Wo die Zukunft der Arbeit beginnt

Die Innovationen, die die Arbeitswelt von morgen prägen, entstehen jetzt. Wir haben Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher gefragt, wie ihre Entwicklungen den Arbeitsalltag eines Ingenieurs in den nächsten Jahren verändern könnten. Ihre Antworten und Zukunftsszenarien bilden die Basis für die fiktive Geschichte von Jens Kowalski. Sie spielt im Jahr 2025 in der Arbeitswelt einer Forschungs- und Entwicklungsabteilung der deutschen Industrie.  

Stets zu Diensten und immer höflich – der Serviceroboter Care-O-bot
© Fraunhofer IPA

Stets zu Diensten und immer höflich – der Serviceroboter Care-O-bot

München, 7. Februar 2025. Nach der Mittagspause geht Jens Kowalski* in die lichtdurchflutete Lounge des neuen Bürogebäudes. Seit die Einzelbüros von einer offenen Arbeitslandschaft abgelöst wurden, checkt er seine Nachrichten am liebsten in den bequemen Entspannungssesseln in der Nähe der Cafeteria. Ein Serviceroboter begrüßt ihn: »Hallo Jens, möchtest du wie immer einen doppelten Espresso?« Jens bejaht und der Roboter fährt zum Kaffeeautomaten, um ihm das gewünschte Getränk zu holen. Dann legt der Ingenieur die Füße hoch und klappt das Touch-Display aus der Armlehne des Sessels. Genau wie der Serviceroboter arbeitet auch das IT-System mit Gesichtserkennung und zeigt Jens gleich seine neuesten Nachrichten an. Mit Spannung öffnet er die Mail des Flugzeugherstellers, für den seine Projektgruppe mehrere Bauteile entwickelt hat. Enttäuscht lässt er das Display sinken. Es gibt schlechte Nachrichten.

Jens’ Firma hatte den Auftrag, für den Flugzeughersteller die Türrahmen und die Sitzhalterungen für ein neues Flugzeugmodell zu entwickeln. Mit den Türrahmen ist der Kunde zufrieden, mit der Sitzhalterung allerdings nicht. Der Prototyp hat bei der äußerst strengen Qualitätsprüfung nicht alle Anforderungen bestanden. Wo die Schwachstelle liegt, sieht Jens in den animierten Grafiken.

Die Firma, bei der der 45-Jährige seit zwölf Jahren arbeitet, begann als kleines Start-up für additive Fertigung, bei der Bauteile durch einen schichtweisen, dreidimensionalen Auftrag von Werkstoffen hergestellt werden. Im Gegensatz zu Konkurrenzunternehmen, die nur auf additive Fertigung setzten, hat die Firma additive Fertigungsverfahren mit konventionellen Technologien kombiniert und damit den Durchbruch geschafft. Mit der hybriden Bauweise kann sie Leichtbauteile äußerst kostengünstig produzieren. 

Diskussion mit dem Crowd-Worker am Extended Workdesk. Die gesamte Oberfläche des Schreibtischs ist ein Multi-Touch-Bildschirm.
© Fraunhofer IAO, Ludmilla Parsyak

Diskussion mit dem Crowd-Worker am Extended Workdesk. Die gesamte Oberfläche des Schreibtischs ist ein Multi-Touch-Bildschirm.

Nach dem Lesen der Mail ist die mittägliche Entspannung dahin. Jens geht in eines der kleinen Büros, die den Mitarbeitenden für konzentrierte Arbeiten zur Verfügung stehen. In der neuen Arbeitslandschaft zieht er sich eigentlich nur noch selten in ein abgeschlossenes Büro zurück. Er schätzt die Möglichkeiten zur zwanglosen Kommunikation, die ihm die offenen Bereiche bieten. Doch jetzt braucht er erst einmal Ruhe und ruft die Daten des Projekts auf. Seit langem arbeitet er nicht mehr an dem klassischen Desktop-Arbeitsplatz mit Monitor, Tastatur und Maus, der über Jahrzehnte die Bürowelt prägte. Ihm steht ein Extended Workdesk zur Verfügung. Die gesamte Schreibtischoberfläche ist ein Touchscreen, auf dem er gleichzeitig an Texten, Grafiken und Tabellen arbeitet. Zusätzlich stehen auf dem Schreibtisch zwei Monitore, mit denen er 3D Objekte visualisieren kann. 

