Was ist Industrie 5.0?

Industrie 5.0 wird die Fertigungslandschaft verändern, indem sie den Schwerpunkt auf eine stärker auf den Menschen ausgerichtete und nachhaltigere Art der Produktherstellung legt. In der Industrie 5.0 wird die industrielle Automatisierung weiterhin auf denselben Technologien basieren wie in der Industrie 4.0, wie Robotik, KI und maschinelles Lernen, Big-Data-Analysen, das Internet der Dinge (IoT) sowie fortschrittliche Technologien, jedoch ohne die gesellschaftlichen Umwälzungen, die zu einem erheblichen Rückgang der menschlichen Arbeitskräfte führen.

Der Übergang zur vierten industriellen Revolution (Industrie 4.0) ist in vielen Branchen noch im Gange, doch auch wenn Industrie 4.0 noch nicht vollständig umgesetzt ist, zeigt sich bereits das Konzept einer fünften industriellen Revolution (Industrie 5.0). Auch wenn dieser Übergang zu einer neuen "industriellen Revolution" verfrüht erscheinen mag, könnte Industrie 5.0 als Weiterentwicklung von Industrie 4.0 betrachtet werden, jedoch mit mehr menschlichen Elementen und der Möglichkeit, der industriellen Automatisierung eine menschliche Komponente hinzuzufügen. Der Übergang zu Industrie 5.0, während die Einführung von Industrie 4.0 noch läuft, könnte auch ein Vorteil sein, da dies einen geringeren Umschulungsaufwand für das Personal bedeutet.

Die Automatisierung im Rahmen von Industrie 4.0 hat die Produktivität in vielen Branchen gesteigert, doch gibt es nach wie vor zahlreiche Bereiche, in denen Roboter und Menschen enger zusammenarbeiten müssen. Bei Industrie 5.0 steht im Mittelpunkt, den Menschen in den Entscheidungsprozess einzubeziehen und gleichzeitig sicherzustellen, dass sich die fortschrittlichen Technologien, die die Produktionsleistung und die Produktqualität verbessert haben, weiterentwickeln.

Zudem gibt es Bestrebungen hin zu einem stärker auf den Menschen ausgerichteten Ökosystem. So möchte die Europäische Union (EU) beispielsweise durch eine verstärkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter in der Fertigung massive Arbeitsplatzverluste und Herausforderungen bei der Weiterqualifizierung vermeiden. Das neue Paradigma bei Industrie 4.0 und Industrie 5.0 zielt darauf ab, auch in der Fertigung ein höheres Maß an Nachhaltigkeit zu erreichen.

Industrie 5.0 wird dieselben fortschrittlichen Technologien, wie IoT-Sensoren, KI, digitale Zwillinge, Cloud Computing, cyber-physische Systeme und additive Fertigung, nutzen, die bereits im Rahmen von Industrie 4.0 in die Fertigungslinien integriert wurden, jedoch mit zusätzlichen Kontrollpunkten, an denen der Mensch in den Regelkreis eingebunden ist. Diese Kontrollpunkte ermöglichen es den Arbeitskräften, im Rahmen automatisierter Arbeitsabläufe Designkonzepte rasch zu bewerten, Designiterationen durchzuführen, Änderungen am Fertigungsprozess vorzunehmen und die Auswirkungen veränderter Lieferketten zu bewerten.

Ein Ziel von Industrie 5.0 ist es, dass Menschen und Roboter mithilfe von kollaborativen Robotern (Cobots) und fortschrittlichen Assistenzrobotern Seite an Seite arbeiten, um personalisierte und maßgeschneiderte Produkte in großem Maßstab herzustellen. Dies könnte beispielsweise in Form einer Produktionslinie geschehen, in der KI-gestützte Roboter an unterschiedlichen Stellen dasselbe Basisprodukt herstellen, während am Ende der Linie ein Mensch einige der Endteile modifiziert und so maßgeschneiderte Produkte erstellt. In diesem Fall übernehmen automatisierte Roboter nach wie vor den Großteil der Arbeit und die sich stark wiederholenden Aufgaben, doch die menschlichen Arbeitskräfte liefern den letzten Beitrag.

Damit Industrie 5.0 erfolgreich eine neue Massenproduktionsumgebung schaffen kann, die neben fortschrittlicher Automatisierung auch das Wohlbefinden der Arbeitnehmer*innen und die menschliche Kreativität in den Mittelpunkt stellt, gibt es eine Reihe von zentralen Grundlagen, um die sich der Wandel drehen muss.

Die drei wichtigsten Grundlagen sind:

Ausrichtung auf die Menschen

Die neu entwickelte Technologie wird die Bedeutung der Menschen in modernen, automatisierten Fertigungsumgebungen würdigen. Der Übergang zu einem stärker auf die Menschen ausgerichteten Ansatz könnte außerdem dazu beitragen, die Zahl der durch KI-gestützte Automatisierung verlorenen Arbeitsplätze zu verringern.

