Wissen und Assistenz in der Produktion

FuE-Trends 2022 / 2023

Der Mensch im Mittelpunkt

Auch wenn Künstliche Intelligenz und autonome Lösungen zunehmend die Fertigung erobern: Ohne qualifizierte Mitarbeitende geht in der Produktion nichts. Und die sind vor dem Hintergrund des demographischen Wandels und des Fachkräftemangels immer schwerer zu kriegen. Daher ist es umso wichtiger, Menschen in der Produktion bestmöglich zu unterstützen, ihr Wissen zu übertragen und ihre Arbeitsfähigkeit möglichst lange zu erhalten.

Mit Rohstoffknappheit, Lieferkettenproblemen und Klimaneutralität steht die Industrie derzeit vor vielen Herausforderungen – aber eine der drängendsten ist der Fachkräftemangel. Denn ohne qualifizierte Kräfte lassen sich auch die anderen Aufgaben nicht angehen. Automatisierte und autonome Systeme können das Problem abfedern, aber nicht lösen, denn: »Jede Automation braucht Fachpersonal, das wesentliche Entscheidungen mit trifft,« urteilt Holger Klempnow, Geschäftsführer der KleRo GmbH Roboterautomation. »Ohne dieses Personal ist in naher Zukunft nicht zu erwarten, dass eine Produktionshalle vernünftig läuft.« Ein wesentlicher Aspekt: Die menschliche Fähigkeit, flexibel auf Störungen und unerwartete oder neue Situationen zu reagieren, lässt sich auch mit KI noch lange nicht technisch nachbilden. Gerade in Krisen- und Ausnahmesituationen sind die Mitarbeitenden daher ein entscheidender Resilienzfaktor.

Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels und eines Wertewandels bei den jüngeren Generationen ist nicht zu erwarten, dass sich das Problem in naher Zukunft entschärft. Daher sind kreative Lösungen zur Personalwerbung, -bindung und -weiterqualifizierung, aber auch zur Unterstützung der vorhandenen Belegschaft gefordert. Es gilt, die Attraktivität von Arbeitsplätzen in der Produktion zu steigern, durch Aufgabenvielfalt und Entscheidungsbefugnis, aber auch durch Reduzierung physischer Belastung. Hochkomplexe, integrierte Technologien müssen für die Bedienenden beherrschbar gemacht werden, auch wenn ihre Ausgangsqualifizierung für den Umgang damit nicht optimal ist. Und das Know-how von Prozessexpertinnen und -experten muss im Unternehmen gesichert und für andere Mitarbeitende zugänglich gemacht werden. 

Menschzentrierte, kontextsensitive Assistenz

Datengestützte Lösungen bieten dazu vielfältige Ansätze. Werden Fertigungsprozesse so komplex, dass durchschnittliche Maschinenbedienende sie nicht mehr nur mit Erfahrungswissen optimal einrichten können, helfen interaktive Assistenzsysteme. Sie schlagen auf Basis von Sensordaten oder Wissen von Spezialistinnen und Spezialisten geeignete Einstellungen vor oder leiten den Menschen kontextsensitiv durch den Prozess. »Dabei sollte die Unterstützung so gestaltet werden, dass die Intelligenz der Mitarbeitenden dennoch genutzt und gefordert wird«, sagt Prof. Schramm von BMW. 

Wird das nicht berücksichtigt, fürchtet man auch bei SCHOTT ein Gefühl der Ohnmacht des Menschen gegenüber dem Prozess. »Wir brauchen die Mitarbeitenden im Prozess, weil sie dort flexibel reagieren können, wo Systeme überfordert sind«, fasst Dr. Trinks zusammen. »Gleichzeitig wollen wir sie mit Hilfe von geeigneten Systemen dabei unterstützen, ihre Aufgaben bestmöglich zu erfüllen und die Prozesse aktiv weiterzuentwickeln. Wir sehen in der kooperativen Zusammenarbeit der Mitarbeitenden mit den Assistenzsystemen den Ansatz, in dem sich beide Seiten lernend weiterentwickeln. Der kreative Anteil und auch die Verantwortung für die Entscheidungen liegen aktuell eindeutig noch auf der Seite des Menschen.«

Direkte versus indirekte Assistenz

Das große Feld der Assistenzsysteme lässt sich grob in zwei Gruppen gliedern. Indirekte Assistenz agiert im Hintergrund, während bei direkter Assistenz eine unmittelbare Mensch-Maschine-Interaktion stattfindet. Indirekte Assistenz ist im Wesentlichen Auswahlhilfe, gestützt auf Datenanalyse. Zur Vorbereitung schwieriger Entscheidungen werden Daten zum Beispiel aus Sensoren in Maschinen intelligent ausgewertet. Als Ergebnis wird eine kontextsensitive Auswahl möglicher Optionen zur Verfügung gestellt. Direkte Assistenz bereitet Informationen mit Modellen und Dashboards so auf, dass Menschen damit arbeiten können – etwa um einen Prozess optimal einzurichten oder eine Anlage zu warten, mit der sie nicht bis zur letzten Schraube vertraut sind. Dabei ist die Herausforderung, die Assistenz so zu gestalten, dass sie intuitiv bedienbar ist und den Menschen, der sie nutzt, weder unter- noch überfordert. 