Für die Sitzhalterung hatte Jens eine hybride Struktur entwickelt. Die Bodenplatte, die am Flugzeugrumpf festgeschraubt wird, ist im Spritzgussverfahren hergestellt. Die Befestigungselemente für die Sitze hat er nach dem Vorbild eines menschlichen Knochens konstruiert – als feines und trotzdem äußerst stabiles Gerüst, das optimal auf Druck- und Zugbewegungen reagiert. Produziert wird dieses bionische Element in additiver Fertigung aus einer leichten Titanlegierung. Gerade bei den Sitzen, von denen im Flugzeug später rund 500 Stück eingebaut werden, zählt jedes Gramm Gewichtseinsparung, um Treibstoff zu sparen.  

 Interaktiver Projektionstisch ProTable fuer Meeting- und Projekträume.
© U. Völkner, Fotoagentur FOX

Durch Aufprojektion wird ein normaler Konferenz-tisch zur interaktiven Fläche. Eine Spezialbrille ermöglicht die Arbeit mit 3D-Objekten.

Noch am gleichen Nachmittag trifft sich Jens Kowalski mit Martin Kramer und Laura Schneider aus seinem Team zur Besprechung an der Projection Table. Durch ein spezielles Projektionssystem an der Decke können sie das Bauteil auf dem Tisch als virtuelles Modell so darstellen, als ob es tatsächlich dort stünde. Es lässt sich durch die Steuerung sogar drehen und damit von allen Seiten betrachten. Gemeinsam spielen die drei einige Optimierungen durch und lassen an dem Modell gleich die Simulationen laufen. Doch eine zündende Idee haben sie nicht. Daher beschließen sie, die Konstruktion der Sitzhalterung auf einer Crowd-Engineering Plattform im Internet auszuschreiben. In den letzten Jahren haben sich die Crowd-Working Plattformen als wichtiger Wirtschaftsfaktor etabliert. Dort bieten Unternehmen Arbeitsaufträge an – vom Erstellen einfacher Kurztexte bis hin zu anspruchsvollen Engineering-Aufgaben. Möglich wurde diese Art der Arbeitsteilung durch die Digitalisierung, mit der sich Wertschöpfungsprozesse in kleine Schritte zerlegen und auslagern lassen.

In den letzten Jahren haben sich die Crowd-Working-Plattformen als wichtiger Wirtschaftsfaktor etabliert. Dort bieten Unternehmen Arbeitsaufträge an – vom Erstellen einfacher Kurztexte bis hin zu anspruchsvollen Engineering-Aufgaben. Möglich wurde diese Art der Arbeitsteilung durch die Digitalisierung, mit der sich Wertschöpfungsprozesse in kleine Schritte zerlegen und auslagern lassen.

Den ausgeschriebenen Aufträgen steht ein immer größer werdendes Heer von Solo-Selbstständigen gegenüber, die sich für die Arbeitspakete bewerben und auf den Plattformen bewertet werden. Sie arbeiten ohne Mindestlohn und ohne soziale Absicherung. Forderungen der Gewerkschaften, die Crowd-Worker in die gesetzliche Kranken- und Rentenversicherung einzubeziehen, werden seit Langem diskutiert – bislang aber ohne Erfolg.

Jens’ Firma hat durch das Crowd-Engineering schon Kontakt zu äußerst kreativen Köpfen gefunden – und damit auch Geld für die Finanzierung der eigenen Entwicklungsabteilung gespart. Für das Projekt mit der Sitzhalterung haben sich Hanna Keller* und Lukas Schweizer* mit guten Ideen beworben.  

Hanna Keller, 25, ist seit dem Ingenieurstudium als digitale Nomadin auf Weltreise und arbeitet unterwegs gemeinsam mit Webdesignern, Journalisten oder Architekten in Co-Working Spaces. Vor zehn Jahren waren die digitalen Nomaden noch eine exotische Minderheit, heute nutzen viele diese Möglichkeit, um nach dem Studium oder während eines Sabbaticals Geld zu verdienen. 

Lukas Schweizer, 36, war bis vor fünf Jahren mit einem Zeitvertrag in Jens’ Unternehmen beschäftigt. Nachdem der Vertrag nicht verlängert wurde, konnte er sich die Miete in München nicht mehr leisten und zog nach Niederbayern. Im Gegensatz zu Hanna, die intensiv an ihrem digitalen Profil arbeitet, schätzt Lukas die an Exhibitionismus grenzende Selbstvermarktung auf den Crowd-Working-Portalen nicht und nimmt dafür in Kauf, weniger Aufträge zu erhalten. Er kann sich damit gerade so über Wasser halten.

