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Research & Development Produktion Sales Service Intralogistik Human Resources Organisationale Kompetenzen Methoden- und Sozialkompetenz

Good Practices Kompetenzentwicklung

Neue Anforderungen an Arbeitsplätze und Beschäftigte

Kompetenzen Produktion

Das Ziel kleiner Losgrößen macht digitale Kompetenzen in der Produktion unverzichtbar. Die folgende Matrix zeigt ein Minium Viable Product (MVP) für diesen Bereich.
Weitere Anregungen und Ergänzungen sind jederzeit willkommen.

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Tiefe  
KI
     
     
IT-/Medienkompetenz
     
   
System- und Datensicherheit
Drittfirmen in Logistik steuern und integrieren
     
   
Digitaler Zwilling
Digitale Materialplanung/ -beschaffung (ML/KI)
     
                
Mensch-Maschinen-Interaktionen planen und steuern
Höhere digitalisierte Anlagen entwickeln
Systemdesign & Programmierung
     
Mensch-Maschinen Interaktionen durchführen
Modellieren und Simulieren (Prozesse & Skalierung)
Datenanalyse Produktionsdaten (ML/KI)
     
Mit neuen digitalen Medien umgehen und arbeiten
                
Digitale Planung der Fertigungssysteme incl. Materialfluss
Datenstrukturen planen und technisch integrieren
     

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Leadership
       
 

i40-Kompetenzen | Produktion | Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg

Teilnehmende der Projektgruppe
Produktion:

Jérôme Jetter, VDMA
Matthias Kellermann, Ipolog GmbH
Dr. Martin Krämer, SICK AG
Horst Maywald, ELABO GmbH
Kai-Jens Müller, Bruker BioSpin GmbH

Industrie 4.0 erfordert neuartige Kompetenzen in Unternehmen und angepasste Qualifikationen.

Kontakt
Jérôme Jetter

Projektmanager Lernen und Qualifizierung 4.0

Die Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg ist ein vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg initiiertes und gefördertes Netzwerk. Die Koordinierungsstelle ist beim VDMA e.V. Baden-Württemberg angesiedelt.

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Verbinden Sie sich mit uns:

Mensch-Maschinen-Interaktionen steuern und planen und durchführen

Generell: Die Mensch-Maschine-Interaktion (MMI, englisch HMI), behandelt die Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Ziel der MMI/ MCI ist es, die Arbeitsteilung von Mensch und Maschine dynamisch zu verbinden. Da die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine zunehmend durch Computerinterfaces verschiedener Arten passiert, wird als Synonym zur MMI auch der Begriff der Mensch-Computer Interaktion (Abk.: MCI, engl.: Human-Computer Interaction, HCI) verwendet.

Im Alltag und in der Industrie übernehmen Technologien und Computersysteme bereits diese Arbeitsteilung, sichtbar oder unbemerkt im Hintergrund. An die Interaktion zwischen Mensch und Maschine haben wir uns längst gewöhnt: Ein Smartphone-Nutzer fragt die digitale Assistentin, wie das Wetter wird, und diese gibt die Antwort. Daheim steuert die menschliche Stimme intelligente Thermostate oder fordert den smarten Lautsprecher auf ein bestimmtes Lied zu spielen.

Individuell: Die Vorteile von Menschen wie Wahrnehmen, Beurteilen, Induktion, Improvisation werden mit den Stärken von Maschinen wie Geschwindigkeit, Kraft, Repetition, Ausdauer, Multitasking dynamisch kombiniert, um aber gleichzeitig situativ individuell anpassbar zu bleiben. Die benutzergerechte Gestaltung der HMI zur Bedienung und Korrektur ist eine zwingende Voraussetzung dieser Kollaboration. Der Einsatzbereich umspannt einfache visuelle Assistenzsystem für Werker über Interaktion (Augmented Reality) mit Cobots bis hin zu komplexeren cyber-physischer Systeme mit ML/KI Unterstützung. So werden beispielsweise in manchen Systemen werden Chatbots eingesetzt, deren Kommunikation mit dem Menschen dank Künstlicher Intelligenz immer besser wird. Oder: In der Industrie nutzen Ingenieure VR-Brillen, um geplante Fabrikgebäude begehbar zu machen. Anstelle von Schalter, Hebel, Lenkräder, Tasten, Tastatur und Maus werden auch Touchscreens oder Körpersensoren in Wearables, die automatisch Daten erheben, als Schnittstellen planen. Gleichzeitig ist in geräuscharmen Umgebungen die Sprachsteuerung zügig vorantreiben.

