Vernetzte Produktion: Willkommen in der Fabrik von morgen

Menschen arbeiten mit Maschinen – und die Maschinen sprechen miteinander. Eine vernetzte Fabrik mit 5G kann zeitweise aus dem Homeoffice gesteuert werden. Ganze Produktionsketten laufen verknüpft wie von selbst. Wir blicken auf die Zukunft in der Industrie 4.0.

Jeden Morgen, wenn die Produktionsmanagerin Sabine Demel mit der Arbeit beginnt, laufen die Maschinen bereits auf Hochtouren. Sie erstellen einen Bohrkopf nach dem nächsten. Demel setzt sich dann ihre Virtual-Reality-Brille auf und beginnt so ihren Kontrollgang durch die große Produktionshalle. In der Halle selbst ist sie nur noch äußerst selten: Sie sitzt mal in ihrem Büro zu Hause oder so wie heute auf ihrem Stuhl im modernisierten Bürotrakt direkt neben der Halle.

Demel fliegt dann virtuell mit einer Drohne durch die Gänge. Per Signal erhält sie aktuelle Daten zu den Geräten, die sie mit ihren Augen fokussiert: Drehzahl, Temperatur, Schwingfrequenz. Bei Bedarf teilt sie das Bild mit ihren Kolleginnen und Kollegen vor Ort an einem großen Bildschirm oder mit weiteren Angestellten an anderen Standorten in Deutschland und ganz Europa.

5G ermöglicht Arbeiten wie in einem Videospiel

So wie in unserem fiktiven Beispiel könnte die Zukunft der Produktion in vielen Bereichen der Industrie in Deutschland aussehen. Gerade der industrielle Wirtschaftszweig wird von den Möglichkeiten durch 5G massiv profitieren können. Projekte deutscher Firmen zeigen das bereits. Und auch die Forschung ergründet seit Jahren, wie 5G in der Industrie helfen kann: In Aachen wurde dazu ein Campus mit 5G vernetzt – damit autonome Fahrzeuge Material transportieren und mobile Roboter bei der Produktion unterstützen können. Immer wichtiger werden Virtual, Augmented und Mixed Reality: 

Augmented Reality (AR) fügt virtuelle Elemente in die reale Welt ein. Die deutsche Übersetzung „erweiterte Realität“ beschreibt es gut: AR vereint Realität und digitale Darstellung. Erfahrbar wird diese Technik auch mithilfe einer Brille oder mit dem eigenen Smartphone. Dabei werden Objekte oder Daten zusätzlich in das Sichtfeld eingeblendet, also in die Realität hineinprojiziert. Das hilft zum Beispiel bei der Wartung von Maschinen. Weniger erfahrene Mitarbeitende können diese Aufgabe übernehmen, indem zugeschaltete Fachleute ihnen helfen: Über eine AR-Brille können sie dem Menschen vor Ort Anleitungen in das Sichtfeld projizieren. Dies ist künftig eine große Hilfe in der Aus- und Weiterbildung.  

Virtual Reality (VR) ist eine künstlich erstellte, digitale Welt. Nutzerinnen und Nutzer setzen sich dabei meist eine VR-Brille auf und tauchen förmlich in eine andere Welt ein. Die dargestellte Projektion ist in 360 Grad sichtbar – vergleichbar mit einem Film, in dessen Mitte man selbst steht und sich umschauen kann. Über ihren Blickwinkel entscheiden Nutzerinnen und Nutzer durch ihre Kopfbewegung. Inhalte für VR-Brillen können mit 360-Grad-Kameras aufgezeichnet oder am Computer erstellt werden. Das ist nicht nur für Videospiele spannend: Chirurginnen oder Chirurgen können mithilfe von VR schon vor der OP durch den Körper reisen, ohne die Patientin oder den Patienten zu berühren. Ist die Brille kabellos über Mobilfunk vernetzt, müssen die Daten nicht auf die Brille geladen werden, sondern liegen auf einem zentralen Computer. 

Mixed Reality ist ein dritter wichtiger Begriff. Die „gemischte Realität“ bezeichnet dabei eine Wahrnehmung, in der reale und virtuelle Objekte miteinander verschmelzen. Wer eine Mixed-Reality-Brille trägt, interagiert mit realen und virtuellen Objekten – die Grenzen zwischen analog und digital verschwimmen. In Saarlouis nutzen Mitarbeitende der Stadtwerke 5G-vernetzte Mixed-Reality-Brillen: Mit ihnen schauen sie unter die Erdoberfläche. So können sie sich virtuelle Stromleitungen anzeigen lassen, die unterhalb der Straße liegen, auf der sie gerade stehen.  

