Die Einführung von neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstellen wie etwa Datenbrillen könnte einen wertvollen Beitrag leisten, die vielerorts steigende Komplexität in Produktion und Logistik zu bewältigen. Um kleinen und mittleren Unternehmen das Potenzial dieser Technologien aufzuzeigen, wurde im Rahmen des vom BMWi geförderten Forschungsprojektes 4.0 Ready ein Kompendium entwickelt, das einen Überblick über vorhandene Assistenzsysteme gibt. Im weiteren Projektverlauf werden zudem Reifegradmodelle entwickelt, mit denen Unternehmen die interaktiven Helfer systematisch integrieren können.

Bild: Ubimax GmbH

Die zunehmende Kundenorientierung in der Industrie und im Dienstleistungssektor führt zu einer steigenden Anzahl an Produktvarianten, welche mit speziell angepassten Produktionsprozessen sowie Material- und Informationsflüssen einhergehen. Die Folge ist eine zunehmende Komplexität in Produktion und Logistik sowie ein höherer Ressourcenaufwand. Dies ohne Effizienzverlust zu bewältigen, fällt vielen kleinen und mittleren Fertigungsbetrieben (KMU) schwer. Die digitale Vernetzung im Sinn einer Smart Factory bietet die Chance, über neue Mensch-Maschine-Schnittstellen die Komplexität in den Griff zu bekommen. Durch die digitale Verfügbarkeit aller benötigten Daten und deren Verarbeitung in Echtzeit über Informations- und Kommunikationstechnologien sind Informationen schneller und in einer höheren Qualität verfügbar. Dies kann zu einer höheren Prozessgeschwindigkeit und -güte führen.

Den Systemnutzen quantifizieren

Gerade interaktive Assistenzsysteme wie Datenbrillen oder -handschuhe stellen den Anwendern in dem Zusammenhang zusätzliche Informationen, Anweisungen oder Handlungsempfehlungen bereit. Viele KMU sind sich der Bedeutung dieser Technologien durchaus bewusst, zögern jedoch bei der Einführung. Ein Grund dafür liegt womöglich darin, dass sich der Nutzen der interaktiven Assistenzsysteme nicht genau abschätzen lässt. Zudem können die Risiken der Einführung und Anwendung dieser Systeme wie Fehlbedienung, fehlende Mitarbeiterakzeptanz und Cyber-Angriffe nicht systematisch bewertet werden. Entscheidet sich ein KMU für die Einführung eines solchen Systems, fehlt es oft am Methodenwissen, wie das möglichst reibungslos zu organisieren ist. Auch die Anforderungen an Technologie, Organisation und Mensch sind unklar.

Digitale Fähigkeitsverstärker

Zu den interaktiven Assistenzsystemen zählen mobile Endgeräte oder Wearable Computer, die mit einer Rückkopplungseinheit zur Ausgabe von visuellen, akustischen und auch haptischen Informationen mit dem Anwender verbunden sind. Dabei kann die Rückkopplungseinheit auch in einem Wearable Computer, also ein am Körper getragenes Computersystem, integriert sein. Beispiele für interaktive Assistenzsysteme sind Datenbrillen, Headsets, Datenuhren, Unterarmcomputer – sofern sie eine Rückkopplungseinheit integriert haben – oder RFID-Handschuhe und Sensor-Armbänder – ohne eigene Rückkopplungseinheit. Diese Assistenzsysteme können als Fähigkeitsverstärker im industriellen Umfeld verstanden werden, die eine Verarbeitung von relevanten Daten in Echtzeit unterstützen. Die Datenverarbeitung unterstützt Mitarbeiter bei ihren Entscheidungen und beschleunigt so die Arbeitsabläufe in Produktion und Logistik. Weniger Fehler im Prozess und eine validere Dokumentation bieten Zusatznutzen.

