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Über dieses Buch

Dieses Buch ist eine Open-Access-Publikation unter einer CC BY 4.0 Lizenz.

Auf der Grundlage konkreter Forschungsprojekte im Kontext von Industrie 4.0 liefert dieses Fachbuch Szenarien der Gestaltung zukünftiger Industriearbeit. Diese Szenarien lassen sich mit einem einheitlichen Beschreibungsmodell darstellen; dieses Modell kann für weitere Gestaltungsprojekte in der industriellen Praxis herangezogen werden. Anhand dieser praxisnahen technisch-organisationalen Lösungen wird deutlich, wie die Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0 unter dem Einsatz moderner Automatisierungs-, Robotik- und Assistenztechnologien – bezogen auf ganz spezifische Anwendungsszenarien – aussehen könnte.

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Open Access

1. Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0 – Szenarien aus Forschungs- und Entwicklungsprojekten

Die Zukunft der Arbeit ist gestaltbar und gestaltungsbedürftig. Es gibt keinen technologischen Determinismus – die Folgen der unter „Industrie 4.0“ subsumierten neuen Technologien für Arbeitswelt und Arbeitsmarkt entstehen nicht unmittelbar aus Merkmalen dieser Technologien selbst, sondern aus den Anwendungs- und Einsatzmodellen für diese Technologien. In dem vorliegenden Buch werden anhand konkreter Forschungsprojekte im Kontext von Industrie 4.0 Szenarien entwickelt, die sich mit einem einheitlichen Beschreibungsmodell im Hinblick auf die Implikationen für die Arbeitsgestaltung darstellen lassen. Dieses Kapitel umreißt den Kontext, in dem sich die hier dargestellten Szenarien bewegen, und fasst die wesentlichen Aspekte zusammen.

Steffen Wischmann, Ernst Andreas Hartmann

Open Access

2. Prognostizierte Veränderungen der gestaltbaren Arbeitssystemdimensionen

In diesem Kapitel werden Gestaltungsdimensionen mit einem Bezug zur lernförderlichen Arbeitsgestaltung, deren prognostizierten Entwicklungen in den Praxisbeispielen dieses Buches aufgezeigt werden, dargestellt und zusammenfassend analysiert. Hinsichtlich der hierarchischen Vollständigkeit von Tätigkeiten zeigen sich deutliche Effekte im Sinne einer Abnahme monotoner und einer Zunahme komplexer Aufgaben. Für das Lernen werden insgesamt und in jeder Hinsicht Zuwächse erwartet. Dabei wird informelles Lernen eine deutlich größere Rolle spielen und in qualitativ neuer Weise durch die neuen Technologien unterstützt werden. Im Bereich der sequentiellen Vollständigkeit werden insbesondere im Bereich Kooperation und Kommunikation deutliche Zuwächse erwartet. Wenn auch nuanciert im Detail, so wird in der Gesamtbetrachtung aus den Praxisfällen ein – im Sinne der menschengerechten Arbeit wie auch der Innovationsfähigkeit der Volkswirtschaft – optimistischer Ausblick auf die Zukunft deutlich.

Steffen Wischmann, Ernst Andreas Hartmann

Open Access

3. Systeme zur Assistenz und Effizienzsteigerung in manuellen Produktionsprozessen der Industrie auf Basis von Projektion und Tiefendatenerkennung

In der nachfolgenden Arbeit wird ein Assistenzsystem für manuelle Montageprozesse vorgestellt, welches im Zuge des Forschungsprojektes motionEAP entwickelt wurde. Neben der technischen Umsetzung werden die pädagogischen, psychologischen und ethischen Aspekte für die Nutzung dieses Assistenzsystems erläutert. Anschließend daran werden die Auswirkungen des Assistenzsystems für manuelle Montagetätigkeiten auf betriebliche Funktionen erläutert. Dabei werden in einem ersten Schritt die hauptsächlich betroffenen Tätigkeiten des direkten Montageumfelds analysiert. In einem nachfolgenden Schritt werden die Auswirkungen und Konsequenzen des Einsatzes eines Montageassistenzsystems auf diese drei betrieblichen Funktionen anhand der festgelegten Bewertungskriterien bestimmt. Zum Schluss werden die wichtigsten Änderungen eines Arbeitssystems durch die Nutzung eines solchen Assistenzsystems betrachtet.

