Die digitale Transformation als vierte industrielle Revolution eröffnet Möglichkeiten für neue Wertschöpfungskonzepte, die nachhaltigeres Wirtschaften inkludieren. Dabei kann es nicht nur um die reine Digitalisierung bestehender Prozesse und Abläufe gehen, die Digitalisierung von Prozessen muss immer auch einhergehen mit ihrer Verbesserung und Erneuerung. Denn mit dem Bedarf an fundamental mehr Nachhaltigkeit treibt eine weitere revolutionäre Veränderung Produktion und Gesellschaft voran. Dabei verändern sich die Herstellung der Produkte und damit verbundene Wertschöpfungsnetzwerke, wie Leuchtturmprojekte, wie On Demand 3D-Druck oder blockchainbasierte Stoffkreisläufe, es zeigen. Wir müssen hier neu denken, Bewährtes digital transformieren, modernisieren und anpassen. Die erfolgreiche Gestaltung dieses Wandels wird somit zur zentralen Herausforderung und Chance für Unternehmen.

Um dies zu erreichen, können Lösungswerkzeuge aus fünf Handlungsbereichen miteinander integriert werden:

• flexible Automatisierung
• funktionsübergreifende Konnektivität
• intelligente Daten
• kollaborative Systeme
• nachhaltige Produktion

Die Nachhaltigkeit der gesamten Wertschöpfung wird durch die Kombination dieser Möglichkeiten erreicht. Eine höhere digitale Transparenz kann die Reduktion des Energiebedarfs ermöglichen. Die Unterstützung der Mitarbeiter durch kollaborative Systeme verbessert soziale Aspekte der täglichen Arbeit.

Technologie als Transmissionstreiber

Viele der diskutierten Konzepte für die Steuerung dieses Wandels sind nicht neu, jedoch erst heute verfügbar. Voraussetzung für beispielsweise Remote Work stellen eine neue Generation an Webentwicklungstechnologien und Plattformen sowie die Anbindung an entsprechend leistungsstarke Netzwerkverbindungen dar. Voraussetzung für die digitale, vernetzte Produktion sind u.a. das Internet-of-Things, entsprechende Datenformate und die Verfügbarkeit bezahlbarer Sensorik. Oftmals sind technologische Trends Ausgangspunkt von Innovationen.

Das Technologiemanagement nimmt daher v.a. im Innovationsprozess eine bedeutende Rolle ein. Oft werden Unternehmen von Trends überrascht, was zur Substitution bestehender Technologien durch eine überlegene führt (vgl. S-Kurvenmodell). Dies kann das wirtschaftliche Aus eines Unternehmens bedeuten, wie u.a. der Fall Nokia und sein Wandel vom Marktführer zur Marginalisierung gezeigt hat.

Kernaufgabe eines funktionierenden Technologiemanagements ist daher die frühzeitige Bewertung aufkommender technologischer Trends nach Potenzialen, Risiken und Anwendungsfälle. Insbesondere Entwicklungen rund um künstliche Intelligenz nehmen Einzug in die Produktion und werden ungeahnte Möglichkeiten auch im Technologie- und Produktentstehungsprozess bringen. Die Beherrschung der entstehenden Komplexität und die Gestaltung der einhergehenden Transformation ist (Mammut-) Aufgabe des Technologiemanagements.

Neue Geschäftsmodelle

Auch mit digitaler Transformation entstehen lukrative Geschäftsmodelle nicht „einfach so“. Sie müssen systematisch entwickelt und eingeführt werden.

Die ersten I 4.0-Geschäftsmodelle waren v.a. auf klassische Kennzahlen ausgerichtet zwecks interner Effizienzsteigerungen, da hier der Mehrwert leicht kommunizier- und messbar ist. Solche Geschäftsmodelle können weniger Potenzials realisieren, als im Wertversprechen Industrie 4.0 steckt. Es ist jedoch zu erwarten, dass ein großer Teil der zusätzlichen Wertschöpfung mit Geschäftsmodellen erzielt werden wird, die statt auf Effizienzoptimierung stark auf strategische Ziele einzahlen. Es gilt jetzt, den Übergang zu „Geschäftsmodellen 4.1“ schaffen.

