Automatisierung und Robotik werden die Lücke bei den Arbeitskräften nicht schließen – sie werden sie neu definieren
Automatisierung wird häufig als Antwort auf den Arbeitskräftemangel in der Fertigung dargestellt. Aus ingenieurtechnischer Sicht ist diese Annahme unvollständig. Roboter, Cobots, Bildverarbeitung, autonome Plattformen und KI-gestützte Steuerungssysteme können wiederkehrende Tätigkeiten übernehmen, schaffen aber auch neue Anforderungen an Inbetriebnahme, Programmierung, Wartung, Diagnose, Prozessoptimierung, Cybersicherheit und die Schulung des Bedienpersonals.
Das Personalproblem verschwindet nicht, wenn eine manuelle Tätigkeit automatisiert wird. Stattdessen verändert sich das erforderliche Kompetenzprofil.
Automatisierung beseitigt Tätigkeiten, nicht Verantwortung
Industrielle Automatisierung verändert die Fertigung seit Jahrzehnten. Seit der Einführung von Unimate an einer Produktionslinie von General Motors im Jahr 1961 haben Robotersysteme nach und nach Schweißen, Materialhandhabung, Montage, Verpackung, Inspektion und andere wiederkehrende Tätigkeiten übernommen.
Die heutigen Systeme sind wesentlich komplexer. Roboter können mit Bildverarbeitungssystemen, Kraftmessung, autonomer Navigation, maschinellem Lernen und zunehmend komplexen Softwarearchitekturen arbeiten. Dennoch benötigt jede automatisierte Zelle weiterhin Menschen, die den Prozess verstehen, die Anlagen konfigurieren, die Hardware warten, Diagnoseinformationen auswerten und das System nach ungewöhnlichen Zuständen wieder in Betrieb nehmen.
Dieser Unterschied ist wichtig.
Ein Roboter kann eine Produktionssequenz ohne menschliches Eingreifen ausführen, doch das diesen Roboter umgebende Produktionssystem ist weiterhin auf technisches Fachwissen angewiesen. SPS-Programme, Sicherheitsschaltungen, Servoantriebe, Industrienetzwerke, Sensoren, HMIs, Roboter und Prozessanlagen müssen als integriertes System funktionieren.
Der eigentliche Engpass beim Personal verlagert sich vorgelagert
Bei der Bewertung von Automatisierungsprojekten konzentrieren sich Hersteller häufig darauf, den Personalbedarf für Bedienaufgaben zu senken. Die schwierigere Frage ist, was nach der Installation geschieht.
Eine automatisierte Linie kann die Zahl der für wiederkehrende Tätigkeiten benötigten Personen verringern und gleichzeitig den Bedarf an Technikern erhöhen, die Fehler über mehrere Steuerungsebenen hinweg diagnostizieren können.
Ein Produktionsstillstand kann durch einen ausgefallenen Näherungssensor, einen falschen SPS-Zustand, eine Kommunikationszeitüberschreitung, einen Servofehler, eine Verriegelungsbedingung, die Auslösung einer Sicherheitssteuerung oder ein mechanisches Problem verursacht werden. Die tatsächliche Grundursache zu ermitteln, erfordert Kenntnisse auf Systemebene und nicht nur einfache Fertigkeiten im Bedienen von Anlagen.
Deshalb gewinnen Wartung und Steuerungstechnik zunehmend an Bedeutung.
Die Person, die eine automatisierte Produktionslinie am Laufen hält, muss möglicherweise Schaltpläne, SPS-Logik, industrielles Ethernet, Bewegungssteuerung, Instrumentierung, Sicherheitssysteme, Robotik und mechanische Schnittstellen verstehen. Diese Kombination von Fähigkeiten ist deutlich schwerer zu finden als bei einem herkömmlichen Produktionsbediener.