Andreas Bächler, Liane Bächler, Sven Autenrieth, Hauke Behrendt, Markus Funk, Georg Krüll, Thomas Hörz, Thomas Heidenreich, Catrin Misselhorn, Albrecht Schmidt

Open Access

4. Betriebliche Auswirkungen industrieller Servicerobotik am Beispiel der Kleinteilemontage

Ausgehend von der hohen Bedeutung und den Grundlagen industrieller Servicerobotik wird der aktuell vergleichsweise geringe betriebliche Umsetzungsgrad derartiger Teilautomatisierungslösungen diskutiert. Um den Abbau möglicher Automatisierungshemmnisse zu unterstützen, wird im Folgenden ein konkreter Anwendungsfall aus dem Bereich der Kleinteilemontage dargestellt. Hierbei erfolgt zunächst eine detaillierte Darstellung und Analyse des manuellen Prozesses. Daran anknüpfend wird eine Potenzialanalyse durchgeführt, auf deren Basis ein hybrides Gestaltungskonzept abgeleitet wird. Anhand dessen werden mögliche Auswirkungen auf verschiedene betriebliche Rollen vorgestellt und auf den übergeordneten Gesamtkontext bezogen.

André Hengstebeck, Kirsten Weisner, Jochen Deuse, Jürgen Rossmann, Bernd Kuhlenkötter

Open Access

5. Erweiterte Horizonte – Ein technischer Blick in die Zukunft der Arbeit

Der Mensch stellt auch in der Produktion und Logistik von morgen einen entscheidenden Faktor dar. Aus der immer weiter wachsenden Datenmenge in Unternehmensprozessen müssen jene Informationen extrahiert werden, welche den Mitarbeiter bei seiner Arbeit unterstützen können und nicht zu Überforderung führen. Das durch das BMBF geförderte Forschungsprojekt SmARPro (Smart Assistance for Humans in Production Systems) befasst sich mit dieser Problematik. Es wird ein System entwickelt, das über einheitliche und standardisierte Schnittstellen Daten aller umgebenden Systeme erfasst und diese in der SmARPro-Plattform zu kontextsensitiven Informationen aufbereitet. Diese werden dem Mitarbeiter über Wearables wie beispielsweise Datenbrillen, Smart Watches, Smartphones oder Tablets angezeigt.

Benedikt Mättig, Jana Jost, Thomas Kirks

Open Access

6. Soziotechnische Assistenzsysteme für die Produktionsarbeit in der Textilbranche

Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die Arbeit in einer Weberei

Die Entwicklung hin zu Industrie 4.0 basiert in erster Linie auf modernen Produktionsmaschinen in Verbindung mit digitalen Technologien. Diesem Trend folgend werden der Betrieb und die Entwicklung von modernen Textilmaschinen immer komplexer und erfordern komplexe Fähigkeiten und Arbeitsaufgaben des Bedienpersonals in den verschiedenen Qualifizierungsphasen. Unter dem Gesichtspunkt der zunehmenden Heterogenität der Produktionsbelegschaft, insbesondere dem Wachstum der Gruppe der älteren Arbeitnehmer/-innen, scheint die differentiell-dynamische Arbeitsgestaltung in der Textilproduktion aktueller denn je. Die Verwendung von Assistenzsystemen ermöglicht eine altersgerechte Arbeit und qualifikationsspezifische Unterstützung der Mitarbeiter/-innen. Diese Unterstützung ermöglicht den Beschäftigten, ihre Berufsfähigkeit zu erhalten.

Mario Löhrer, Jacqueline Lemm, Daniel Kerpen, Marco Saggiomo, Yves-Simon Gloy

Open Access

7. Lernförderliche Arbeitssysteme für die Arbeitswelt von morgen

In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts ELIAS anhand der Anwendungsfälle der HELLA KGaA Hueck & Co. und der FEV GmbH, zweier der größten Unternehmen aus dem deutschen Automotive Sektor, vorgestellt. In dem Projekt wird unter Führung des FIR an der RWTH Aachen ein Konzept entwickelt, das das Lernen im Prozess der Arbeit als elementaren gestalterischen Bestandteil in bestehende oder zukünftige Arbeitssysteme integriert. Die beiden Beispiele zeigen, dass der durch die Digitalisierung beschleunigte Wandel der Arbeitswelt in Produktion und Dienstleistungen bereits heute in vollem Gange ist und insbesondere Maßnahmen zur betrieblichen Weiterbildung eine immer größere Bedeutung gewinnen. Sowohl die Hella als auch die FEV reagieren auf diesen Wandel mit dem verstärkten Einsatz des arbeitsnahen Lernens, wenn auch in sehr unterschiedlichen Formen. Der Artikel gibt Aufschluss über die Veränderungen der Arbeitswelt im Automotive Sektor sowie über die durchgeführten Maßnahmen in Form unterschiedlicher Lernlösungen.