Führung und Resilienz

Gleichzeitig stellen Forderungen nach Risiko und Mut v.a. Führungskräfte vor Herausforderungen. Viel steht auf dem Spiel, sei es der Shareholder Value, Arbeitsplätze oder Eigeninteressen. Führung in unsicheren Zeiten, in Transformation oder weltweiten Krisen, stellen eigenes Entscheidungsverhalten auf den Prüfstand. Wandel bei unvorhersehbarem Ausgang kennt keine First Best Entscheidung. Die Unsicherheit in Bezug auf mögliche Konsequenzen eigenen Handelns anzuerkennen und auszuhalten, ist die Kernkompetenz von Leadership in Wandelzeiten. In der Krise ist die Fähigkeit, das eigene (Führungs-)verhalten in resilienten Verhaltensmustern auszugestalten, Voraussetzung, um resilientes Verhalten in der Organisation zu fördern. Hier liegt die Kernaufgabe einer tragfähigen und wandelbaren Organisation, die Transformation kreativ, aber eben auch robust im inneren Kern begegnen kann.

Weiterbildung als Kern der gesamtübergreifenden Lösung

Mit den Weiterbildungsangeboten des Campus Forum adressieren wir die oben geschilderten Kernthemen und -bedarfe der industriellen Digitalisierung. Know-how und branchen- und themenvernetztes Handeln sind die Schlüssel zur erfolgreichen Transition. So bilden wir im RWTH Aachen Campus Zertifikatkurs Chief Digital Officer bestehende und zukünftige Verantwortliche des Transformationsprozesses in allen relevanten Themenfeldern der Organisation aus. Der RWTH Aachen Campus Zertifikatkurs Big Data Business Manager in Kooperation mit dem VDI legt dagegen den Fokus sehr intensiv auf die Implementierung eines soliden Big Data Managements gemäß der Richtlinie VDI/VDE 3714.

Das Seminar Trends und Potenziale in der CAD-CAM-NC- Verfahrenskette und unsere E-Learning Kurse „Cloud – Digitale Transformation fast forward?“ sowie „Produktionsmanagement“ sind weitere Optionen aus unserem Weiterbildungsportfolio, die Sie dabei unterstützen, die Herausforderung der digitalen Transformation erfolgreich zu bewältigen.

Die Brennstoffzelle steht in Konkurrenz zum elektrischen Antrieb und kommt nur für LKWs infrage? Im Interview räumt Sebastian Hagedorn, Group Lead Fuel Cell beim Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen mit diesen Glaubenssätzen auf. Lesen Sie hier, was das Potenzial der Brennstoffzelle ausmacht, welche neuen Erkenntnisse es in dem Bereich gibt und warum sie so wichtig für die Mobilität der Zukunft ist.

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👉 Sie möchten unsere Expert:innen persönlich treffen und selber Fragen stellen? Besuchen Sie uns in der Woche der Elektromobilität vom 23.-27. Oktober 2023: www.ept-aachen.de

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Campus Forum: Was liegt heute auf Ihrem Schreibtisch, Herr Hagedorn?

Sebastian Hagedorn: Aktuell arbeite ich daran die Brennstoffzellentechnologie etwas zugänglicher zu machen. Dabei geht es zum einen um den wohl populärsten Anwendungsfall – den straßengebundenen Güterverkehr. Zum anderen geht es aber auch um Anwendungen, die etwas weniger im Fokus stehen. Das sind zum Beispiel kommunale Nutzfahrzeuge, Bau- und Landmaschinen oder auch die Luftfahrt. Zu diesem Zweck betreiben wir am PEM den Wissenstransfer in die breite Industrie hinein und entwickeln eigenständig Brennstoffzellensysteme weiter. Und dafür müssen Forschungsanträge geschrieben werden.

Inwiefern entwickeln Sie die Brennstoffzellensysteme weiter? Gibt es neue Forschungsergebnisse?

