattung, Roboterjournalismus)
• Anwälte, Anwaltsgehilfen
• Berufe in Hotels und Großküchen
• Bibliothekare
• Straßenbau

Festo hat aus diesen neuen Anforderungen der digitalen Arbeitswelt seine Schlüsse gezogen und gleich neben den Produktionsanlagen unter demselben Hallendach eine kleinere Lernfabrik installiert. Während des laufenden Betriebs melden sich die Festo-Arbeiter aus der Produktion ab, um sich mit neuen Problemstellungen vertraut zu machen - mal 20 Minuten, mal eine Stunde, vielleicht auch für einen ganzen Tag.

Horrorszenarien wird es nicht geben

In Modellanlagen werden eigens Fehler eingebaut, deren Ursache es zu finden gilt. "Wir orientieren uns dabei stark an der Praxis", sagt Klaus Zimmermann, Leiter Vertrieb, Training und Consulting bei Festo Didactic. Gefundene Lösungen könnten gleich in die Produktion übertragen werden. "So wird aus der Lernfabrik ein Innovationstreiber für die reale Fabrik."

Frank Riemensperger, Deutschlandchef des Beratungsunternehmens Accenture, ist überzeugt, dass dieses Projekt Modellcharakter für weite Teile der Industrie haben kann. "Die Verlegung des Lernorts direkt in die Fabrik, die digitale Ausbildung in kleinen Schritten - vielleicht ist das die Arbeitsweise, wie wir sie auch künftig in Berufsschulen einsetzen müssen."

Das Familienunternehmen Festo bringt jede Menge Erfahrungen mit auf dem Gebiet der technischen Weiterbildung. Vor 50 Jahren gründete Festo die Bildungssparte, die mehr als 900 Mitarbeiter beschäftigt und mit externen Kunden gut 150 Millionen Euro Umsatz erzielt. Weltweit werden Colleges, Universitäten oder Berufsschulen mit industrietauglichen Lerngeräten ausgerüstet.

Die Bundeswehr gehört zu den Kunden, die sich ein Trainingszentrum für Soldaten hat ausstatten lassen, die eine Rückkehr in die zivile Berufswelt planen. Aber auch Audi hat ein Lernzentrum bei Festo gekauft, um Mitarbeiter im mexikanischen Werk Puebla fit für den Bau des neuen Q5 zu machen.

Zimmermann und Niehaus sind sich bewusst, dass trotz aller Schulung nicht jeder die Hürden der neuen digitalen Arbeitswelt nehmen wird: "20 bis 30 Prozent sehen sich nicht in dem Aufgabenbereich", sagt Zimmermann. "Die gehen dann in die Produktion. Auch dort brauchen wir Menschen mit höherer Qualifikation."

Bei dem Tempo der Digitalisierung besteht laut Zimmermann zudem die Gefahr, dass noch mehr Mitarbeiter an den höheren Anforderungen scheitern werden. Eine Lösung sei, vor allem junge Menschen parallel zur etablierten Berufsausbildung auf die neuen Herausforderungen einzustimmen: "Das müssen wir schaffen, und zwar sehr früh."

Die Entwicklung der Industrie

Industrie 1.0

Industrieära: 1784

Technologische Revolution: Mechanische Produktion mit Wasser-/Dampfkraft

Transformatorischer Wandel: Substitution von Arbeit durch Kapital,; Prozessstabilität und Geschwindigkeit

Quelle: "Digital Industry – Connecting the Dots" von Oliver Wyman

Industrie 2.0

Industrieära: 1870

Technologische Revolution: Elektrisch betriebene Massenproduktion

Transformatorischer Wandel: Arbeitsteilung ("Taylorismus"); Durchgängigkeit von Prozessen

Industrie 3.0

Industrieära: 1969

Technologische Revolution: Produktionsautomatisierung durch Elektronik und IT

Transformatorischer Wandel: Business Process Reengineering; Prozessqualität und Lean

Industrie 4.0

Industrieära: heute

Technologische Revolution: Digitalisierung durch cyber-physische Seyteme, Vernetzung und Big Data

Transformatorischer Wandel: "Digitale Industrie"; Die technologische Revolution schafft die Voraussetzung für die Hebung des wahren Werts durch Prozessverbesserung

Experten wie Markus Lorenz von der Boston Consulting Group sehen das ähnlich. Zwei Drittel der aktuellen Belegschaft lasse sich qualifizieren, schätzt er. "Ich werde aber keine Menschen für Data Analytics begeistern können, die 30 Jahre lang an einer Maschine gestanden haben." Dennoch zählt der 4.0-Experte die deutsche Industrie zu den Gewinnern der Digitalisierung - auch auf dem Arbeitsmarkt.

Unter dem Strich werde es zu einem Zuwachs von 300.000 bis 400.000 neuen und hochqualifizierten Jobs kommen, so seine Schätzung. "Ich bin mir allerdings nicht hundertprozentig sicher, ob es hierzulande genügend Leute dafür geben wird", sagt er. "Wenn nicht, werden diese Menschen aus anderen Teilen der Welt zu uns kommen." Accenture-Chef Riemensperger verweist darauf, dass es noch mindestens zehn bis 15 Jahre dauern wird, bis die industrielle Produktion durchweg digitalisiert sein wird - das entschärfe das Problem: "Die Horrorszenarien, die immer wieder auftauchen, wird es so nicht geben", sagt er. "Schon jetzt zeigt sich, dass 4.0-Abläufe nicht an dem Menschen vorbeigehen, sondern ihn integrieren. Er wird sogar zum wichtigsten Steuerelement der 4.0-Lösungen."