Nachhaltigkeit

Industrie 4.0 umfasst bereits einige Nachhaltigkeitsaspekte, insbesondere im Hinblick auf die Nutzung von Treibstoffen mit niedrigen CO₂-Emissionen und den nachhaltigen Betrieb von Maschinen. Industrie 5.0 wird dies auf die nächste Stufe heben, indem Produkte unter Berücksichtigung der Kreislaufwirtschaft entwickelt werden. Eines der Ziele von Industrie 5.0 ist es, Produkte so zu konzipieren, dass bereits im Vorfeld berücksichtigt wird, welche Teile wiederverwendet, überarbeitet oder am Ende ihrer Nutzungsdauer ausgetauscht werden müssen.

Anpassungsfähige und robuste Produktionssysteme

Industrie 5.0 nutzt anpassungsfähige und robuste Produktionssysteme, in denen Entscheidungen sowohl von KI als auch von Menschen getroffen werden. Der Einsatz eines "Human-in-the-Loop"-Systems trägt zur Optimierung von Fertigungslinien bei und sorgt für maximale Effizienz; darüber hinaus ermöglicht es den Menschen, ihr Urteilsvermögen zu nutzen, um zu verhindern, dass Prozesse die Anlage oder die Belegschaft gefährden. Das kann die Robustheit und Widerstandsfähigkeit der Produktionsprozesse steigern und gleichzeitig für sicherere Arbeitsbedingungen sorgen.

Jede Einführung neuer Technologien und jede technologische Revolution birgt immer positive und negative Auswirkungen. Seit der ersten industriellen Revolution hat jede neue Phase Vorteile mit sich gebracht, aber auch Herausforderungen, die im Zuge des gesellschaftlichen Fortschritts bewältigt werden mussten. Bei Industrie 5.0 verhält es sich nicht anders, doch anstatt zu versuchen, Robotik und intelligente Technologien zu ersetzen, liegt der Schwerpunkt darauf, diese auf eine neue Weise zu integrieren.

Vorteile von Industrie 5.0

• Die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern und die technologischen Entwicklungen führen zu fortschrittlichen Systemen, die darauf ausgelegt sind, mit den Menschen zu arbeiten, wobei Kraftbegrenzungstechnologien zum Einsatz kommen, wenn sich Menschen in der Nähe befinden.
• Die Produktivität wird gesteigert, da Roboter nach wie vor viele der belastenden Arbeiten wie Schweißen oder Heben übernehmen können, sodass den Menschen die kreativeren Aufgaben und Tätigkeiten bleiben, die ingenieurtechnisches Urteilsvermögen erfordern, wie beispielsweise die Qualitätskontrolle und Entscheidungen zur individuellen Anpassung.
• Fortschrittliche intelligente Robotik, bei der KI-Roboter Menschen beobachten, um zu lernen, welche Bewegungen und Kräfte zur Ausführung einer Aufgabe genutzt werden, und so ihre eigenen Abläufe besser optimieren können.
• Weniger Erschöpfung und Ermüdung der Arbeitskräfte durch den Einsatz von Robotern für manuelle Arbeitsaufgaben.
• Eine stärkere Einbindung von Nachhaltigkeits- und Kreislaufwirtschaftsprinzipien direkt in den Kern der Produktgestaltung, anstatt dies erst nachträglich zu berücksichtigen.
• Die Zahl der personalisierten Produkte, die bei den Verbrauchern ankommen, wird gesteigert.
• Besser ausgebildete Arbeitskräfte, damit diese mit den neuesten Technologien arbeiten können.
• Eine höhere Zufriedenheit der Beschäftigten, da diese an anspruchsvolleren und kreativeren Aufgaben arbeiten können, anstatt sich mit alltäglichen, sich wiederholenden Tätigkeiten zu befassen.

Herausforderungen bei der Einführung von Industrie 5.0-Prozessen

• Sowohl die neuen Technologien als auch der menschliche Faktor sind zu berücksichtigen. Das ist bei Industrie 4.0 vernachlässigt worden. Daher wird ein Umdenken in der Denk- und Arbeitsweise von Organisationen erforderlich sein, um die Prinzipien von Industrie 5.0 umzusetzen.
• Die Einarbeitungszeit für Beschäftigte, die mit unterschiedlichen Technologien arbeiten, kann einige Zeit in Anspruch nehmen.
• Arbeitskräfte müssen das Gefühl haben, dass die neuen Technologien sie stärken; andernfalls kann es zu Widerständen gegen den Einsatz dieser Technologien oder zu einer mangelnden Bereitschaft kommen, sich auf Veränderungen einzulassen.
• Unternehmen müssen neue Führungsstrategien einführen, da nicht alle über umfassende Kenntnisse aller Technologien und Prozesse verfügen müssen. Beispielsweise müssen Wartungstechniker*innen möglicherweise nur über die vorausschauende Wartung und die Benutzeroberfläche Bescheid wissen, während Verfahrenstechniker*innen sich möglicherweise eingehender mit Konzepten der digitalen Transformation auseinandersetzen müssen.
• Es muss ein schrittweiser Übergang erfolgen, um den Widerstand der Mitarbeitenden zu überwinden, die glauben, dass sie ersetzt werden sollen oder ihr Arbeitsplatz gefährdet ist.
• Es sind neue arbeitsrechtliche Vorschriften erforderlich, um besser zu verstehen, was unter die Rechte und Privilegien der Arbeitnehmer fällt und was eine robotergestützte Arbeitsumgebung ausmacht.