Auch in den Unternehmen ist die Arbeit flexibler geworden. Hierarchien verlieren an Bedeutung. Es zählt der Erfolg in der Projektarbeit. Die Mitarbeitenden sind  in wechselnden Projektteams organisiert und werden von den jeweiligen Projektleitern geführt. Die disziplinarischen Vorgesetzten sind meist nur noch für das Mitarbeitergespräch und die berufliche Weiterentwicklung zuständig. Für die meisten Angestellten ist es nicht mehr erstrebenswert, in der Hierarchie eines Unternehmens aufzusteigen.  

Vor zehn Jahren musste Jens noch einen schriftlichen Antrag stellen, wenn er einen Tag pro Woche im Homeoffice oder unterwegs arbeiten wollte. Heute kann er seine Arbeitszeit weitgehend flexibel gestalten. Der klassische Acht-Stunden-Tag gehört bei Wissensarbeitern wie ihm der Vergangenheit an. Und damit auch das früher sehr beliebte Gleitzeitkonto. Für die 35 Arbeitsstunden, die er dem Arbeitgeber wöchentlich schuldet, gilt die Vertrauensarbeitszeit. Das heißt: Die Arbeitszeit wird nicht mehr durch ein System erfasst.

Führungskräften und Projektleitungen macht die neue flexible Arbeitswelt allerdings das Leben schwer. Sie können nicht mehr davon ausgehen, dass der Mitarbeitende vor Ort ist, um sich ad hoc abzustimmen. Mit der örtlichen Unabhängigkeit wuchs aber gleichzeitig auch die Wertschätzung für persönliche Treffen, was der Meeting-Kultur in den Unternehmen sehr gutgetan hat. Jens nutzt die Freiheit und arbeitet gerne abends zu Hause. So kann er nachmittags auch mal joggen oder sich um seinen Sohn kümmern. Aus der Work-Life-Balance, in der Arbeit und Freizeit strikt voneinander getrennt und gut ausbalanciert waren, ist das Work-Life-Blending geworden. Dieses Verschmelzen von Arbeit und Privatleben geht Jens in stressigen Zeiten aber auch an die Substanz. Dann arbeitet er wesentlich mehr als die vereinbarten 35 Stunden und wälzt Probleme aus der Arbeit auch nachts im Bett.

Um an seinen freien Tagen auch mal abschalten zu können, benutzt Jens seit Kurzem einen Erreichbarkeitsassistenten. Das intelligente Programm kann mithilfe einer speziellen Textverarbeitung, dem Natural Language Processing, feststellen, wie wichtig eine Mail für ihn ist, und sie nach Prioritäten ordnen. Jens kann festlegen, zu welchen Zeiten ihn Nachrichten mit welcher Priorität erreichen.

Über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle kommuniziert der Werker direkt mit dem Roboter, der sich dadurch sensibel auf seinen menschlichen Kollegen einstellen kann.
© raunhofer IAO, Ludmilla Parsyak

Über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle kommuniziert der Werker direkt mit dem Roboter, der sich dadurch sensibel auf seinen menschlichen Kollegen einstellen kann.

Nachdem Hanna und Lukas ihre ersten Entwürfe am Wochenende geschickt haben, optimiert Jens mit ihnen in einem virtuellen Workspace die Sitzhalterung. Um den Kraftfluss in diesem bionischen Bauteil zu berechnen, sind komplexe Simulationen notwendig, die hohe Anforderungen an die Digital-Engineering-Software stellen. In einem wiederholten Austauschprozess finden sie eine Lösung: Die poröse, einem Knochen nachempfundene Struktur ist nun stabiler – bei gleichem Gewicht.

Alle Schritte des iterativen Prozesses sind in der Datenbank festgehalten, damit sie später nachvollziehbar sind, um etwa Fragen aus der Fertigung zu klären. Früher gab es für die einzelnen Anwendungen in der Entwicklung und Fertigung jeweils unterschiedliche Datensilos. Durch die Digital-Engineering-Software sind alle Daten des Bauteils von der Idee bis zu dessen Wartung in einer Plattform verfügbar.