Roman Senderek

Open Access

8. Assistenz und Wissensvermittlung am Beispiel von Montage- und Instandhaltungstätigkeiten

Ein Effekt der Transformation zur Industrie 4.0 ist ein stetiger Anstieg der Komplexität sowohl in der Bedienung und Instandhaltung von Anlagen als auch in der Steuerung der Produktionsabläufe. Der sukzessive Rückgang von Produktionsmitarbeitern bei gleichzeitiger Zunahme der Komplexität der Arbeitsprozesse lässt den Informationsbedarf sowie die notwendige berufliche Expertise rasant wachsen. Intelligent-adaptive Assistenz- und Wissensdienste bieten hier Abhilfe durch die Vermittlung von formellem und informellem Wissen und Know-how, angepasst auf Expertiseniveaus und fachliche Aufgaben der Mitarbeiter. Dieser Beitrag beschreibt die Zielsetzung des APPsist-Projektes hinsichtlich Assistenz und Lernen am Arbeitsplatz. Die sich daraus ergebende technische Lösung wird skizziert und die resultierenden Veränderungen im Arbeitsprozess beispielhaft an zwei Anwendungsfällen (Montage und Instandhaltung) erläutert. Ein weiterer Schwerpunkt von APPsist liegt in der Konzeption von Prozessen, die die Mitarbeiter systematisch in die Entwicklung und Implementierung des Systems einbinden.

Carsten Ullrich, Axel Hauser-Ditz, Niklas Kreggenfeld, Christopher Prinz, Christoph Igel

Open Access

9. Der Mensch in Interaktion mit autonomen Planungs- und Steuerungssystemen für Cyber-Physische Produktionssysteme

Zunehmende Variantenvielfalt und der Wunsch der Kunden nach individuelleren Produkten verlangt nach Produktionskonzepten, die ein hohes Maß an Flexibilität und Autonomie bieten. Dies führt zu signifikanten Veränderungen in der Arbeit der Produktionsmitarbeiter. Beispielsweise werden für einen Meister und einen Produktionsplaner komplexe Aufgaben dadurch zunehmen, wohingegen monotone Tätigkeiten, wie beispielsweise die tägliche Feinplanung von Aufträgen, entfallen werden. Neben der Beschreibung weiterer Veränderungen in den beteiligten Mitarbeiterrollen werden in diesem Beitrag Forschungsansätze vorgestellt, die eine Interaktion zwischen Menschen und autonomen Produktionsplanungs- und -steuerungssystemen ermöglichen und fördern. Hierzu gehört neben der frühzeitigen Ableitung von Qualifikationsmaßnahmen für Mitarbeiter und der mitarbeiterindividuellen Anpassung von Assistenzsystemen auch ein Ansatz zum Umgang und zur Nutzung großer Datenmengen.

Susanne Wolf, Christiane Dollinger, Andreas Hees, Gunther Reinhart

Open Access

10. ReApp – Wiederverwendbare Roboterapplikationen für flexible Roboteranlagen

Auswirkungen der Ergebnisse aus ReApp auf betriebliche Funktionen am Beispiel eines Anwendungsfalls in der Elektroindustrie

Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekts ReApp ist es, Werkzeuge und Modelle für die Entwicklung wiederverwendbarer Softwarebausteine (Apps) für Roboter zu schaffen. Diese verleihen beispielsweise Fähigkeiten für die Erkennung und das Greifen von Werkstücken bis hin zur automatisierten Ausführung von kompletten Prozessabläufen. Außerdem entsteht eine Entwicklungsumgebung, mit der diese Apps modelliert und auf den Robotersystemen auf einfache Weise integriert und eingerichtet werden können. Tests und Simulationen der Apps sind möglich, bevor das Robotersystem aufgebaut wird. Der Vorteil: Roboterbasierte Anwendungen lassen sich mit den Apps schneller und effizienter als bisher entwickeln. Dadurch wird der Einsatz von Automatisierung auch für kleine Stückzahlen rentabel. Dies hat Auswirkungen auf betriebliche Abläufe in mehrerlei Hinsicht: Zum einen ändert sich durch ReApp der Entwicklungsprozess von Automatisierungslösungen, was sich auf entwickelnde Berufe auswirkt, zum anderen können bisher rein manuell durchgeführte Tätigkeiten durch Automatisierung unterstützt oder gar ersetzt werden. Dies hat unmittelbare Konsequenzen für die Berufsgruppen, die bei der Produktion von Gütern eine Rolle spielen. Der Artikel beschreibt zunächst die grundlegenden Lösungsansätze des Projekts und analysiert anhand eines konkreten Anwendungsfalls die Auswirkungen auf die involvierten Berufsgruppen.

