Japans Antwort auf den Fachkräftemangel: Smart-Factory-Ausbildung an der Universität Kogakuin

Seit dem Aufkommen des Begriffs „Industrie 4.0“ im Jahr 2011 haben sich die dahinterstehenden Technologien wie Cloud Computing, KI und digitale Zwillinge rasant weiterentwickelt. Nun wird die Umsetzung von intelligenter Fertigung vorangetrieben, bei der alle Aspekte der Fertigung digitalisiert werden sollen – vom Produktdesign über die Lieferkette, die Produktion und die Distributionslogistik bis hin zum Vertrieb. Intelligente Fabriken werden sowohl die industrielle Fertigung als auch die Zukunft der Arbeit in der Fertigungsbranche verändern.

Kernidee der intelligenten Fabrik ist eine Optimierung der Planungs- und Fertigungsprozesse durch digitale Technologien wie IIoT, KI und die Cloud. Laut Studien von Deloitte und MAPI ergeben sich daraus eindeutige Vorteile für alle Fertigungsbetriebe. Neben der digitalen Technologie sind intelligente Fabriken jedoch auch auf Arbeitskräfte angewiesen. Diese benötigen die erforderlichen Kompetenzen, um die veränderten Arbeitsbedingungen der Zukunft zu bewältigen. Außerdem müssen sie mit den Geräten und Systemen umgehen können, die eine optimale Nutzung der erfassten Daten ermöglichen.

„Japanische Unternehmen verlagern ihre Fabriken aus Kostengründen in Schwellenländer“, so Professor Hiroto Hamane, Direktor des Manufacturing Support Center an der Universität Kogakuin. „Gleichzeitig wird dieser Trend von politischen Faktoren erheblich gebremst – darunter der Tatsache, dass sie aufgrund der globalen Lage keine Bearbeitungszentren und hochleistungsfähige digitale Werkzeugmaschinen von Japan in Schwellenländer exportieren können.“

Derzeit gewinnen Werkzeuge für die Fertigung aus Deutschland und anderen europäischen Ländern zunehmend Marktanteile, und Unternehmen in anderen Ländern ergreifen Maßnahmen wie die Steigerung der Produktionsraten durch automatisierte Fertigung und den Einsatz von Internet-Technologie“, erklärt Hamane. „Japan neigt jedoch nach wie vor dazu, an traditionellen Fertigungsmethoden festzuhalten, und bleibt in puncto Produktivitätssteigerung weit zurück.“

Die Universität Kogakuin hat 2015 das Manufacturing Support Center gegründet, um Ausbildungsangebote in den Bereichen Verarbeitungstechnik und Sicherheit am Arbeitsplatz anzubieten sowie ingenieurwissenschaftliche Ausbildungsprogramme zu entwickeln und Kreativität zu fördern. Der Professor ist jedoch der Ansicht, dass der Erwerb von Kenntnissen in den Bereichen Planung und Fertigung allein nicht ausreicht, um den Anforderungen der erwarteten Industrie 5.0 gerecht zu werden. Es herrscht ein gravierender Mangel an Fachkräften mit den erforderlichen Kompetenzen, um die intelligenten Fabriken der Zukunft weltweit zu betreiben.

„In Zukunft werden japanische Studierende definitiv bei globalen Unternehmen außerhalb Japans Anstellung finden, daher müssen wir auch Fachkräfte mit dem nötigen Anpassungsvermögen ausbilden“, so Hamane weiter. „Aus diesem Grund hielt ich es für notwendig, unseren Lehrplan zu aktualisieren und zu reformieren. Seit einigen Jahren spielen Deutschland, China und die USA eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung intelligenter Fabriken für Technologien, die eine schnelle Produktion von Halbleitern und Smartphones ermöglichen.“

Laut Hamane seien Fortbildungsmöglichkeiten für Führungskräfte für die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit unerlässlich. Die Universität entwickelte dementsprechend ein Lehrprogramm für die Ausbildung von Führungskräften zur Unterstützung der fünften industriellen Revolution durch die Verwirklichung von intelligenten Fabriken.

Im Jahr 2024 führte die Universität Kogakuin das Modul Smart Factory für Studierende im zweiten Studienjahr ein. Die Kursinhalte umfassen CAD/CAM sowie cloudbasiertes Management, Simulationen, Bearbeitung und Präzisionsprüfung. Durch Schulungen zum internetbasierten Management und Betrieb dieser Prozesse können die Kursteilnehmenden Managementmethoden für reale Produktionsstätten erlernen, wie etwa teamorientierte Produktionsprozesse oder Produktionsmanagement.

Zu diesem Zweck wurde in den Räumlichkeiten auf dem Campus Hachioji ein 5-Achsen-Bearbeitungszentrum installiert, das als virtuelle Fabrik genutzt werden kann. Vom Campus Shinjuku aus ist eine Fernsteuerung und -überwachung der Anlage möglich.