Die hierfür erforderlichen Kompetenzen müssen aufgebaut werden.

  • Wearables: Der Begriff Wearables steht für kleine, vernetzte Computer, die am Körper getragen werden und den Alltag des Trägers unterstützen soll.
  • Chatbots: Ein Chatbot ist eine Anwendung, die Künstliche Intelligenz verwendet, um sich mit Menschen in natürlicher Sprache zu unterhalten. Benutzer können Fragen stellen, auf welche das System in natürlicher Sprache antwortet. Er kann Texteingabe, Audioeingabe oder beides unterstützen. Die DIN EN ISO 9241 mit dem Titel „Ergonomie der Mensch-System Interaktion“ kann Relevanz für die Gestaltung der MMI relevant sein.
    Hierunter finden sich diverse Richtlinien zu Themen, wie:
    • Gestaltung von Arbeitsplätzen und Arbeitsplatzergonomie
  • Anforderung an die Gebrauchstauglichkeit (Usability)
  • Informationsdarstellung
  • Grundsätze der Dialoggestaltung
  • Leitlinien für die Zugänglichkeit von Software (Accessability
  • Gestaltungskriterien für physikalische Eingabegeräte u.v.m.
  • Digitale Planung der Fertigungssysteme incl. des Materialflusses

Datenstrukturen planen und technisch integrieren

Generell:

  • Durch Digitalisierung und Vernetzung erzeugen Produktionssysteme und Produkte immer größere Datenmengen. In der Produktion fallen vor allem Materialfluss-, Produkt- und Prozessdaten von beispielsweise Sensoren aus Werkzeugmaschinen oder Messsystemen an. Unterschiedliche Maschinen und Systeme erzeugen dabei Daten, die sich in ihren Formaten und Strukturen unterscheiden können. Außerdem werden Daten bei verschiedenen externen Partnern erzeugt.

 

Individuell:

  • Um die Vielfalt an Datenformaten und -strukturen zu nutzen ist es erforderlich diese zusammenzuführen, transformieren und technisch zu integrieren. Damit wird die Nutzung der Datenbasis für Anwendungen wie Predictive Maintenance oder Echtzeit-Prozessoptimierung sichergestellt.

Datenanalyse Produktionsdaten (ML/KI)

Generell:

  • Datenanalyse beschreibt das Erkennen, Interpretieren und Kommunizieren von Mustern in Daten.
  • Frühzeitiges Eingreifen in den Fertigungsprozess, Predictive Maintenance, beste Auftragsreihenfolgen sind Beispiele für Optimierungen, die heute durch bisheriges Reporting und Analysen nicht erkannt werden. Weiterführend kann mit KI ein selbstregulierendes System angestrebt werden.

Systemdesign & Programmierung

Generell:

  • System Design befasst sich mit der Funktionsweise bzw. Auswirkungen von dynamischen und komplexen, technischen Systemen, mit dem Ziel, deren Abläufe und Folgen zu verstehen, zu optimieren und zu gestalten.

 

Individuell:

  • Durch die Digitalisierung entsteht hier ein größerer Bedarf an Kompetenz im System Design und der notwendigen Programmierung. Auf die eigenen Prozesse angepasste Optimierungen werden in Softwaresystemen mit offener Architektur, Web-Technologien (W3C) und Micro-Services programmiert werden.