Ulrich Reiser, Uwe Müller, Mike Ludwig, Mathias Lüdtke, Yingbing Hua

Open Access

11. Modellierungsansatz für ein arbeitsplatznahes Beschreibungsmodell der „Arbeitswelt Industrie 4.0“

Die Diskussion über die Ausgestaltung der Arbeitswelt der Zukunft erlebt gerade eine Hochkonjunktur. Prognosen und Szenarien hinsichtlich der Auswirkung von Digitalisierung und Automatisierung auf die Beschäftigung sind notwendig, um heute die richtigen Weichenstellungen zu treffen. Noch unterscheiden sich diese jedoch drastisch und reichen von einem drohenden weitreichenden Jobabbau bis hin zu einem Positivsaldo von bis zu 350.000 neuen Jobs bis 2025. Zur Beschreibung und Bewertung der Veränderung von Produktionsarbeit durch technologieinduzierte Veränderungen aus den Bereichen der Automatisierung und Digitalisierung industrieller Wertschöpfung („Industrie 4.0“) wurde deshalb der folgende arbeitsplatznahe Modellansatz entwickelt. Zielsetzung dafür ist eine Darstellung des Lösungsraums für die Arbeitsgestaltung der Zukunft, die sich möglichst nah und praktikabel an der sichtbaren betrieblichen Realität im verarbeitenden Gewerbe orientiert.

Wilhelm Bauer, Sebastian Schlund, Tobias Strölin

Open Access

12. Die Zukunft der Arbeit im demografischen Wandel

Die Arbeitswelt von morgen wird anders sein. Neben technischen Neuerungen wird der demografische Wandel ausschlaggebend für die zukünftige Arbeitsgestaltung sein. Insbesondere die alternde und schrumpfende Bevölkerung im erwerbsfähigen Alter wird diesen Wandel verursachen. Rein quantitativ wird die menschliche Arbeitskraft als Produktionsfaktor zu einem knapperen Gut. Die konkreten Arbeitsmarkteffekte, Eintrittswahrscheinlichkeiten und Zeithorizonte lassen sich derzeit nicht mit Gewissheit bestimmen; sie können auch nach Branche, Anwendungskontext und regionalem Bezug variieren. Mit Blick auf die unmittelbaren Auswirkungen des demografischen Wandels stehen die mittel- bis langfristigen Automatisierungspotenziale hier nicht im Vordergrund. Vielmehr werden die Technologie, und allen voran technische Assistenzsysteme, als Ergänzung für eine Arbeitsgesellschaft im demografischen Wandel gesehen. Im Fokus dieses Beitrags stehen deshalb die arbeitsmarktrelevanten Veränderungen in der erwerbsfähigen Bevölkerung sowie die Potenziale technischer Systeme als assistive Fähigkeitsverstärker älter und heterogener werdender Belegschaften.

Wenke Apt, Marc Bovenschulte

Open Access

13. „Social Manufacturing and Logistics“ – Arbeit in der digitalisierten Produktion

Der Beitrag beruht auf Arbeiten des Forschungsprojektes „SoMaLI“ (Social Manufacturing and Logistics), das vom BMWi im Rahmen des Technologieprogramms „Autonomik für Industrie 4.0“ gefördert wird. Hierbei werden u. a. Experteninterviews in Interessenverbänden (V1-V3), Entwicklerbetrieben (E1-E3) und Anwenderunternehmen (A1-A4) durchgeführt. Das Projekt wird an der Technischen Universität Dortmund in Kooperation des Forschungsgebietes Industrie- und Arbeitsforschung (FIA) und des Lehrstuhls für Förder- und Lagerwesen (FLW) durchgeführt. Zur SoMaLI-Projektgruppe gehören Hartmut Hirsch-Kreinsen, Michael ten Hompel, Peter Ittermann, Johannes Dregger, Jonathan Niehaus, Thomas Kirks und Benedikt Mättig.

