Bereiten Sie Ihre Studierenden auf Industrie 4.0 vor

In den letzten Jahrzehnten hat die Welt, in erster Linie ausgelöst vom technologischen Fortschritt, einen rasanten Wandel erlebt, der unsere Art zu leben, unsere Arbeit und unsere Kommunikation massiv verändert hat. Diesen Wandel bezeichnet man allgemein als Industrie 4.0 – ein Ausdruck, der für die vierte industrielle Revolution steht. Im Zuge von Industrie 4.0 erleben wir, dass die Fertigungsbranche um ganz neue Technologien bereichert wird, wie künstliche Intelligenz, Roboter, das Internet der Dinge und anderes mehr, was sie smarter, effizienter und vernetzter als je zuvor werden lässt.

Dass die Industrie 4.0 den Fertigungssektor umgekrempelt hat und auch zukünftig umkrempeln wird, hat natürlich auch Auswirkungen auf den Arbeitsmarkt: Es entsteht eine Nachfrage nach völlig neuen Fertigkeiten und Kompetenzen. Nun liegt es an Lehrkräften und Bildungsstätten, ihre Studierenden auf die Anforderungen des Arbeitsmarktes von morgen vorzubereiten und sicherzustellen, dass sie über die Fertigkeiten verfügen, die sie brauchen werden, um im Zeitalter von Industrie 4.0 zu bestehen. In diesem Artikel sehen wir uns an, was Industrie 4.0 bedeutet, welche Fertigkeiten dafür erforderlich sind und mit welchen Strategien man Studierende auf diese Revolution vorbereiten kann.

In einem Engineering-Labor lernen Studierende, wie man Objekte mit dem 3D-Scanner in Echtzeit erfasst.

Was ist Industrie 4.0 und warum sollte man sich darauf vorbereiten?

Der Fertigungssektor hat seit seinen frühen Tagen zahllose Wandlungen durchlaufen – dank der technologischen Neuerungen, die im Zuge der ersten, der zweiten, der dritten und jetzt der vierten industriellen Revolution aufgekommen sind. Die letztgenannte Revolution ist das, was wir heute als Industrie 4.0 kennen. Von Wasser- und Dampfantrieben über Strom und Fertigungslinien bis hin zu Computern und Automatisierung übernehmen Hersteller weltweit fortschrittliche Technologien, um die Prozesse zu optimieren, die Effizienz zu steigern und Kosten zu senken.

Die Technologien und Anwendungen von Industrie 4.0 variieren zwar von Hersteller zu Hersteller, aber hier sind die gängigsten Technologien, die im vierten Technologiezeitalter verwendet werden:

1. Smarte Sensoren und Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) Geräte, die in Echtzeit Daten sammeln und analysieren, um Produktionsprozesse zu verbessern, Ausschuss zu reduzieren und Anlagenausfälle zu verhindern.
2. Robotik und Automatisierungssysteme, die wiederkehrende Aufgaben schneller, präziser und in besserer Qualität erledigen können – und mit einem geringeren Risiko in Bezug auf Fehler und Unfälle.
3. Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) Algorithmen, die große Datensätze analysieren und Muster, Trends und Erkenntnisse ermitteln, um Prozesse zu optimieren, Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern.
4. Additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, ermöglicht es Herstellern, komplexe Teile und Produkte mit minimalem Ausschuss, geringer Durchlaufzeit und mehr Individualität und Flexibilität, herzustellen.
5. 3D-Scanningtechnologien, die Herstellern ermöglichen, zum Zwecke der Qualitätskontrolle, der Prüfung und des Reverse Engineering genaue und detailreiche digitale Nachbildungen physischer Objekte und Umgebungen zu erstellen.
6. Erweiterte und virtuelle Realität (AR/VR) Technologien, die Schulungs- und Wartungsprozesse verbessern können, indem sie immersive und interaktive Erlebnisse ermöglichen, die Szenarien aus dem echten Leben simulieren und damit den Lern- und Merkeffekt steigern.
7. Cloud-Computing und Big-Data-Analysen, die Hersteller die Möglichkeit eröffnen, große Datenmengen aus verschiedenen Quellen (wie etwa Sensoren, Maschinen und Menschen) zu speichern, zu verarbeiten und zu analysieren, um sie zur Verbesserung von Entscheidungsprozessen und zur Innovation zu verwenden.
8. Cybersicherheit Lösungen, die sensible Daten, geistiges Eigentum und kritische Infrastrukturen vor Cyberangriffen und Bedrohungen schützen.