Mehr Automatisierung kann mehr spezialisierte Arbeitsplätze schaffen
Die verbreitete Annahme lautet, dass Automatisierung die Beschäftigung direkt reduziert. In der Praxis hängt die Wirkung stark davon ab, wie Hersteller die Technologie einsetzen.
Eine hochautomatisierte Anlage benötigt möglicherweise weniger Personal für repetitive manuelle Tätigkeiten, schafft aber zusätzliche Stellen in den Bereichen Steuerungstechnik, Robotik, Maschinenwartung, Verfahrenstechnik, Systemintegration, Datenanalyse und technische Schulung.
Aus ingenieurtechnischer Sicht ist das kein Widerspruch.
Automatisierung verändert die Verteilung menschlicher Arbeit. Manuelle Eingriffe nehmen ab, während die technische Verantwortung zunimmt.
Die Herausforderung besteht darin, dass diese neuen Stellen nicht immer einfach besetzt werden können, indem man einen Bediener einige Stunden lang umschult. Die Fehlersuche an einem industriellen Steuerungssystem erfordert praktische Erfahrung, strukturierte Diagnosemethoden und Vertrautheit mit dem Zusammenspiel von Hard- und Software.
Wartungsfähigkeit muss in das Automatisierungssystem integriert werden
Hersteller sollten die Wartungsfreundlichkeit als technische Anforderung und nicht als nachträglichen Zusatz betrachten.
Ein technisch hochentwickeltes Automatisierungssystem ist nicht zwangsläufig ein gutes Produktionssystem, wenn das Wartungspersonal es nicht effizient diagnostizieren kann.
Bei der Systemauslegung sollten Ingenieure die Diagnoseübersichtlichkeit, Fehleridentifizierung, Anforderungen an Ersatzteile, den Zugang zu elektrischen Komponenten, die Netzwerküberwachung, das Alarmmanagement, Sicherungsverfahren und die Wartungsdokumentation berücksichtigen.
SPS-Programme sollten aussagekräftige Tags und eine strukturierte Diagnose-Logik enthalten. HMIs sollten nützliche Fehlerinformationen statt allgemeiner Alarmmeldungen bereitstellen. Netzwerkarchitekturen sollten Kommunikationsausfälle erkennbar machen. Sicherheitssysteme sollten geeignete Diagnoseinformationen bereitstellen, ohne zu unsicheren Umgehungspraktiken zu verleiten.
Diese Entscheidungen wirken sich direkt auf die Stillstandszeit aus.
Ein System, das bei jeder Fehlerbehebung mehrere Sekunden einspart, kann über Tausende von Produktionszyklen hinweg erhebliche betriebliche Vorteile bringen. Daher kann der technische Aufwand für Diagnose und Wartungsfreundlichkeit ebenso wertvoll sein wie zusätzliche Automatisierungsfunktionen.
Schulung kann nicht von der Automatisierungsplanung getrennt werden
Schulungen werden häufig als letzte Phase eines Automatisierungsprojekts betrachtet. Dieser Ansatz führt zu unnötigen Problemen.
Bediener und Techniker sollten von Beginn des Projekts an als Systemanwender betrachtet werden. Ihre Schulungsanforderungen sollten die HMI-Gestaltung, Alarmstrukturen, Wartungsverfahren, Dokumentation und Inbetriebnahmeaktivitäten beeinflussen.
Eine wirksame Schulung sollte praktische Fragen beantworten.
Wie sieht ein normaler Maschinenzustand aus? Wie kann ein Bediener ein Prozessproblem von einem Gerätefehler unterscheiden? Bei welchen Alarmen ist ein sofortiger Eingriff erforderlich? Wann sollte das Wartungspersonal gerufen werden? Wie können Techniker feststellen, ob ein Problem vom Sensor, der SPS, dem Netzwerk, dem Antrieb oder der mechanischen Ausrüstung ausgeht?
Diese Fragen sind wertvoller, als Mitarbeitenden lediglich beizubringen, wo sie Tasten drücken müssen.