Durch Intensivkurse in kleinen Gruppen lernen Studierende des Lehrprogramms Smart Factory die Geschichte und die Grundlagen von intelligenten Fabriken und Bearbeitungszentren, Basiswissen der gängigen NC/CNC-Programmierung sowie praktische Übungen und sogar Übungen zur Indexierung und simultanen Bearbeitung mit 3- und 5-Achsen-CAM. Von Beginn an lernen alle 160 Studierenden aus jedem Jahrgang den Umgang mit Autodesk Fusion, einer integrierten Softwarelösung für Planungs- und Fertigungsaufgaben. Im Jahre 2025 wurden CNC-Drehkurse für die Serienfertigung eingeführt.

Hochschulen, die in so großem Umfang IIoT-kompatible Bearbeitungszentren und CNC-Drehmaschinen einsetzen, stellen eine weltweite Seltenheit dar und ziehen daher große Aufmerksamkeit auf sich. Das Lehrprogramm wurde vom japanischen Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie im Rahmen seines 2023 initiierten Projekts zur Verbesserung der Bildungsausstattung zertifiziert und gilt als eine wegweisende Initiative zur Verwirklichung des Konzepts der intelligenten Fabrik. Auf der AU 2024 Design & Make-Konferenz von Autodesk erhielten Hamanes Initiativen mit der Verleihung des Preises für Education Excellence bei den Autodesk Design & Make Awards weltweite Anerkennung.

„Die alte Vorstellung eines Maschinenbau-Studiengangs umfasste Drehmaschinen, Fräsmaschinen und das technische Zeichnen von Hand. Allerdings sind diese in den Fertigungshallen – insbesondere in denjenigen von großen Unternehmen – nicht mehr zu finden“, erklärt Hamane. „Inzwischen ist eine Fertigung mithilfe von CAM und Bearbeitungszentren die Norm. Unternehmen fordern zunehmend Studiengänge für Nachwuchskräfte, damit sie nach dem Abschluss entweder solche Fabriken aufbauen und leiten können oder als Mitarbeitende bei globalen Unternehmen diese Art von Projekten managen können. Es kommen immer mehr Besucher aus Unternehmen und anderen Hochschulen, um sich über unser Programm und unsere Einrichtungen zu informieren.“

An der Universität Kogakuin werden Studienprojekte – wie etwa die Solar- und Formel-Rennwagen-Projekte – als eigenständige Fertigungsvorhaben durchgeführt. Bei diesen Projekten wenden Studierende des Fachbereichs Maschinenbau und des Fachbereichs Mechanische Systemtechnik ihre erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten an – wie etwa in den Bereichen Maschinenkonstruktion und -fertigung, 3D-CAD oder Regelungstechnik. Das von Hamane beratene Solar-Rennwagen-Team nimmt an verschiedenen Wettbewerben teil, darunter an der Bridgestone World Solar Challenge (BWSC) in Australien.

„Für mich ist es wichtig, die Individualität der einzelnen Studierenden zu respektieren. Wenn sie an die Universität kommen, haben sie schon eine feste Persönlichkeit entwickelt, die sich nicht mehr ändern lässt“, so Hamane. „Ein Team aufzubauen, funktioniert nicht, wenn man Dinge tut, die einzelne Mitglieder nicht mögen. Man kann nicht allein durch eine Neigung zu einem Thema Weltbester darin werden. Allerdings sollte man sich möglichst schnell für ein Thema entscheiden, das Wohlgefühl, Spaß und die Entfaltung der Originalität sowie die Gewinnung von neuen Erkenntnissen ermöglicht.“

Laut Hamane fördern solche Projekte auch die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft. „Wenn wir zum Beispiel Sonnenkollektoren anfordern, besuchen die Studierenden die Verantwortlichen bei den jeweiligen Unternehmen oder sie kontaktieren ausländische Unternehmen über Zoom.“ Außerdem unterstützte die Universität von Unternehmen organisierte Lernsitzungen und erhielt häufig Anfragen von Start-ups, Erzeugnisse wie etwa einzigartige Bauteile oder Lacke zu testen.

„Die Studierenden von heute gehören einer Generation an, die Zugang zu einer Vielzahl von Informationen hat. Dabei können sie die gefundenen Infos gut sortieren und schnell verinnerlichen“, erklärt der Professor. „Zuerst neigen sie dazu, ihre eigenen Fähigkeiten zu überschätzen und in ihren Gewohnheiten zu verharren. Es wird behauptet, japanische Schüler seien im Vergleich zu ihren ausländischen Altersgenossen eher zurückhaltend. Allerdings schließen sie durch Studienprojekte und andere Aktivitäten Freundschaften mit Menschen aus aller Welt und arbeiten mit ihnen zusammen. Das fördert die persönliche Weiterentwicklung sehr.“

Manche Studierende, die durch diese Projekte Fähigkeiten und Erfahrungen sammeln, erhalten ein Stellenangebot für ihren Traumjob. Unabhängig davon, wo sie beschäftigt sind, können diejenigen, die sich diese neuen Fähigkeiten und Techniken angeeignet haben, nach Abschluss des Studiums in der Fertigungsindustrie arbeiten, ohne durch bisherige Vorgehensweisen eingeschränkt zu sein. Auf diese Weise schafft Bildung eine bessere Zukunft der Arbeit in der Fertigungsindustrie.

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