Vernetzt zum Cyberphysischen System

Die Steckbriefe des Technologie-Kompendiums liefern einen Überblick über vorhandene interaktive Assistenzsysteme sowie deren technologischen und organisatorischen Eigenschaften. Bild: IPH/IPRI

Zur schnellen Kommunikation der interaktiven Assistenzsysteme untereinander lassen sich diese in cyberphysische Systeme einbinden, die mit eingebetteter Software und Elektronik über Sensoren und Aktoren die Schnittstelle zwischen der virtuellen und der realen Welt herstellen. Mit dem Einsatz von mehreren interaktiven Assistenzsystemen steht dem Anwender die Möglichkeit offen, Augmented Reality – also eine Überlappung und Erweiterung der Realität um zusätzliche Informationen – in seine Arbeitsabläufe zu integrieren. Der höchste Nutzen solcher Assistenzsysteme wird nach einer durch das IPRI und IPH durchgeführten Fragebogenstudie in der Logistik, speziell der Kommissionierung, gesehen. So können über Datenbrillen Informationen für die folgenden Kommissioniervorgänge zur Verfügung gestellt werden. Dies wird beispielsweise über eine Navigation durch die Gänge sowie eine ortssensitive Annotation, also der Einblendung des Regalfachs im Sichtfeld, durch das Tracking des Kopfes oder Auges ermöglicht. Somit lassen sich Kommissionierprozesse beschleunigen und Kontrollen automatisieren. Des Weiteren könnten solche Systeme in der Wartung und im Service, der Montage und zu Schulungszwecken zum Einsatz kommen.

Überblick zu verfügbaren Assistenzsystemen

Um besonders kleinen und mittleren Unternehmen einen Überblick über bestehende Technologien interaktiver Assistenzsysteme zu bieten, wurde im Rahmen einer Recherche ein Technologie-Kompendium erstellt und im Internet veröffentlicht. Innerhalb des Kompendiums werden der Nutzen und die Hemmnisse bei der Einführung dieser Systeme beschrieben. Der Fokus der Publikation liegt auf der Darstellung der unterschiedlichen Anwendungsfelder jeder Technologie. So eignen sich Datenbrillen für die Kommissionierung, wogegen Unterarmcomputer den Anwender bei Kommissioniervorgängen womöglich stören und daher vor allem Instandhalter unterstützen. Des Weiteren beinhaltet das Kompendium Streckbriefe zur Beschreibung und Klassifizierung der interaktiven Assistenzsysteme. Es werden unter anderem die Robustheit, die Preis- und Gewichtsspanne, der Anlernaufwand, Verbindungsstandards und die Nutzerbeeinträchtigung beschrieben. Zudem werden mögliche Ein- oder Ausgabegeräte und die Art der Objektidentifikation dargestellt. Für Praxisnähe soll eine Auflistung der Anbieter von Hardware und Software für die Produktions- und Logistikumgebung sorgen.

Ratgeber zur Systemeinführung

Das Forschungsprojekt verfolgt weitere Ziele: Die Anforderungen an die Einführung der charakterisierten Assistenzsysteme werden identifiziert und den Gestaltungsbereichen Technik, Organisation und Personal zugeordnet. So ist die Bereitstellung der Hard- und Software aber auch die Schulung der Mitarbeiter im Umgang mit der Technologie und die Anpassung der Arbeitspläne erforderlich. Um die Technologien mithilfe von Entwicklungspfaden einführen zu können, werden ermittelte Anforderungen verschiedenen Reifegradstufen zugeordnet. Zusammen ergibt sich so ein Reifegradmodell. Dabei beinhaltet jede Stufe spezifische Anforderungen, welche erfüllt werden müssen, um die nächst höhere Stufe zu erreichen. In der Stufe 1 wird beispielsweise der experimentelle Einsatz erfasst. Hier ist die Art der Objektidentifikation festzulegen und in Gesprächen sowie Schulungen die Mitarbeiter über den Nutzen der Technologie zu informieren. Organisatorische Eingriffe fallen an dieser Stelle nicht an. Wird jedoch eine höhere Reifegradstufe angestrebt – etwa der umfassende Einsatz verschiedener Technologien – sind auch die Arbeitspläne anzupassen. Daraufhin lassen sich Maßnahmen und Kennzahlen festlegen, die dabei helfen, die Anforderungen zu erreichen und zu bewerten. Das zu entwickelnde Reifegradmodell soll Anwender somit umfassend dabei unterstützen, interaktive Assistenzsysteme mit überschaubarem Aufwand und zielgerichtet zu planen und zu steuern.

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