Der beste Techniker ist nicht immer der beste Trainer
Hersteller übertragen Schulungsverantwortung häufig auf die erfahrenste Person. Das kann funktionieren, aber technische Kompetenz und Lehrfähigkeit sind unterschiedliche Fähigkeiten.
Ein erfahrener Techniker diagnostiziert einen Fehler nach jahrelanger Arbeit mit einer bestimmten Maschine möglicherweise intuitiv. Ein neuer Techniker benötigt dagegen eine wiederholbare Methode, die erklärt, warum jeder Diagnoseschritt durchgeführt wird.
Eine wirksame industrielle Schulung sollte daher individuelle Erfahrung in dokumentierte Verfahren überführen.
Fehlerbehebungsbäume, Schaltpläne, Beispiele für SPS-Diagnosen, Alarmhistorien, Wartungschecklisten, Simulationsübungen und kontrollierte Fehlerszenarien können dazu beitragen, undokumentiertes Wissen in übertragbares Wissen umzuwandeln.
Das ist besonders wichtig, wenn erfahrene Mitarbeitende in den Ruhestand gehen oder andere Aufgaben übernehmen. Wenn kritisches Wissen zur Fehlerbehebung nur im Gedächtnis einer Person vorhanden ist, stellt das für den Hersteller ein erhebliches Betriebsrisiko dar.
Automatisierungsprojekte sollten eine Kompetenzarchitektur umfassen
Eine sinnvolle Vorgehensweise bei der Personalentwicklung besteht darin, technische Kompetenzen direkt der Automatisierungsarchitektur zuzuordnen.
Beispielsweise benötigt ein Bediener möglicherweise grundlegende Kenntnisse im Umgang mit HMI, in der Alarminterpretation und bei sicheren Wiederanlaufverfahren. Ein Wartungstechniker benötigt möglicherweise Kompetenzen in der elektrischen Fehlersuche, Sensordiagnose, Motorsteuerung und Antriebskonfiguration. Ein Steuerungstechniker benötigt möglicherweise Fähigkeiten in der SPS-Programmierung, industriellen Netzwerktechnik, Bewegungssteuerung und strukturierten Fehlersuche.
Ingenieure auf höherer Ebene benötigen möglicherweise zusätzlich Kenntnisse in Systemarchitektur, Cybersicherheit, Datenintegration, Prozessoptimierung und Lifecycle-Management.
Dieser Ansatz macht Schulungen messbar.
Anstatt zu fragen, ob Beschäftigte einen Kurs absolviert haben, können Hersteller bewerten, ob das Personal definierte technische Aufgaben innerhalb einer akzeptablen Zeit und mit einer akzeptablen Fehlerquote selbstständig ausführen kann.
High-Mix-Fertigung verändert die Automatisierungsgleichung
Die Herausforderung für die Belegschaft wird in der High-Mix-Low-Volume-Fertigung noch komplexer.
Eine Großserienproduktion kann hochspezialisierte Automatisierung rechtfertigen, weil dieselbe Sequenz tausend- oder millionenfach ausgeführt werden kann. Die kundenspezifische Fertigung bringt häufige Produktwechsel, Werkzeugwechsel, Rezeptänderungen, Prüfanforderungen und Prozessanpassungen mit sich.
In diesen Umgebungen kann Flexibilität wertvoller sein als ein maximaler Automatisierungsgrad.
Ein hochautomatisiertes System, das bei jeder Produktänderung umfangreiche technische Eingriffe erfordert, kann einen geringeren praktischen Nutzen bieten als ein teilautomatisiertes System, das Techniker schnell neu konfigurieren können.
Hier bleibt menschliche Expertise besonders wertvoll.
Hersteller sollten die Automatisierung daher auf Grundlage der gesamten Prozessökonomie und nicht anhand der Roboteranzahl bewerten. Umrüstzeit, technischer Aufwand, Wartungsanforderungen, Programmierkomplexität, Qualitätsanforderungen und die Flexibilität der Bediener gehören allesamt in die Kalkulation.
