Aufbruch in eine resiliente Gesellschaft

Response

Wie kann man im Ernstfall am besten reagieren?

Schnelles Handeln ist vor allem bei akuten Schadensereig­nissen gefragt. Ein funktionierendes länder- und organi­sationsübergreifendes Katastrophenschutzmanagement erlaubt es, Einsatzkräfte in kurzer Zeit zu mobilisieren und zu koordinieren. Um verschiedene Szenarien durchzuspielen, hat das Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS in Berlin mit Partnern aus dem privaten und öffent­lichen Sektor ein »safety lab« eingerichtet. Auf Knopfdruck kann dort ein Extremunwetter aufziehen oder ein Großbrand entfacht werden – in der Computersimulation. Realitätsnah lässt sich dann virtuell aufzeigen, in welchem Fall welche Stellen involviert sind und wie die Prozesse genau ablaufen. »In unserem Lab zeigen wir die Vernetzung verschiedenster Systeme, von Feuerwehrleitstellen über Leitstände kritischer Infrastrukturbetreiber bis hin zu Informationssystemen für die Öffentlichkeit. Die zentrale Forschungsfrage ist, wie sich diese dezentralen Lösungen miteinander koppeln lassen und vor allem wie wir die Bevölkerung in die Informationsprozesse einbinden«, erklärt Niklas Reinhardt, Mitarbeiter im Bereich Vernetzte Sicherheit am FOKUS. Dafür spielen nicht nur tech­nische, sondern auch organisatorische und juristische Fragen eine wichtige Rolle. Aus dem Sicherheitslab sind Technologi­en wie das international von Millionen Menschen genutzte Warnsystem KATWARN und das Helfersystem KATRETTER, über das Freiwillige bei einem Notfall die Einsatzkräfte unter­stützen können, hervorgegangen.

Die weltweite Ausbreitung des Coronavirus hat gezeigt, wie wichtig einheitliche und abgestimmte Prozesse sind, wenn es ums Krisenmanagement geht. Die EU arbeitet – mithilfe von Fraunhofer – daran, einheitliche europäische Stan­dards im Bereich Disaster Resilience zu schaffen. Im Projekt STRATEGY, das ab September startet, wirkt das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT daran mit, die grenzüberschreitende technische und organisatorische Interoperabilität im Katastrophenmanage­ment zu stärken. Dafür werden existierende, in Entwicklung befindliche und ganz neue Standards realitätsnah getestet und evaluiert.

Flexibilität ist das Zauberwort in der Response-Phase und wichtiger Erfolgsfaktor von resilienten Gesellschaften. Unternehmen digitalisierten in der Coronazeit in Windeseile ihre Prozesse, sodass die Arbeitnehmerschaft trotz Lockdown arbeiten konnte. Schnapsbrennereien stellten mit ihren Anlagen Desinfektionsmittel her. Bekleidungsunternehmen fertigten Schutzmasken. Autobauer modifizierten ihre 3D-Drucker für die Produktion von Beatmungsgeräten. Im Res­ilience Engineering spricht man von »Generic Capabilities«. Es geht darum, vorhandene Instrumente und Fähigkeiten außerhalb ihrer eigentlichen Zweckbestimmung zu nutzen, um schnell reagieren zu können. Je mehr generische Fähig­keiten und Ressourcen Organisationen zur Verfügung haben, desto agiler können sie eine Resilienz-Strategie umsetzen. Wie die flexible Anpassung oft hochspezialisierter Prozesse gelingt, weiß man am Fraunhofer-Institut für Produktions­technologie IPT in Aachen. Dort hatten die Forschenden vier Wochen Zeit, um gemeinsam mit Partnern für die Moss GmbH eine Produktionsanlage für sogenannte MNS-Masken aufzubauen. Und das zum Großteil aus dem Homeoffice he­raus und in parallelen Arbeitsschritten. 40 000 der dringend benötigten zertifizierten chirurgischen Masken produziert das Unternehmen, das eigentlich großformatige Textildrucke für Werbezwecke herstellt, dort nun täglich. Derzeit befinden sich weitere Anlagen im Bau, die Produktionskapazitäten von mehreren Millionen Masken pro Woche erreichen sollen.

