Seit Beginn des Industriezeitalters loten Konstrukteure und Ingenieure die Grenzen des Machbaren aus. Immer wieder scheitern gute Ideen an der Fertigungstechnologie. Neue Ansätze in der Robotertechnik, Prozessautomatisierung, additiven Fertigung und Reaktion auf Nutzer-Feedback könnte für den nächsten Quantensprung sorgen. Welcher Fortschritt zu erwarten ist, schildert Andrew Anagnost von Autodesk.
Maschinen werden immer lernfähiger, Computer immer leistungsstärker, und Roboter entwickeln sich zu kompetenten und intelligenten Arbeitskräften. Konkret ist mit einer Arbeitsteilung zwischen Mensch und Maschine zu rechnen: Die Ingenieure können ihrem Gestaltungsdrang bei der Optimierung ihrer Entwürfe künftig freien Lauf lassen. Diese werden dann von Robotern analysiert und in Form von Baugruppen aus 3D-gedruckten Teilen realisiert. Was aktuell unmöglich klingen mag, dürfte schon im Laufe der nächsten zehn Jahre machbar sein. Welche Folgen hat die zunehmende Automatisierung für Maschinenbauer? Wird sie Arbeitsplätze vernichten oder neue Perspektiven eröffnen? Andrew Anagnost ist Senior Vice President für Industry Strategy and Marketing bei Autodesk und sieht das so: Die Roboter wollen nichts Böses – ganz im Gegenteil. Sie bereiten den Boden für eine industrielle Revolution, die eine kreativere und im doppelten Wortsinn kundennahe Fertigung ermöglicht.
Herausforderungen und Chancen
Derzeit müssen Konstrukteure und Ingenieure mithilfe von CAD-Software Geometrien erstellen, um die Machbarkeit ihrer Ideen zu überprüfen. In Zukunft können sie ihre Zeit sinnvoller zur Analyse und Erstellung der Problemdarstellung aufwenden, auf deren Grundlage Computer neue geometrische Optionen berechnen und die menschlichen Kollegen bei der Weiterentwicklung und Nachbesserung ihrer Entwürfe unterstützen. Zugleich wird dadurch das Problempotential zunehmen und neue Herausforderungen und Chancen entstehen lassen. Deutlich wird das am Beispiel SpaceX. Nach wiederholten Bruchlandungen holte das kalifornische Raumfahrtunternehmen im Frühjahr 2016 zwei Raketen erfolgreich aus dem All zurück und landete sie auf einer schwimmenden Plattform im Atlantik. Man stelle sich einmal vor, die Ingenieure hätten bei Projektbeginn die entsprechenden Parameter in ein Tool wie Autodesk Dreamcatcher eingegeben. Man stelle sich weiter vor, die an ihren Raketen angebrachten Sensoren zur Erfassung von Fahrwerksbelastung, Hydraulikversagen und anderen technischen Störungen könnten die Daten in Echtzeit an die Software weiterleiten und dadurch schnell Nachbesserungen umsetzen. Der Computer könnte dann bessere und billigere Optionen vorschlagen, auf die die Ingenieure womöglich nicht gekommen wären. Die Problemfindung wäre kein punktueller und statischer Prozess mehr, sondern eine ständige dynamische Konvergenzschleife zwischen Planung, Fertigung und Anwendung.
Im Zuge der Konvergenz zwischen Fertigung und Bauwesen werden Bauteile und Funktionseinheiten wie Stützwände, Rohrbrücken und Vorhangfassaden zunehmend in Fabriken vorgefertigt. Somit haben Bauingenieure Zeit zur Bewältigung neuer, komplizierterer Herausforderungen. Rosige Aussichten also für hochqualifizierte Konstrukteure und Ingenieure. Was aber wird aus Fabrik- und Bauarbeitern? Sie werden sich auf die neue Realität einstellen müssen – sei es durch Umschulung auf anspruchsvollere Tätigkeiten oder durch Wechsel in Wachstumsbranchen wie den Gesundheits- oder Bildungssektor oder erneuerbare Energien. Roboter werden menschliche Arbeitskräfte primär in Bereichen ersetzen, wo es monotone, riskante oder von Menschen unlösbare Aufgaben zu erledigen gilt. In den USA gibt es Anzeichen dafür, dass bezüglich Abwanderung und Verlust von Arbeitsplätzen in der Produktion – einst das wichtigste Standbein der US-amerikanischen Volkswirtschaft – das Ende der Fahnenstange erreicht sein könnte. Automatisierte Fabriken und neue Unternehmenstypen, die sich auf Sonderanfertigungen nach Kundenwünschen spezialisiert haben, sind in den Staaten die Vorboten dieses Umschwungs.