Trotz der Optimierung und in manchen Fällen des Abbaus der menschlichen Ressourcen, die sich aus der Einführung dieser Technologien ergeben haben, zeigt eine kürzlich von Deloitte und dem Manufacturing Institute durchgeführte Studie, dass die Industrie-4.0-Technologien wahrscheinlich mehr Arbeitsplätze schaffen als vernichten werden. Schon vor der Pandemie gehörte der Fachkräftemangel zu den größten Schwierigkeiten der Industrie. Der Studie zufolge könnte die Qualifikationslücke in der Fertigung allein in den USA im Jahr 2030 zu 2,1 Millionen unbesetzter Stellen führen und bis zu 1 Milliarde US-Dollar kosten.

Um die wachsende Qualifikationslücke zu schließen, ist es von entscheidender Bedeutung, nicht nur den vorhandenen Arbeitskräften, sondern auch den Studenten, die sich noch für einen Weg entscheiden und die Fertigung als eine ihrer Optionen in Betracht ziehen, einschlägige Bildungs- und Ausbildungsmaßnahmen anzubieten. Da sich die Industrie-4.0-Technologien immer weiter durchsetzen und an Einfluss gewinnen, brauchen die zukünftigen Arbeitskräfte für den Bereich der Fertigung ganz neue Kenntnisse und Fertigkeiten, um am Arbeitsmarkt Erfolg zu haben. Einige der Arbeitsplätze im verarbeitenden Gewerbe, die im Jahr 2030 üblich sein werden, gibt es heute noch nicht, während die derzeitigen möglicherweise bald nicht mehr existieren werden. Aus diesem Grund müssen sich Studierende und Auszubildende auf die neue, in ständiger Veränderung begriffene Realität von Industrie 4.0 vorbereiten – nur so wird es ihnen gelingen, sich eine sinnstiftende und bereichernde berufliche Zukunft aufzubauen.

Automatisierte Roboterarme an einer Automobilfertigungslinie

Fertigkeiten für Arbeitsplätze mit Industrie-4.0-Charakter

Im Zuge der konstanten Weiterentwicklung in der Industrie 4.0 und des Wandels auf dem Fertigungssektor verändern sich auch die Arbeitsplätze und die beruflichen Werdegänge: Es entsteht eine Nachfrage nach ganz neuen Fertigkeiten und Kompetenzen. Schon heute übernehmen Roboter und Computer einen Teil der banalen, sich immer wiederholenden Routineaufgaben, sodass sich die menschlichen Arbeitskräfte mehr auf die strategische Entscheidungsfindung, die Problemlösung und Kommunikationstätigkeiten konzentrieren können. Die Bildungssysteme jedoch tun sich schwer damit, bei all den technologischen Veränderungen in der Industrie auf dem Laufenden zu bleiben. Das Ergebnis ist eine massive Lücke zwischen dem Bedarf an Fachkräften und dem, was Studierende und Auszubildende lernen.

Um im Zeitalter von Industrie 4.0 Erfolg zu haben, müssen die angehenden Arbeitskräfte Fertigkeiten erwerben, die technische, kognitive und sozio-emotionale Kompetenzen kombinieren. Diese Fertigkeiten können je nach Branche, Funktion und Verantwortungsebene variieren, aber einige sind ganz einfach unerlässlich. Hier ein paar Beispiele:

1. Digitale Kompetenz: Nutzung von digitalen Tools und Plattformen, um zu kommunizieren, zusammenzuarbeiten und Probleme zu lösen. Gemeint sind etwa die sozialen Medien, E-Mail, Sofortnachrichten, Videokonferenzen, Cloud-Speicherung und Projektmanagementsoftware.
2. Datenanalyse: die Fähigkeit, Daten aus verschiedenen Quellen und Formaten zu erfassen, zu verarbeiten, zu deuten und bildlich darzustellen, um Erkenntnisse zu gewinnen, Entscheidungen zu treffen und die Leistung zu verbessern. Beispiele hierfür wären Excel, Tableau, Python oder R zur Analyse von Vertriebsdaten, Kundenfeedback oder Produktionskennzahlen.
3. Automatisierung und Robotik: die Fähigkeit, automatisierte Systeme und Roboter zu entwerfen, zu programmieren, zu betreiben und zu warten, damit diese repetitive, gefährliche oder komplexe Aufgaben übernehmen. Beispiele hierfür wären Arduino, Raspberry Pi oder PLCs zur Steuerung eines Roboterarms, eines Förderbandes, eines 3D-Druckers oder eines 3D-Scanners.
4. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen: die Fähigkeit, Algorithmen und Modelle zu verstehen, anzuwenden und zu entwickeln, um aus Daten zu lernen, Prognosen zu erstellen und Prozesse zu optimieren. Beispiele hierfür wären neurale Netzwerke, Entscheidungsbäume oder bestärkendes Lernen, um Chatbots, Systeme zur vorausschauenden Wartung oder Werkzeuge zur Lieferkettenoptimierung zu erstellen.
5. Kreativität und Innovation: die Fähigkeit, neue Ideen, Produkte oder Prozesse zu generieren, zu evaluieren und umzusetzen, um für Kunden, Stakeholder und Gesellschaft einen Mehrwert zu schaffen. Hierbei könnte es etwa um die Entwicklung einer neuen Produktlinie oder Werbekampagne oder die Verbesserung eines Produktionsprozesses gehen, die dazu führt, dass man weniger Abfall generiert oder den Energieverbrauch senkt.
6. Kritisches Denken und Problemlösung: die Fähigkeit, zu analysieren, zu evaluieren und komplexe und mehrdeutige Probleme mit Logik, Erfahrungswerten und Kreativität zu lösen. Beispiele hierfür wären die Behebung einer Maschinenstörung, die Bearbeitung einer Kundenbeschwerde oder die Suche nach der Ursache für ein Qualitätsproblem.
7. Kommunikation und Zusammenarbeit: die Fähigkeit, Ideen auszudrücken, aktiv zuzuhören und effizient mit anderen Menschen zusammenzuarbeiten, die im Hinblick auf Hintergrund, Kultur und Blickwinkel ganz unterschiedlich aufgestellt sind. Gemeint sind hier etwa das Halten einer Präsentation, die Beteiligung an einem Teamprojekt oder das Beilegen eines Konflikts mit einem Kollegen oder einer Kollegin.

Industrie 4.0 eröffnet Studierenden und Auszubildenden viele anspruchsvolle und aufregende Möglichkeiten. Sie erfordert tiefgreifende technologische Fertigkeiten und Soft Skills, die für Innovation und Wettbewerbsfähigkeit unerlässlich sind, wie Kreativität, Problemlösungskompetenz, Kommunikation und Zusammenarbeit. Wer diese Fertigkeiten im Kontext von Industrie 4.0 entwickeln und umsetzen kann, hat gute Chancen, bei Arbeitgebern gefragt zu sein, im Beruf voranzukommen und sich persönlich zu entfalten.

Der angehende Ingenieur setzt auf Virtual-Reality-Software, um sein Projekt voranzubringen.

Wie bereitet man Studierende und Auszubildende auf die Industrie 4.0 vor?

Studierende und Auszubildende auf die Industrie 4.0 vorzubereiten erfordert einen gemeinsamen und proaktiven Ansatz von Lehrkräften und Institutionen. Im Folgenden finden Sie ein paar Strategien, die Ihnen helfen können, Nachwuchskräfte effektiv auf den Bedarf vorzubereiten, der zukünftige Arbeitsplätze im Bereich der Fertigung definieren wird:

Integration von Industrie-4.0-Technologien in den Hörsaal

Damit die Studierenden und Auszubildenden auf dem neuesten Stand bleiben und all die fortschrittlichen Technologien, die in der Fertigung zum Einsatz kommen, auch praktisch erleben, können Lehrkräfte Industrie-4.0-Technologien direkt in den Unterricht einbinden.