Digital Engineering

Digitales Engineering ist der Schlüssel zu mehr Flexibilität in unsicheren Zeiten. »Wir müssen uns darauf einstellen, die Produktion immer wieder hoch- und runterzufahren, wenn regionale Lockdowns Lieferketten unterbrechen, Personal oder Rohstoffe fehlen«, sagt Prof. Julia Arlinghaus, Leiterin Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF. Doch man­che Produktionsstätten können nicht einfach ausgeschaltet werden. Fernwartung ist eine Möglichkeit, um den Betrieb aufrechtzuerhalten. »Wir erstellen einen digitalen Zwilling der Anlage, sodass man im Ernstfall nicht erst eine Bestandsauf­nahme machen muss, sondern alle relevanten Informationen verfügbar hat«, erklärt die Produktionsexpertin. So lässt sich in Echtzeit und ortsunabhängig simulieren, wie man die Produktion effizient umstellen kann.

Wo Lieferketten versagen oder die Nachfrage nach bestimm­ten Produkten sprunghaft ansteigt, hilft auch 3D-Druck. Druckdateien lassen sich einfach online teilen und jeder kann vor Ort schnell das herstellen, was gebraucht wird. Dr. Philipp Imgrund von der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produk­tionstechnologien IAPT in Hamburg ist überzeugt: »Durch die Corona-Pandemie wurde deutlich, dass uns die additive Fertigung resilienter in Krisen macht. Wir können flexibler auf neue Situationen reagieren und Engpässe – etwa bei Schutzausrüstung oder Komponenten für Beatmungsgeräte – schneller überwinden. In den letzten Monaten gab es zahl­reiche Initiativen, wo 3D-Druck schnell Hilfe leistete.« Künftig könnte es also zum Wettbewerbsvorteil werden, 3D-Druck standardmäßig in die Produktionsprozesse zu integrieren.

© Fraunhofer / Philipp Horak
Titanilla Komenda ist Robotik-Ingenieurin bei Fraunhofer Austria. Sie erwartet, dass durch die Krise Automatisierung und Robotik einen großen Schub erhalten werden.

Automatisierung und Robotik

Beschleunigt haben sich weltweit auch die Entwicklungen in der Automatisierung und Robotik. In China waren etwa kontaktlose Lieferroboter und Desinfektionsroboter während der Pandemie besonders gefragt. Die Volksrepublik ist auch für Industrieroboter der weltgrößte Absatzmarkt. Doch noch ist die Roboterdichte im Vergleich zu Mitarbeitenden im Produktionssektor eher gering: Auf 10 000 Produzierende kommen 140 Roboter. In Deutschland sind es 338 Roboter, in Singapur schon 831.

Dass sich in puncto Flexibilität für die hiesige Produktion mit der Robotik neue Wege auftun, ist sich Titanilla Komen­da sicher. Die Wienerin forscht bei Fraunhofer Austria an Einsatzfeldern für kollaborative Robotik in der Produktion. »Sogenannte Cobots lassen bisherige Schutzzäune hinter sich und interagieren enger mit Menschen. Sie bieten die große Chance, Produktionssysteme flexibler zu gestalten, weil man mit ihnen den Automatisierungsgrad situationsbedingt anpassen kann«, erklärt die junge Forscherin. »Zum Beispiel stieg während der Pandemie der Bedarf an Schutzmasken und Desinfektionsmitteln, wodurch sehr schnell ein hoher Automatisierungsgrad gefragt war. Wenn die Nachfrage sinkt und wieder kleinere Stückzahlen benötigt werden, erlauben Cobots den Unternehmen, sich flexibel darauf einzustellen.« So können Menschen die Roboter einfach umprogrammieren und ihnen so erlauben, viele verschiedene Arbeitsschritte zu übernehmen. Das erfordert vor allem eine intuitivere Pro­grammierung als bisher. Komendas Ziel ist es, dass Roboter künftig so leicht wie ein Akkuschrauber zu bedienen und umzuprogrammieren sind. Dass dies noch eine Weile dauern könnte, liegt vor allem an den hohen Sicherheitsanforderun­gen für die Roboter-Mensch-Kollaboration.