Um sich in die neue Software für das Digital Engineering einzuarbeiten, nutzt Jens ein Tutorial. Bevor er das Programm startet, setzt er ein Stirnband mit einer neuronalen Schnittstelle auf, über die sein Gehirn direkt mit dem Computer kommuniziert. Im Stirnband sind elektrische Sensoren, die wie bei der Elektroenzephalographie EEG die elektrischen Potenzialveränderungen des Gehirns registrieren. Zusätzlich wird über Nahinfrarotspektroskopie gemessen, welche Hirnareale gerade besonders aktiv sind. Beide Informationen werden über einen Algorithmus verarbeitet und geben zum Beispiel Auskunft darüber, wie konzentriert Jens gerade ist. Das Lernprogramm passt aufgrund der Messwerte selbstständig Schnelligkeit und Schwierigkeitsgrad der Aufgaben seiner individuellen Tagesform an.

Auch in der Produktionshalle tragen viele Werker solche Sensoren. Über die Gehirn-Computer-Schnittstellen können die Werker während der Montage direkt mit den Robotern kommunizieren, mit denen sie gerade zusammenarbeiten. So kann sich der kollaborative Roboter immer feinfühliger auf seinen menschlichen Kollegen einstellen, indem er sensibel auf dessen Nutzerabsichten, Emotionen und seine Aufmerksamkeit reagiert, die ihm über die Gehirn-Computer-Schnittstelle mitgeteilt werden. 

Die Digital-Engineering-Software unterstützt Jens auch bei der Erstellung der Daten für die Fertigung der Sitzhalterungen. Die Software hat berechnet, wie die möglichen Fertigungsverfahren bei der Herstellung kombiniert werden. Auf die untere Platte, die im Spritzgussverfahren produziert wird, werden die bionischen Strukturen aufgedruckt, bevor sie im letzten Schritt noch mechanisch nachbearbeitet werden. 

Im Immersive Engineering Lab des Fraunhofer IAO lassen sich virtuelle 3D-Modelle maßstabsgetreu darstellen.
© Fraunhofer IAO, Ludmilla Parsyak

Im Immersive Engineering Lab des Fraunhofer IAO lassen sich virtuelle 3D-Modelle maßstabsgetreu darstellen.

Den gesamten Produktionsablauf kann Jens vorab simulieren. Denn die reale Produktionstechnik ist vollständig auf digitaler Ebene nachgebildet –  in einem digitalen Zwilling. Läuft die Produktion, geben zahlreiche Sensoren den Betriebsstatus der einzelnen Arbeitsstationen kontinuierlich an das System weiter. Durch die Verschmelzung von realer und digitaler Produktion ist ein Gesamtsystem entstanden, das sich im laufenden Betrieb selbst überwacht, steuert und korrigiert.   

Doch bevor die Produktionsplanung anläuft, lässt Jens erst einmal wenige Prototypen fertigen. Zur Begutachtung lädt er die Ingenieure des Kunden persönlich ein. Um zu zeigen, wie die Sitzhalterungen und die Türrahmen in die Gesamtkonstruktion des Flugzeugs eingebettet sind, geht Jens mit dem Kunden in einen Präsentationsraum für virtuelle 3D-Modelle. Nachdem alle ihre 3D-Brillen aufgesetzt haben, erscheint vor ihnen das maßstabsgetreue dreidimensionale Abbild des Sitzes mit seiner Verankerung am Flugzeugrumpf. Die Ingenieure können die Konstruktion von allen Seiten betrachten, Teile virtuell abmontieren und sich beliebige Querschnitte ansehen. Von der Geometrie der Bauteile sind die Besucher nun überzeugt. Jetzt müssen die Prototypen nur noch die Belastungsprüfung im Qualitätslabor des Flugzeugherstellers bestehen.  

Es ist wieder Mittagspause, als Jens die Videobotschaft des Flugzeugherstellers sieht. Die Arbeit hat sich gelohnt. Die Konstruktion der Sitzhalterungen ist akzeptiert. Jens ruft die Kolleginnen und Kollegen des Projektteams in der Cafeteria zusammen. Hier steht schon der Serviceroboter für seinen nächsten Auftrag bereit. Er erkennt die erfreuten Gesichter und weiß, was in so einem Fall gewünscht wird: Er bietet an, aus der Cafeteria drei Gläser Sekt zum Anstoßen zu bringen. 

* Namen von der Redaktion geändert