Dies könnte zum Beispiel geschehen, indem man Virtual-Reality-Simulationen nutzt, um komplexe Konzepte zu vermitteln, oder indem man Robotik und Automatisierung in den Lehrplan aufnimmt. Denkbar wäre auch die Einrichtung von Maker Spaces, in denen die Studierenden lernen können, wie man verschiedene Hardware- und Softwaretools verwendet, wie etwa 3D-Drucker, 3D-Scanner, Laserschneider, CNC-Maschinen, CAD-Software und Software zur 3D-Modellierung. Hier können sie in die Welt der High-Tech-Technologien eintauchen und einen Eindruck davon gewinnen, wie ihr Arbeitsalltag aussehen könnte. Erfahrungen mit der Bedienung eines 3D-Scanners oder der Verwendung von CAD-Software zu sammeln kann das Lernerlebnis bereichern und bei der Suche nach dem Traumjob durchaus zum Vorteil werden.

Ein Beispiel für eine solche Initiative ist der Design and Innovation Makerspace im College of Engineering der Universität von Wisconsin–Madison. Er wurde 2017 nach der Überarbeitung einer alten Engineering-Bibliothek eröffnet und bietet den Studierenden Zugang zu einer breit gefächerten Palette äußerst beeindruckender High-Tech-Ausstattung, zu der etwa 3D-Drucker, 3D-Scanner, CNC-Router, Laserschneider, Drohnen, VR/AR-Headsets und mehr gehören. Der Makerspace wird weitestgehend von den Studierenden selbst betrieben und soll sie dazu befähigen, eine Gemeinschaft zu bilden, die ganz in den Zukunftstechnologien aufgeht und sich auf den Entwurf innovativer Produkte konzentriert. Zu den beliebtesten und vielseitigsten Ausstattungsstücken, die von Studierenden verschiedener Fakultäten verwendet werden, gehören dabei die tragbaren 3D-Scanner von Creaform Academia. Mit ihnen können die Studierenden jedes beliebige physische Objekt mühelos digitalisieren und in die digitale Welt holen, ob es nun ein Autoteil oder ein historisches Artefakt ist.

Wenn es Ihr Budget sprengen würde, einen solchen Ort einzurichten, könnten Sie alternativ auch eine Partnerschaft mit einem Maker Space oder einem Wissenschaftszentrum vor Ort anstreben, damit Ihre Studierenden und Auszubildenden die Chance haben, die neuesten Tools kennenzulernen. Derartige Einrichtungen können Ihnen Zugang zu High-Tech-Ausstattung bieten und umfassende Schulungen für Lehrkräfte organisieren, sodass diese den entsprechenden Lerninhalt später in ihren Lehrplan aufnehmen können.

Herkömmliche praktische Lehreinheiten in Werkstätten sind nicht mehr ausreichend, um Nachwuchskräfte auf die steigende Nachfrage der Industrie nach Fachkräften vorzubereiten. Deshalb ist es unerlässlich, Industrie-4.0-Technologien wie die additive Fertigung, Robotik und Programmieren in die Programme der Schulen aufzunehmen.

Zusammenarbeit mit Partnern und Fachleuten aus der Industrie

Eine Partnerschaft mit lokalen Unternehmen und Branchenführern kann Studierenden kostbare Chancen eröffnen, echte Erfahrungen zu sammeln, die neuesten Trends und Technologien kennenzulernen und Einblicke in die Fertigkeiten und Kompetenzen zu erhaschen, die für Jobs mit einem Bezug zur Industrie 4.0 nötig sind. Um das zu erreichen, können Lehrkräfte auf verschiedene Weise mit Partnern und Fachleuten aus der Industrie zusammenarbeiten.

So könnten sie beispielsweise Experten aus bestimmten Branchen bitten, Praxiskurse oder Workshops zu Industrie-4.0-Themen zu geben, auf denen Studierende praktische Fertigkeiten erwerben, oder sie als Gastredner auftreten lassen, um über ihren beruflichen Werdegang zu sprechen und alle Fragen zu beantworten, die den Studierenden auf den Nägeln brennen.