Drittfirmen in der Logistik steuern und integrieren

Generell:

  • Die digitale Vernetzung der Wertschöpfungskette in Echtzeit sorgt für Transparenz bei allen Beteiligten zum Status aller Anforderungen und Fortschritt der Abwicklung im Gesamtprozess.
  • Virtuell sind Unternehmensgrenzen aufgehoben, führend ist die Wertschöpfungserstellung. Agilität und Schnelligkeit fordern eine enge Zusammenarbeit und Informationsaustausch. Drittfirmen zum Beispiel in der Logistik sind vollständig im Ablauf und der Steuerung integriert (Seamless Integration).

KI

Generell:

  • Künstliche Intelligenz (KI) beziehungsweise Artificial Intelligence (AI) simuliert menschliche Intelligenz mit Maschinen, insbesondere Computersystemen. Dies umfasst das Lernen (die Erfassung von Informationen und Regeln für die Verwendung der Informationen), die Schlussfolgerung (die Verwendung der Regeln, um ungefähre oder endgültige Schlussfolgerungen zu ziehen) und die Selbstkorrektur. Interessant in der Produktion für Expertensysteme und den Machine Vision Einsatz.

Digitale Planung der Fertigungssysteme incl. Materialfluss

Generell:

  • Digitale Planung und 3D-Darstellung der Arbeitsplätze eines Fertigungssystems, Puffer- und Lagerplätzen, Transportmittel, Materialien, Baugruppen und Enderzeugnissen. Beginnend beim Design des Layouts über die Visualisierung von Materialflüssen und Engpässen bis zur Simulation für die Automatisierungs-Hardware: Das alles führt zu einer virtuellen Inbetriebnahme, mit deren Hilfe neue Produktionslinien getestet und optimiert werden können, damit kann Zeit, Aufwand und Risiko der realen Inbetriebnahme reduziert werden.
  • Siehe „Digitaler Zwilling“ und „Modellieren und Simulieren“
  • Im digitalen Planungsmodell können die Szenarien der jeweiligen Produktionsprogramme individuell im Vorhinein betrachtet (ggf. auch simuliert) werden, so dass die Fertigungssysteme auf unterschiedliche Situationen vorbereitet sind. Krönung der Digitalen Planung ist die tagesaktuelle Betrachtung und damit die Vorgabe an die Fertigungssteuerung der nächsten Schicht bzw. des nächsten Tages, wie Maschinen-, manuelle Mitarbeiter- und Logistik-Prozesse für einen optimalen Ablauf orchestriert werden müssen.

Modellieren und Simulieren (Prozesse & Skalierung)

Generell:

  • Die Simulation ist die Nachbildung einer spezifischen Realität zur Analyse von Systemen, die für die theoretische oder formelmäßige Behandlung zu komplex sind. Bei der Simulation werden Experimente oder Trainings an einem Modell durchgeführt, um Erkenntnisse über das reale System zu gewinnen. Die Simulation, etwa in der Fertigung und/oder Montage hilft die Chancen und Risiken von Optimierungsprojekten besser abzuschätzen. Die Simulation ist für Produktion in der Eigennutzung als auch für kundenspezifische Produktionsanlagen anzuwenden, die als Turnkey-Projekt zu realisieren sind.

 

Individuell:

  • Technische und Business Prozesse, Anlagen und komplette Produktionssysteme mit Materialfluss werden digital abgebildet und zur Optimierung und Weiterentwicklung eingesetzt. Ob als digitaler Zwilling integriert oder zur Entscheidungsfindung bei der Erstellung des Produktionsprogramms bzw. in der aktiven Fertigungssteuerung, werden sie unterstützen. Die Kompetenz solche Modelle zu erstellen, auf die wesentlichen Parameter zu reduzieren, Experimente (Simulationen) durchzuführen und die Gesamtbewertung sind gefragt. Methoden von Deep Learning ergänzen und können zusätzlich beitragen.
  • Im Maximalfall ist das Ziel die Abbildung der Bauteil- und Maschinenbewegungen, Material-, Medien- und Energieflüsse auf digitaler Ebene und deren dynamischer Wechselwirkungen für einen Fertigungsprozess und deren Visualisierung. Im zweiten Schritt erfolgt die Berechnung des zeitlichen Ablaufs der Systemzustände und Abgleich mit Systemrandbedingungen und Wechselwirkungen. Dazu kommt eine Abbildung der Datenflüsse, die aus dem System indirekt ermittelt oder gemessen werden und zur Steuerung des Systems dienen 
  • Zum Beispiel können Logistik Simulatoren darin unterstützen, Engpässe zu entdecken und zu beseitigen, die beste Versorgungsflüsse zu finden und Kosten zu sparen. Die Logistiksimulation muss auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen realisiert werden können. Von der detaillierten Betrachtung der einzelnen Elemente der Fördertechnik, über die Simulation der Intralogistik zur Materialver- und -entsorgung bis hin zur Supply-Chain Simulation komplexer Versorgungs- und Distributionsnetzwerke.
  • Die Umsetzung erfolgt mit handelsüblichen Simulationsprogrammen, zur Visualisierung kann z.B. auch Microsoft Visio zum Einsatz kommen.

Höhere digitalisierte Anlagen entwickeln

Generell:

  • Zukünftige Anlagen werden einen höheren Grad an Digitalisierung enthalten. Anlagen werden intelligenter, variabler und kommunikativer. Sie sind Teil eines vernetzten Informations- und Steuerungsnetzwerkes der Produktentstehung. Anlagenzustände melden, Materialnachschubsteuerung anstoßen (auch extern), Trigger für WIP-Transporte, Warnungen für präventives Eingreifen, Prozessergebnisse als Input für nachfolgende Prozesse/Anlagen sind Beispiele der intelligenten Funktionen und Fähigkeiten. Digitale Zwillinge agieren als intelligente übergeordnete Informations-, Steuerung-, Entscheidungs- und Kommunikationsebene im Verbund mit anderen Teilnehmern des Wertschöpfungsprozesses. Anlagen benötigen höhere Vernetzungsfähigkeiten.

 

Individuell:

  • Die Herausforderung ist es, Fertigungsanlagen so zu konzipieren und planen, die die jeweils im Anwendungsfall geforderten Industrie 4.0 Anwendungen unterstützen, dies können z.B. unter anderem sein:
  • Über eine Online-Anbindung an MES- oder ERP-Systeme Zustandsmonitoring, Auftragsüberwachung und Steuerung, fern- oder vorausschauende Wartung usw. zulassen
  • Auf lokaler Ebene Daten innerhalb verketteter Anlagen und Maschinen austauschen
  • Eine bidirektionale automatisierte Anbindung zur Produktionslogistik haben
  • Stückzahl 1 und Variantenfertigung
  • Nutzung von RFID, QR-Codes usw. zur Bauteilidentifizierung und Prozessteuerung
  • Dies umfasst auch die Planung und Einbeziehung aller Softwarekomponenten und Schnittstellen zu Fremdfirmen, eigenen Netzwerken, Online-Dienstleistern usw.

Digitaler Zwilling

Generell:

  • Ein digitaler Zwilling (engl. digital twin) ist ein digitales Abbild eines Objekts oder Prozesses aus der realen Welt in der digitalen Welt. Digitale Zwillinge ermöglichen einen übergreifenden Datenaustausch. Sie sind mehr als reine Daten und bestehen aus Modellen des realen Objekts oder Prozesses und können daneben Simulationen, Algorithmen und Services enthalten, die Eigenschaften oder Verhalten des realen Objekts oder Prozesses beschreiben, beeinflussen, oder Aktionen darüber steuern.
  • Es gibt digitale Zwillinge beispielsweise für Produkte, Produktionsanlagen und Prozesse.
  • Mit dem digitalen Zwilling der Produktion ist es möglich, den gesamten Herstellungsprozess in einer vollständig virtuellen Umgebung zu planen. Vom Design des Layouts über die Visualisierung von Materialflüssen und Engpässen bis zur Simulation für die Automatisierungs-Hardware: Das alles führt zu einer virtuellen Inbetriebnahme, mit deren Hilfe neue Produktionslinien getestet und optimiert werden können, damit kann Zeit, Aufwand und Risiko der realen Inbetriebnahme reduziert werden. Digitale Zwillinge können den gesamten Lebenszyklus (Design, Erstellung, Betrieb und Wiederverwertung) abbilden.