KI wird den Bedarf an technischem Urteilsvermögen erhöhen
Die KI-gestützte Automatisierung wird dieses Verhältnis weiter verändern.
KI kann dabei helfen, Muster in Maschinendaten zu erkennen, abnormales Verhalten festzustellen, die vorausschauende Wartung zu unterstützen, Produktionsparameter zu optimieren und Techniker bei der Fehlersuche zu unterstützen. KI macht technisches Urteilsvermögen jedoch nicht überflüssig.
Ein abnormales Vibrationssignal erfordert weiterhin jemanden, der die Maschine versteht. Eine unerwartete Prozessabweichung erfordert weiterhin jemanden, der feststellt, ob die Ursache in der Instrumentierung, der Steuerungslogik, den mechanischen Anlagen, Materialschwankungen oder den Prozessbedingungen liegt.
KI kann den Zeitaufwand für die Informationssuche verringern, übernimmt aber nicht automatisch die Verantwortung für die endgültige technische Entscheidung.
Aus diesem Grund werden Fertigungsunternehmen der Zukunft Menschen benötigen, die sowohl industrielle Systeme als auch digitale Technologien verstehen.
Die Personalstrategie muss sich mit der Steuerungsstrategie ändern
Hersteller sollten aufhören, Investitionen in Automatisierung und Personalentwicklung als getrennte Programme zu behandeln.
Wenn ein Werk Roboter, SPS-gesteuerte Anlagen, Bildverarbeitung zur Inspektion, automatisierte Materialhandhabung oder fortschrittliche Bewegungssysteme hinzufügt, ändern sich die Anforderungen an die Belegschaft sofort. Schulungspläne sollten daher parallel zur Automatisierungsarchitektur entwickelt werden.
Die effektivsten Werke werden wahrscheinlich drei Elemente miteinander verbinden: Automatisierung für sich wiederholende Arbeiten, Engineering-Systeme mit leistungsfähiger Diagnose und strukturierte Schulungen, die technische Kompetenz im Umgang mit diesen Systemen entwickeln.
Dadurch entsteht ein nachhaltigeres Betriebsmodell.
Automatisierung sollte nicht nur daran gemessen werden, wie viele manuelle Aufgaben wegfallen. Sie sollte auch daran gemessen werden, wie effektiv die verbleibende Belegschaft das automatisierte System bedienen, warten, Fehler beheben und verbessern kann.
Der nächste Wettbewerbsvorteil in der Fertigung wird technische Kompetenz sein
Die Fertigungsbelegschaft des nächsten Jahrzehnts wird anders aussehen als die des vergangenen Jahrzehnts.
Roboter werden immer leistungsfähiger. Cobots werden in Anwendungen vordringen, die bisher manuelle Arbeit erforderten. KI wird zunehmend bei Inspektion, Wartung, Planung und Prozessoptimierung unterstützen. Autonome mobile Systeme werden mehr Aufgaben der innerbetrieblichen Logistik übernehmen.
Keine dieser Entwicklungen macht Fachkräfte überflüssig.
Stattdessen erhöhen sie das technische Niveau der für die Fabrik verantwortlichen Menschen.
Die Hersteller, die am meisten von der Automatisierung profitieren, werden nicht unbedingt diejenigen sein, die die größte Zahl an Robotern installieren. Es werden die Unternehmen sein, die Automatisierung mit wartbaren Steuerungsarchitekturen, praxisnaher Diagnose, strukturiertem Wissenstransfer und kontinuierlicher Personalentwicklung integrieren können.
Das unmittelbare Problem bei den Arbeitskräften ist daher nicht einfach nur ein Mangel an Menschen.
Es mangelt an Menschen mit den richtigen technischen Fähigkeiten für zunehmend komplexe industrielle Systeme.
Roboter verändern die Arbeit. Hersteller müssen die Art und Weise ändern, wie sie die Menschen entwickeln, die diese Roboter bedienen und warten.