Wir sind seit Neuestem in der Lage, Membran-Elektroden-Einheiten inklusive katalysatorbeschichteter Membran in unserem eLab zu produzieren und unterschiedliche Beschichtungen sowie Substrate zu testen. Grundlage dafür bietet unser Forschungsprojekt FCPP, bei dem wir eine innovative Beschichtungstechnologie entwickeln. Außerdem hat mein Kollege Philipp Reims kürzlich eine Veröffentlichung zum Thema Kostenreduktion in der Brennstoffzellenproduktion geschrieben, die er im Herbst in Kyoto bei der CPESE 2022 vorstellen wird. Dabei geht es um die Kostenentwicklung von Brennstoffzellensystemen bei steigenden Stückzahlen.

Die Kosten sind ein großes Thema bei der Brennstoffzellenproduktion, oder?

Aus Produktionssicht ist die kosteneffiziente Herstellung von Brennstoffzellen eine der Kernherausforderungen. Hierfür bedarf es neben Prozessinnovation eine Skalierung der Produktionsvolumina. Bereits heute für zukünftige und dadurch unbekannte Probleme Antworten finden zu müssen, motiviert mich daher jeden Tag.

Warum brauchen wir die Brennstoffzelle denn überhaupt?

Die Brennstoffzelle ist wichtig für die Mobilität der Zukunft, da sie mittels Wasserstoff und somit mit einem geeigneten Energiespeicher betrieben werden kann. Ist dieser Wasserstoff auch noch grün, also erneuerbar erzeugt, können wir die Emissionen im Mobilitätssektor durch brennstoffzellenbetriebene Antriebe bestmöglich reduzieren. Dies ist vor allem im schweren Nutzfahrzeugsegment rentabel, da hier reine batteriebetriebene Fahrzeuge nur stark anwendungsbezogen Sinn machen.

Das scheint aber noch nicht bei allen angekommen zu sein…

In der Industrie muss vor allem ein Umdenken hin zur Technologieoffenheit geschehen. Brennstoffzellen als Antriebsform konkurrieren nicht mit batteriebetriebenen Fahrzeugen, sondern liefern dort sinnvolle Ergänzungen, wo rein batterieelektrische Antriebe aktuell nicht sinnvolle Technologien darstellen. Das Wasserstoff keine Gefahr, sondern enormes Potenzial bietet, ist mittlerweile gesellschaftlich anerkannt. Auch die Politik bereitet sich aktuell darauf vor, eine wasserstoffgetriebene Gesellschaft zu fördern. Jetzt bedarf es der serientauglichen Umsetzung von Technologiedemonstrationen, wozu wir am PEM unseren Beitrag leisten.

Danke für das Gespräch!

Sie wollen mehr zum Thema Brennstoffzellen erfahren? Dann besuchen Sie das Seminar „Brennstoffzellenproduktion“ am 23.-24. Oktober 2023 in Aachen. Das Seminar findet im Rahmen der Woche der Elektromobilität statt. Mehr Infos: ept-aachen.de

„Mit ROS befähigen wir uns zur Automatisierung von bislang unerschlossenen Tätigkeiten.“

Christoph Henke und Tobias Müller erforschen am Institut für Unternehmenskybernetik (IfU) e.V. die praktische Anwendung von Robotersystemen. Im Interview erzählen sie, warum wir auf Roboter angewiesen sind und was bei der Programmierung eines Roboters besonders wichtig ist.

Campus Forum: Woran haben Sie heute gearbeitet, Herr Henke?

Christoph Henke: Gerade beschäftigen wir uns unter anderem mit der Frage, wie ein mobiler Roboter einen Gehweg von einer Straße unterscheiden kann. Das braucht man zum Beispiel bei Service-Robotern, die für die Letze-Meile-Lieferung eingesetzt werden sollen. In Städten können Bürgersteige und die Kante zur Straße ganz unterschiedlich aussehen. Außerdem stehen öfter mal Hindernisse im Weg und verändern so die Situation. Da braucht es spezielle Kamerasysteme und maschinelles Lernen. Außerdem bringen wir zurzeit Industrierobotern bei, Batterie-Packs aus Elektrofahrzeugen zu demontieren. Auch da braucht es maschinelles Lernen, damit die Roboter die einzelnen Komponenten erkennen, klassifizieren und lokalisieren können.