Eine andere Möglichkeit wäre es, regelmäßig Führungen durch Werke und Produktionseinrichtungen zu organisieren, damit die Studierenden einige der Fertigungsprozesse und den Arbeitsalltag des hier beschäftigten Personals beobachten können. Oder aber man gibt den Studierenden die Möglichkeit, im Rahmen von Praktika bei Partnern aus der Industrie Erfahrungen zu sammeln, die ihnen auf ihrem späteren beruflichen Weg nützlich sein können.

Letztendlich ist es ganz egal, für welches Format man sich entscheidet – eine Zusammenarbeit mit Branchenführern kann Lehrinstituten aktuelle Einblicke und Kenntnisse bieten, die man anderswo nicht bekommt.

Mit Hilfe eines 3D-Scanners der Modellreihe Peel 3 vermittelt der Lehrer seinen Studierenden Kenntnisse über die grundlegenden Konzepte des 3D-Scanning.

Mentoren, Coaching und Hilfestellung bei der Karriereplanung

Es kann sehr verwirrend sein, sich seinen Weg durch den komplexen und dynamischen Arbeitsmarkt der Industrie 4.0 zu suchen – vor allem, wenn die beiden oben genannten Faktoren noch nicht im Schulsystem angekommen sind. Trotz all der technologischen Durchbrüche und Innovationen der letzten Jahre, wird die Fertigungsbranche in der allgemeinen Wahrnehmung immer noch als gefährlich und schmutzig empfunden, die beruflichen Perspektiven gelten als unsicher.

Um dieses Bild zu ändern und die Branche mit qualifizierten Bewerbern und Bewerberinnen zu versorgen, müssen Lehrkräfte für ihre Schützlinge Mentoren finden, sie coachen und all jene, die eine Karriere in der Industrie 4.0 anstreben, im Hinblick auf ihren beruflichen Werdegang begleiten und beraten. So könnten Schulen beispielsweise Betreuungsprogramme auflegen, die Studierende mit erfahrenen Fachkräften in Kontakt bringen, sodass sie an deren Wissen, Fertigkeiten und Netzwerken teilhaben können und von Rückmeldungen, Tipps und Hilfestellungen profitieren. Außerdem könnten die Schulen eine Berufsberatung und eine Arbeitsplatzvermittlung anbieten, die den Nachwuchskräften helfen, ihre Stärken, Interessen und Ziele zu definieren und sie mit passenden Jobchancen und Arbeitgebern abzugleichen.

Und sie könnten die Chancen, die Vorteile und den Sinn einer in diesem Bereich angesiedelten Karriere hervorheben, indem sie den Studierenden verdeutlichen, was man bei der Arbeit in der Fertigung verdienen kann. Zeigen Sie ihnen anhand von Beispielen aus dem echten Leben, welche Erwartungen realistisch sind, wenn man bestimmte Fertigkeiten und Zertifikate mitbringt. Eine Möglichkeit der Karrieregestaltung wären Anrechnungspunkte, die für Zertifikate genutzt werden können, wenn die Studierenden ihren Abschluss machen. Lassen Sie sie Punkte sammeln oder auf Zertifikate hinarbeiten, die sie beim Abschluss bekommen können. Mit diesen Zertifikaten können sie dann entweder weiterstudieren oder auf Arbeitssuche gehen.

Fazit

Wie wir sehen, verändert Industrie 4.0 die Fertigungsindustrie und schafft neue Möglichkeiten und Herausforderungen für Studenten, die sich auf den Eintritt ins Berufsleben vorbereiten. Um sicherzustellen, dass die nächste Generation von Arbeitnehmern auf diese Chancen und Herausforderungen vorbereitet ist, müssen wir Studenten auf Industrie 4.0-Jobs vorbereiten, den Lehrplan aktualisieren, um sich auf neue Technologien und Branchentrends zu konzentrieren, und Partnerschaften zwischen Bildungseinrichtungen und Branchenführern aufbauen. Wenn wir zusammenarbeiten, können wir gemeinsam die Qualifikationslücke überbrücken und dafür sorgen, dass die Fertigungsbranche Zugang zu den Talenten hat, die sie braucht, um zu wachsen und Innovationen anzuschieben.