Die Umsetzung von Industrie-5.0-Konzepten wird sich auf zahlreiche Branchen auswirken. Dazu gehören die Automobilindustrie, das Gesundheitswesen, die Robotik sowie unterschiedliche Fertigungsbranchen. In der Fertigung werden Anlagen nicht nur in der Lage sein, vorausschauende Wartungsmaßnahmen wie in der Industrie 4.0 durchzuführen, sondern es wird auch möglich sein, die Komponenten ausgedienter Maschinen bei der nächsten Generation von Maschinen, Fahrzeugen und Technologien zu nutzen, da diese unter Berücksichtigung der Kreislaufwirtschaft konstruiert werden. Aus Sicht der Fertigung wird dies zu einer Verringerung des Abfallaufkommens, einer Optimierung des Energieverbrauchs und einer langfristigen Kostensenkung führen.

Im Gesundheitswesen werden intelligente Systeme in der Lage sein, vorliegende Patientendaten zu analysieren, um einen Überblick über alle unterschiedlichen Diagnosen für Patient*innen bereitzustellen. Menschliche Ärzt*innen können dann ihr Fachwissen nutzen, um eine endgültige Entscheidung zu treffen. Ärzt*innen können menschliche Organe in digitalen Zwillingen untersuchen und chirurgische Eingriffe simulieren, um zu sehen, wie sich unterschiedliche Organe während eines Eingriffs verhalten werden, noch bevor dieser an Patient*innen durchgeführt wird. Das wird das Operationsrisiko verringern.

Außerdem kann agentische KI dazu genutzt werden, unterschiedliche Mitarbeitende in einer Testumgebung im Sandbox-Stil zu unterstützen. Arbeitskräfte können unterschiedliche Szenarien und Entscheidungen durchspielen, um die Auswirkungen unterschiedlicher Ansätze zu erkennen und festzustellen, ob diese sich positiv auf das gesamte Unternehmen auswirken. Diese Ergebnisse können dann genutzt werden, um effektivere Geschäftsstrategien zu entwickeln.

Im Zeitalter von Industrie 5.0 sollten menschliche Arbeitskräfte Zugang zu Digital-Twin-Software haben, die es ihnen ermöglicht, die Systeme, mit denen sie arbeiten, zu erproben und besser zu verstehen, mögliche Ausfallursachen zu erkennen und Wissen über potenzielle Szenarien aufzubauen, die eine Gefahr für den Fertigungsbetrieb darstellen könnten.

Simulationssoftware wie die simulationsbasierte Digital-Twin-Plattform Ansys Twin Builder und die KI-gestützte Digital-Twin-Software Ansys TwinAI kann nicht nur zum Aufbau solcher Umgebungen beitragen, sondern auch in den unterschiedlichen Entwicklungsphasen eines Produkts genutzt werden, um bereits lange vor Beginn der Prototypenentwicklung ein optimales Design sicherzustellen. Da sich ganze Produktionsanlagen in digitalen Zwillingen simulieren lassen, können diese vom ersten iterativen Entwurf bis hin zur tatsächlichen Fertigungsumgebung, in der ein Produkt hergestellt wird, genutzt werden. So können Anpassungen vorgenommen werden, bevor die physischen Systeme gebaut und/oder deren Parameter geändert werden. Diese digitalen Zwillinge können zudem dazu beitragen, Arbeitskräfte so zu schulen, dass sie die Systeme, mit denen sie arbeiten, besser verstehen. Dadurch werden die Herausforderungen der Weiterqualifizierung in leichter überschaubare Schulungsumgebungen aufgeteilt. Digitale Zwillinge helfen zudem dabei, Arbeitskräfte an sensiblen Anlagen zu schulen, deren Einsatz andernfalls zu Betriebsstillständen oder Produktionsausfällen führen würde – und das alles ohne Betriebsunterbrechungen.

Bei Robotern und Cobots, die in der Industrie 5.0 zum Einsatz kommen werden und die aus einer Kombination zahlreicher Werkstoffe, Softwarekomponenten und Technologien bestehen, können die Strömungssimulationssoftware Ansys Fluent, die Finite-Elemente-Software Ansys Mechanical sowie der elektromagnetische Feld-Solver Ansys Maxwell eingesetzt werden, um die Struktur dieser Roboter zu entwerfen und das Zusammenspiel dieser Technologien zu untersuchen. Dadurch können Roboter in einer Simulationsumgebung entworfen, eingesetzt und validiert werden, ohne dass ein aufwendiger und kostspieliger Prototypenbau erforderlich ist.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie unterschiedliche Simulationstools Ihnen nicht nur bei der Entwicklung neuer Produkte und der Verwaltung industrieller Systeme helfen können, sondern auch bei der Schulung Ihrer Arbeitskräfte im Zeitalter von Industrie 5.0, dann wenden Sie sich noch heute an unsere technischen Experten, um die für Ihre Anforderungen am besten geeigneten Simulationsansätze zu entdecken.

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