Was ist bei mobilen Robotern eine besondere Herausforderung?

CH: Wenn wir Menschen über die Straße gehen, nehmen wir die grüne Ampel, die langsamer werdenden Fahrzeuge und die Kinder auf der gegenüberliegenden Straßenseite intuitiv wahr. Innerhalb von Sekundenbruchteilen interpretieren wir die Situation auf Basis unserer lebenslang gesammelten Erfahrungen. Einem mobilen Roboter, der sich durch diesen hochdynamischen und komplexen Raum bewegt, muss man dieses Kontextwissen erst „beibringen“. Nur so kann er in jeder möglichen Situation die richtigen Entscheidungen treffen. Das gilt für einen Roboter, der Pakete auf Bürgersteigen austrägt genauso wie für ein Assistenzroboter, der in der Pflege unterstützt.

Und wo werden Roboter in der Industrie eingesetzt, Herr Müller?

Tobias Müller: Industrieroboter sind ein fester Bestandteil von Produktionsumgebungen. Als fahrerlose Transportsysteme (FTS) transportieren sie Materialien und Güter flexibel zwischen Anlagen, Lagern und Produktionen umher. Damit lösen sie an vielen Stellen die starre Fördertechnik ab und verbessern den Produktionsprozess. Außerdem können Roboter Maschinen bestücken und ihnen Teile entnehmen. Durch Bildverarbeitungssysteme unterstützt, greifen sie lose Gegenstände aus Kisten. Robotersysteme erledigen immer komplexere Aufgeben zuverlässig und effizient und auch die Mensch-Roboter-Kollaboration wurde durch personensichere Cobots möglich.

Eine wichtige Technologie ist dabei das Robot Operating System (ROS). Es stellt unzählige Komponenten für die Autonomie von Robotersystemen bereit, ob stationär oder mobil. Durch diese Verfügbarkeit ermöglicht es auch die Automatisierung von bislang unerschlossenen Tätigkeiten, wie zum Beispiel bei geringen Losgrößen oder bei klein- und mittelständischen Unternehmen.

Worauf muss man beim Bau eines Roboters achten?

TM: Zuerst müssen die Anforderungen an das System klar sein. Nur so können entsprechend der Kinematik die benötigte Sensortechnologie und der Grad der Autonomie des Systems und dessen Software-Komponenten bestimmt werden. Für einen zuverlässigen Betrieb ist dann die genaue Kalibration aller Systemkomponenten grundlegend. Anschließend muss das System intensiv in realen Anwendungsszenarien und Umgebungsbedingungen getestet werden. Außerdem müssen entsprechende Vorkehrungen für einen personensicheren Betrieb getroffen werden.

Warum ist die Robotik so wichtig für unsere Zukunft?

CH: Zum einen sind die Robotik und die Künstliche Intelligenz Schlüsseltechnologien, wenn es darum geht, insbesondere in Hochlohnländern, bei hohen Produktvarianzen und -komplexitäten und parallelem Fachkräftemangel wettbewerbsfähig zu bleiben.

Zum anderen können autonome Robotersysteme auch außerhalb des produzierenden Gewerbes, zum Beispiel im Handwerk und Bauwesen, dem Fachkräftemangel entgegenwirken. Sie haben das Potential bei körperlich anstrengender Arbeit zu unterstützen und Automatisierungstechnologien auch in bislang für die Robotik verschlossen gebliebenen Domänen zu etablieren.

Nicht zuletzt hält die Robotik immer mehr Einzug in unser Privatleben. Das fängt beim simplen Staubsaugerroboter an. Auch in der Alten- und Krankenpflege können Assistenzroboter die körperlich anstrengenden Arbeiten übernehmen, sodass dem Pflegepersonal mehr Raum für die zwischenmenschliche Interaktion bleibt. Außerdem können Assistenzroboter zu einem längeren, selbstbestimmten Leben in der eigenen Wohnung beitragen.

Möchten Sie mehr erfahren? Im Seminar Robot Operating System erläutern Ihnen Christoph Henke und Tobias Müller, wie Sie Ihr eigenes Robotikprojekt umsetzen. Mehr Infos