Chance für die Industrie in Hochlohnländern
Künftig könnten sich Waren zu erschwinglichen Preisen in unmittelbarer geografischer Nähe der Verbraucher herstellen lassen. Das wird dazu führen, dass mehr und mehr Produktionsbetriebe in Länder zurückkehren werden, die derzeit noch vom Import aus Fertigungsmekkas wie China abhängig sind. Auch beim Wall Street Journal geht man davon aus, dass sich die fortschreitende Automatisierung gerade für den Mittelstand als Wettbewerbsvorteil erweisen wird. Mit Unterstützung von Robotern könnten „kleinere Hersteller den Großkonzernen künftig auf Augenhöhe Konkurrenz machen“. Vor allem in Ländern mit höheren Lohnkosten lassen sich durch den Einsatz von Industrierobotern erhebliche Einsparungen erzielen. 2014 entfiel der Löwenanteil der weltweiten Nachfrage nach Industrierobotern auf fünf Länder: China, Japan, die USA, Korea und Deutschland. Die Aufholjagd hat jedoch längst begonnen. In naher Zukunft werden weltweit mehr und mehr Unternehmen ihre Produktionsanlagen automatisieren, um die Nachfrage in ihren eigenen Märkten zu bedienen.
Eine Renaissance der Industrie scheint möglich
Den Stellenwert, den die Fertigungsbranche einst in westlichen Ländern einnahm, wird sie wohl nie wieder erreichen. Denkbar ist jedoch, dass die Automatisierung zu einer Renaissance des herstellenden Gewerbes und damit zur neuen Arbeitsplätzen führt. Denn die so gewonnene Effizienz ermöglicht es, Produktionsstätten zurück in die Absatzländer zu verlagern und neue Industriezweige zu etablieren, die sich auf die Herstellung kundenspezifischer Produkte spezialisieren. So arbeitet der Schuhhersteller Under Armour in Baltimore auf Hochtouren an seinem Project Glory-Konzept, eine Fertigung mit kurzen Wegen. Sie soll globales Denken mit lokalem Handeln verbinden: in den USA hergestellte Produkte für US-amerikanische Verbraucher, in Brasilien hergestellte Produkte für brasilianische Verbraucher uns so weiter. Ähnlich hat sich auch Rickshaw Bags in San Francisco eine auf individuelle Kundenwünsche abgestimmte Fertigung vor Ort auf die Fahnen geschrieben. Und in der Speedfactory, die Adidas im Mai 2016 im fränkischen Ansbach eröffnete, sollen Roboter durch bedarfsgerechte Produktion sowie personalisierte Sonderanfertigungen den Absatz am lokalen Markt steigern.
Lassen sich diese Grundsätze auf komplexe Industriegüter anwenden? Etwa indem Ingenieure mit Automatisierungsverfahren wie ‘3D-Druck‘ und generativer Gestaltung anspruchsvoller Geräte nach Kundenwünschen entwickeln und nutzen? Eine Folge könnte sein, dass mehr Ingenieure ein breiteres Ideenspektrum ausreizen, experimentieren und die Verantwortung für Machbarkeitsentscheidungen übernehmen können. Denn je weniger Zeit für Planung und Entwurf verstreicht, desto mehr bleibt für Konzepte. Das bedeutet neue Produkte für Auftraggeber und Endverbraucher, eröffnet entsprechend ausgebildeten Fachkräften aber auch Chancen in neu entstehenden Nischen.
Auslaufmodell Massenproduktion
Angesichts der Möglichkeit, neue Produkte zur preiswerten Fertigung in automatisierten Fabriken zu entwickeln, stehen gerade Produktionsingenieuren spannende Zeiten bevor – zumal Roboter Dinge herzustellen können, von denen Menschen vielleicht träumen konnten. Mit dieser Form der Automatisierung könnte die Massenproduktion zum Auslaufmodell werden. Allenfalls globale Marktführer wie Nike und Mercedes werden noch Kostenvorteile durch Großserienfertigung erwirtschaften können. Aber auch dort werden verstärkt Fachkräfte zur Planung und Realisierung von kleinen, kompakten und effizienten Fabriken gebraucht. Ob Ingenieure ihren Erfindungsgeist in den Dienst eines Großkonzernes oder eines Start-ups stellen – in jedem Fall werden sie in Zukunft sehr viel mehr Spielraum zum Tüfteln und Experimentieren haben. In einer Welt, in der Roboter die Schwerarbeit übernehmen, sind der menschlichen Fantasie kaum noch Grenzen gesetzt.
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