 

Individuell:

  • Die Abbildung des zu fertigenden Produkts und seiner Vorkomponenten, typischerweise im ERP-System, während des gesamten Logistik- und Fertigungsprozesses planen, Stellen im Ablauf und Technologien zur Realdatenaufnahme (Prozessdaten, Seriennummern, Chargennummern etc.) planen, Weiterverarbeitung, Bereitstellung und rechtssichere Speicherung des digitalen Zwillings im gesamten Produktlebenszyklus planen in Zusammenarbeit mit der firmeneigenen IT-Funktion, Dienstleistern und Softwarelieferanten.
  • Parallel dazu eine digitale Echtzeitabbildung des Fertigungsprozesses aus der digitalen Planung heraus erstellen und implementieren mit den gleichen Schnittstellen wie der digitale Zwilling des Produkts. Zusätzlich sind die Schnittstellen zu Wartungs- und Steuerungssystemen zu planen und zu implementieren. Hierzu sind kommerziell erhältliche Software-Systeme einzusetzen.

System- und Datensicherheit umsetzen, (Schnittstellenkompetenz zur IT)

Generell:

  • Integration der Anlagen und Systeme der Produktion in das Security Konzept der Unternehmens-IT.
  • Umsetzen von Vorgaben, Richtlinien auch in den Produktionsbereichen. Die zukünftige Vernetzung und Anbindung von externen Systemen der Kunden und Lieferanten erhöht die Anforderungen und Komplexität an den Schnittstellen. Hier sind sichere Konzepte des Datenaustausches, der Datengenerierung und -speicherung zwischen den Anlagen und den Systemen zu entwickeln und umzusetzen.

 

Individuell:

  • Regelmäßige Updates der Virenscanner, Firewalls; Treiber usw. sicherstellen und rechtlichen Anforderungen entsprechende sichere dauerhafte Speicherung der Produkt- und Prozessdaten planen und sicherstellen. Hierzu sind die IT-Funktion des Unternehmens und Schnittstellenpartner wie Maschinenlieferanten schon im Vorfeld einzubinden.
  • Für die Datensicherheit müssen nicht nur technische Maßnahmen, sondern auch organisatorische Maßnahmen eingeführt werden.
  • Die Sensibilisierung der Mitarbeiter muss regelmäßige Schulungen sichergestellt sein. Der Zugriff durch unberechtigte Personen muss zuverlässig verhindert werden. Die tatsächlich erfolgten Zugriffe sind systemseitig zu dokumentieren.
  • Gedruckte Dokumente sind zu vermeiden und wenn unvermeidlich ein Ablage- und Sicherungskonzept zu entwickeln und zu implementieren.
  • Das Konzept muss mit dem Datensicherheitsbeauftragen des Betriebes abgestimmt werden.

Mensch-Maschinen-Interaktionen steuern und planen und durchführen

Generell:

  • Die Mensch-Maschine-Interaktion (MMI, englisch HMI), behandelt die Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Ziel der MMI/ MCI ist es, die Arbeitsteilung von Mensch und Maschine dynamisch zu verbinden. Da die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine zunehmend durch Computerinterfaces verschiedener Arten passiert, wird als Synonym zur MMI auch der Begriff der Mensch-Computer Interaktion (Abk.: MCI, engl.: Human-Computer Interaction, HCI) verwendet.
  • Im Alltag und in der Industrie übernehmen Technologien und Computersysteme bereits diese Arbeitsteilung, sichtbar oder unbemerkt im Hintergrund. An die Interaktion zwischen Mensch und Maschine haben wir uns längst gewöhnt: Ein Smartphone-Nutzer fragt die digitale Assistentin, wie das Wetter wird, und diese gibt die Antwort. Daheim steuert die menschliche Stimme intelligente Thermostate oder fordert den smarten Lautsprecher auf ein bestimmtes Lied zu spielen.