Wie im Beispiel von Sabine Demel werden Augmented Reality (AR), Virtual Reality (VR) und die Verschmelzung in der Mixed Reality die Wirtschaft bereichern. Der Einsatz dieser Technologien wird insbesondere bei mobilen Anwendungen erst durch 5G möglich. Wer damit arbeitet, kann sich viele Informationen oder Prozesse virtuell anzeigen lassen – und diese Prozesse mit gekoppelter Technik auch parallel bedienen. Ein Vorgehen, ganz ähnlich wie in Videospielen, hält so Einzug in den Arbeitsalltag. 

Intelligente Maschinen suchen sich ihre Arbeit selbst

Nicht nur Menschen, sondern auch Maschinen nutzen das Internet: Die Welt der vernetzten Geräte wird als Internet der Dinge (IoT) bezeichnet. In einem Betrieb können sich Maschinen und Menschen in Echtzeit austauschen. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter können jederzeit Informationen abrufen, spontane Veränderungen koordinieren und sich dabei stets mit anderen Standorten oder Dienstleistern abstimmen. Lieferketten lassen sich somit auf einen Klick überblicken und perfektionieren. In Nürnberg testeten Forschende außerdem, Objekte in großen und unübersichtlichen Fabrikhallen über das 5G-Netz zu lokalisieren.

Smarte Geräte können auch untereinander kommunizieren. 5G macht so autonome Fertigungsketten möglich: In ihnen übernehmen autonome Fahrzeuge oder Drohnen den Transport zu vernetzten Fertigungsstraßen. Alle Geräte in diesem „Internet der Dinge“-Szenario lernen mittels Künstlicher Intelligenz kontinuierlich hinzu. Menschen übernehmen dabei voraussichtlich insbesondere kontrollierende Funktionen und können optimierend eingreifen. Smarte Roboter bilden vielerorts das Herz der Produktion.

Die Fabrik wird zum flexiblen Raum

Die Produktionsstätten von morgen werden flexibler. Mobile Maschinen reagieren auf die aktuellen Aufträge oder Gegebenheiten. Modelle sehen vor, dass nur noch die Gebäudehülle des Produktionsstandortes fest ist. Darin agieren Menschen, aber vor allem Maschinen freier als bisher. Aufwendig lange und starre Fließbänder werden durch kleine agile Roboter ersetzt. So können Produktionsabläufe einfach und schnell an neue Produkte angepasst werden.

Diese Form der konfigurierbaren Arbeitsräume wird durch eine drahtlose Infrastruktur möglich. Geräte sind über das 5G-Netz verbunden statt über kilometerlange Kabel, die sich kreuz und quer durch die Halle schlängeln. Zwar dürfte der Datenverkehr weiter zunehmen, doch 5G-Funkanlagen übertragen die gleiche Menge an Daten mit wesentlich weniger Energieaufwand als 4G. Weniger physische Leitungen durch drahtlose Maschinen können zusätzlich Kosten sparen und völlig neue Optionen der Raumnutzung ermöglichen. 

Doch auf bestimmten Gebieten ist der Mensch den Maschinen voraus – und wird es aller Voraussicht nach auch bleiben. So werden menschliche Kompetenzen wie Kreativität, Teamarbeit, Führungserfahrung und soziale Fähigkeiten auch in Zukunft weiter gefragt sein.

Links und weiterführende Informationen

1. Deutschland spricht über 5G. Das Testfeld für die Industrie 4.0. [11.06.2024].
2. Deutschland spricht über 5G. Die Fachkräfte von morgen lernen mit und für 5G. [11.06.2024].
3. Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft. Trainingsplatz im Industriegebiet: Beim Fraunhofer IIS testen Unternehmen ihre 5G-Zukunft. [11.06.2024].
4. Bitkom. Ein Viertel der deutschen Industrie setzt auf 5G-Campus-Netze. [11.06.2024].
5. Distrelec. Die Bedeutung von Industrial 5G im Unternehmensumfeld. [11.06.2024].
6. Siemens. Industrial 5G. Gemacht für die Industrie. [11.06.2024].

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