Hartmut Hirsch-Kreinsen, Michael ten Hompel, Peter Ittermann, Johannes Dregger, Jonathan Niehaus, Thomas Kirks, Benedikt Mättig

Open Access

14. Lernförderliche Arbeitsorganisation in der Industrie 4.0

Cyber-Physical Production Systems (CPPS) bilden einen Kernbestandteil der angestrebten Industrie 4.0 (Kagermann et al. 2013, S. 89). Dazu ist, den Autoren zufolge, eine sozio-technische Gestaltungsperspektive erforderlich, in der Arbeitsorganisation, Weiterbildungsaktivitäten sowie Technik- und Software-Architekturen in enger wechselseitiger Abstimmung entwickelt werden (ebd., S. 57). CPPS gehen einher mit einer Informatisierung der Arbeit (Botthof 2014, S. 4), neuen Automatisierungsoptionen geistiger Arbeit (Brynjolfsson und McAfee 2011) und neuen Lernoptionen (Schuh et al. u. a., 2015, S. 84).

T. Mühlbradt, P. Kuhlang, T. Finsterbusch

Open Access

15. Decision Support Pipelines – Durchgängige Datenverarbeitungsinfrastrukturen für die Entscheidungen von morgen

Für Anwendungen im Bereich der Industrie 4.0 stellt die zunehmende Flut an verfügbaren Daten ein enormes Potenzial zur verbesserten Planung und Steuerung von Geschäfts-, Produktions- und Logistikprozessen dar. Nutzbar wird dieses Potenzial jedoch nur, wenn Unternehmen den Prozess der Datentransformation – von der Gewinnung, Integration und Analyse bis hin zur Entscheidung und Bereitstellung – in gute unternehmerische Entscheidungen in seiner Ganzheit beherrschen. Idealerweise sind Business-Anwender unabhängig von IT-Experten in der Lage, ein solches System flexibel und gezielt auf sich dynamisch ändernde, oft komplexe Geschäftsumfelder anzupassen. Da aktuell verfügbare Ansätze diese Anforderungen nicht erfüllen, ist es Ziel dieses Beitrages, technologische und methodologische Ansatzpunkte für die Entwicklung einer intelligenten, auf die Anforderungen zukünftiger Fertigungs- und Logistikprozesse ausgerichteten Decision Support Pipeline im Kontext von Industrie 4.0 zu liefern. Anhand konkreter Beispiele verdeutlichen wir das Potenzial dieses integrierten, prozessorientierten Ansatzes.

Anne Meyer, Stefan Zander, Rico Knapper, Thomas Setzer

Open Access

16. Gerechtigkeit in flexiblen Arbeits- und Managementprozessen

Cyber-Physical Systems werden vermehrt in allen Bereichen der Industrie, Wirtschaft und Gesellschaft eingesetzt, um Produktions- und Dienstleistungsprozesse zu unterstützen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass intelligente, softwaregestützte Komponenten und menschliche Akteure eng vernetzt sind, um komplexe Aufgaben zu erfüllen. In diesen sozio-technischen Systemen werden Arbeits- und Managementprozesse ausgeführt, die sich flexibel an veränderte Situationsfaktoren anpassen und bei denen Aufgaben und insbesondere auch Entscheidungen sowohl automatisiert als auch von menschlichen Akteuren durchgeführt werden. Um eine hohe Nutzerakzeptanz dieser Systeme zu erzielen, muss bei der Modellierung und Umsetzung dieser Prozessunterstützung auf spezifische Eigenschaften von Beschäftigten geachtet werden. Hierzu gehört insbesondere der Aspekt der Wahrnehmung von Gerechtigkeit in der automatisierten Realisierung von Entscheidungen im Prozessablauf.

Gregor Engels, Günter W. Maier, Sonja K. Ötting, Eckhard Steffen, Alexander Teetz

Open Access

17. Technologie, Organisation, Qualifikation

In diesem Band werden konkrete Beispiele von Arbeitssystemen beschrieben, die mit Techniken und Instrumenten der Industrie 4.0 gestaltet wurden. In diesem letzten Kapitel werden die drei wesentlichen Aspekte der Arbeitswelt 4.0 – Technologie, Organisation und Qualifikation – im Zusammenhang und in einer zukunftsgerichteten Perspektive betrachtet. Es wird ein methodischer Vorschlag zur Qualifikationsbedarfsprognose aufbauend auf Technologieroadmaps und Organisationsszenarien erarbeitet.

Ernst Hartmann, Steffen Wischmann
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