 

Individuell:

  • Die Vorteile von Menschen wie Wahrnehmen, Beurteilen, Induktion, Improvisation werden mit den Stärken von Maschinen wie Geschwindigkeit, Kraft, Repetition, Ausdauer, Multitasking dynamisch kombiniert, um aber gleichzeitig situativ individuell anpassbar zu bleiben. Die benutzergerechte Gestaltung der HMI zur Bedienung und Korrektur ist eine zwingende Voraussetzung dieser Kollaboration. Der Einsatzbereich umspannt einfache visuelle Assistenzsystem für Werker über Interaktion (Augmented Reality) mit Cobots bis hin zu komplexeren cyber-physischer Systeme mit ML/KI Unterstützung. So werden beispielsweise in manchen Systemen werden Chatbots eingesetzt, deren Kommunikation mit dem Menschen dank Künstlicher Intelligenz immer besser wird.Oder: In der Industrie nutzen Ingenieure VR-Brillen, um geplante Fabrikgebäude begehbar zu machen. Anstelle von Schalter, Hebel, Lenkräder, Tasten, Tastatur und Maus werden auch Touchscreens oder Körpersensoren in Wearables, die automatisch Daten erheben, als Schnittstellen planen. Gleichzeitig ist in geräuscharmen Umgebungen die Sprachsteuerung zügig vorantreiben.
  • Die hierfür erforderlichen Kompetenzen müssen aufgebaut werden.

Mit neuen digitalen Medien umgehen und arbeiten

Generell:

  • Die zukünftige Herausforderung ist es, die richtigen Daten aus einem Wertschöpfungsprozess zu gewinnen und diese anforderungsgerecht und nahezu in Echtzeit dem Unternehmen bereitzustellen.
  • Individuell:
  • Erforderlich ist bei den ungelernten/angelernten Mitarbeitenden ein Grundverständnis/eine Grundkompetenz zu digitalen Begriffen und Zusammenhängen und die Fähigkeit zur Beurteilung von Auswirkungen der eigenen Interaktionen im Dialog mit dem System (Eingabe/Ausgabe/Verarbeitung/ Korrektur) incl. Korrektur.
  • Spezielle Kompetenzen im Hinblick auf den   sichere Umgang mit den digitalen Medien mit unterschiedlichen Bedienoberflächen wie z.B. WebGUI, SAP, MES, Bedienpanels, Systemen etc. müssen vorhanden sein.
  • Ein Fachplaner im Produktionsumfeld benötigt grundsätzliches Wissen über Export, Import und Handling von Datenformaten wie csv, xls, XLM etc., aber auch Kenntnisse darüber, wie die Daten über Schnittstellen genutzt werden können oder wie ein direkter Zugriff auf Datenbanken oder über Programmierschnittstellen wie APIs oder Webservices erfolgen kann. Weiterhin sind Bus-Systeme, Schnittstellen und Datenformate, die zum Datenaustausch zwischen Maschinen bzw. Anlagenteilen und auch der Steuerungsebene genutzt werden, zu verstehen und bei der Planung zu berücksichtigen und abzugleichen.
  • Wertschöpfungsintegrierte Kompetenzentwicklung
  • Generell muss die Kompetenzentwicklung während der Wertschöpfung in der Produktion , vor dem Hintergrund zunehmender Automatisierung und Digitalisierung , gefördert werden.

 

Warum?

  • Steigender Bedarf an kontinuierlichem Kompetenzerwerb.
  • Verlust von Ressourcen durch Fortbildung außerhalb der Wertschöpfung
  • Konflikt zwischen Lernen und wertschöpfenden Prozessen