Am Fraunhofer IPK thematisieren wir beide Formen von Assistenz. Unser Tätigkeitsfeld reicht von Lösungen für semantische Datenvernetzung und -interpretation bis zu situationsgerechten User-Assistenzsystemen für unterschiedlichste Einsatzgebiete. Die Identifikation neuer und gebrauchter Bauteile zur Montagevorbereitung oder für die Wiederverwendung von Altteilen gehört ebenso zum Portfolio wie die Unterstützung von Servicekräften im Wartungseinsatz.

Gesundheit erhalten mit Ergonomieunterstützung

Da es immer schwieriger wird, Nachwuchskräfte für die Produktion zu rekrutieren, unternimmt die Industrie große Anstrengungen, Arbeitsumfelder so zu gestalten, dass erfahrenes Personal darin möglichst lange agieren kann. Ergonomisch optimale Arbeitsbedingungen leisten einen wesentlichen Beitrag, Arbeitskräfte bis in ein hohes Alter in Unternehmen zu halten. 

In diesem Kontext entwickeln wir körpergetragene Sensor- und Robotersysteme zur Ergonomie- und Kraftunterstützung, die Verschleiß und Verletzungen des Bewegungsapparates vorbeugen. Unsere Orthese ErgoJack® nutzt Sensoren zur Bewegungserkennung, um Tragende zu informieren, wenn sie sich ergonomisch kritisch bewegen. Bei Tätigkeiten, in denen keine ergonomische Haltung möglich ist – etwa beim Bearbeiten von Objekten auf Überkopfniveau – helfen kraftunterstützende Exosuits wie PowerGrasp.

Wissensmanagement und Qualifizierung

Das Wissen von Prozessexpertinnen und -experten ist für Unternehmen eine ebenso essenzielle Ressource wie Energie oder das Ausgangsmaterial von Produkten. Dieses Wissen unternehmensweit verfügbar zu machen, setzt effektive Wissensmanagement-Lösungen voraus. Unser Competence Center Wissensmanagement ist dafür eine versierte und erfahrene Anlaufstelle. 

Darüber hinaus erzeugen insbesondere Digitalisierung und Vernetzung sowie deren unternehmensindividuelle Ausgestaltung einen erhöhten Bedarf, Fertigkeiten von Mitarbeitenden weiterzuentwickeln. Hier spielen intuitive Trainingsmethoden eine wichtige Rolle. Technologieorientierte Weiterbildungen sowie Serious Games und realitätsnahe Lernfabriken, in denen Produktionsmanagement- und -steuerungsmethoden interaktiv vermittelt werden, ermöglichen Mitarbeitenden aller Hierarchieebenen, Lerninhalte hautnah zu erleben und gezielt Kompetenzen zu entwickeln. Einige unserer bewährten Formate werden bereits ortsunabhängig virtuell angeboten, weitere werden aktuell virtualisiert. 

Unsere Lösungen für dieses Themenfeld

  • Semantische Datenstrukturen als Basis für intelligente Interpretation
  • Entscheidungsvorbereitung auf Basis automatisierter Datenauswertung
  • Interaktive Assistenzsysteme mit kontextsensitiver Benutzendenführung
  • Ergonomie- und Kraftunterstützung mit körpergetragener Robotik
  • Wissens- und Kompetenzmanagement mit effektiven, systematischen Lösungen
  • Serious Games und Lernfabriken zur Qualifizierung für die digitale Transformation

Drei Fragen an

Dr.-Ing. Volker Trinks

SCHOTT AG

 

Bedienerunabhängige und konstante Qualität durch intelligente Assistenz

FuE-Highlights zu Wissen und Assistenz in der Produktion

Menschen bei der Arbeit im Produktionsumfeld bestmöglich zu unterstützen, ist uns ein zentrales Anliegen. Dafür erforschen und entwickeln wir Assistenz­systeme ebenso wie Qualifizierungsmethoden für veränderte Anforderungen in der Industrie.

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