Der Facharbeiter der Zukunft

Multimodale, aufgabenorientierte Bediensysteme zur flexiblen Mensch-Maschine-Interaktion an Produktionsmaschinen


Abbildung 1: Zukunftsvision der Mehrmaschinenbedienung von Werkzeugmaschinen (© IAW)

Ausgangssituation

Industrie 4.0 beschreibt die Antwort des Produktionssektors auf die derzeitige Herausforderung einer wachsenden Nachfrage nach steigenden Produktionsraten bei gleichzeitig höchster Qualität. Auch die Werkzeugmaschinenbranche stellt sich dieser Herausforderung. Zur Verbesserung von Produktionsprozessen wurden Werkzeugmaschinen zu funktional hochkomplexen Systemen weiterentwickelt. Die Gestaltung der zugehörigen Mensch-Maschine-Schnittstellen wurde dabei bislang vernachlässigt. Studien belegen, dass Facharbeiter hohen kognitiven Belastungen unterliegen, wodurch die Fehleranfälligkeit steigt und die Produktivität des Gesamtprozesses sinkt. Ziel des Forschungsprojekts MaxiMMI ist es, adaptive benutzerzentrierte Interaktionskonzepte für Mensch-Maschine-Schnittstellen zu entwickeln und entsprechende Ansätze in empirischen Studien zu validieren.

Facharbeiter der Zukunft

Gegenwärtig sehen sich Facharbeiter durch die technische Kluft zwischen Maschinenfunktionalität und Steuerungskonzepten mit Arbeitsbedingungen konfrontiert, die zu erhöhten Belastungen führen. Bisweilen existiert nur eine zentrale Bedieneinheit an einer Maschine, die durch die Ortsgebundenheit hinter den neuartigen Anforderungen der Produktion zurück bleibt. Facharbeiter bewältigen zudem zahlreiche Nebenaufgaben, die eine räumliche Mobilität erfordern. Durch die Verwendung von innovativen Technologien lässt sich eine aufgabenangemessene und beanspruchungsoptimale Gestaltung der Informationseingabe und ‑ausgabe realisieren. So können beispielsweise mobile Geräte dazu genutzt werden, die Mensch-Maschine-Interaktion an die Bedürfnisse des Facharbeiters und seine individuellen Fähigkeiten anzupassen. Dadurch lassen sich die Potenziale neuartiger Interaktionskonzepte nutzen, um die Arbeit an Werkzeugmaschinen zu unterstützen.

Technologien 4.0

Basierend auf einem umfassenden Technologiekatalog, welcher relevante Geräte, stationärer und mobiler Art, für die Erweiterung der Mensch-Maschine-Schnittstelle enthält, wurden Technologien identifiziert, die Facharbeiter zukünftig an Werkzeugmaschinen unterstützen können. Die Relevanz der einzelnen Technologie ist stark von der Arbeitsaufgabe abhängig, der Arbeitskontext bildet demnach die Grundlage für die Technologieauswahl. In dem in Abbildung 1 dargestellten Szenario wird vom Facharbeiter ein Arbeitsauftrag an einer Werkzeugmaschine vorbereitet, während die Bearbeitungszustände von weiteren Maschinen zeitgleich überwacht werden.


Abbildung 2: : Technologiekatalog für den Facharbeiter der Zukunft an Werkzeugmaschinen

Für dieses Szenario wurde in einer Zukunftsvision ein Technologiekonzept als Erweiterung der stationären Bedieneinheit (1) eruiert. Mit Kamerasensorik (2), z.B. einer TOF-Kamera kann der Abstand zur Bedieneinheit gemessen und die Anzeige in Abhängigkeit der Distanz an den notwendigen Informationsbedarf angepasst werden. Die Smarte Schutzbrille (3) blendet z.B. Alarme direkt ins Blickfeld ein und misst Ermüdungsindikatoren. Ein Picoprojektor (4) dient dazu, ortsungebunden Eingaben zu tätigen und auf Maschinendaten zuzugreifen. Mittels Smart Textiles (5) können Beanspruchungsindikatoren des Facharbeiters in Echtzeit erfasst werden. Ein Gestenarmband ermöglicht die berührungslose Informationseingabe, bspw. von Stellbewegungen, mittels der Smartwatch kann der Facharbeiter z.B. den Prozessstatus der Maschinen überwachen (6). Visuell wird er durch eine virtuelle Workfloweinblendung oder positionsvariable Zusatzinformationen auf einer Projektionsfolie (7) unterstützt. Die dargestellte Vision des Facharbeiters der Zukunft zeigt die Menge an möglichen technologiegestützten Interaktionskonzepten an. Natürlich darf ein zukünftiger Facharbeiter nicht mit Technologie überfrachtet werden, vielmehr bedarf es einer aufgabenangemessenen Auswahl der Unterstützungsmöglichkeiten, einer sinnvollen Abstimmung des Gesamtinteraktionskonzepts sowie einer ergonomischen Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion. Aus diesem Grund wurde für das Szenario ein Technologiekatalog entwickelt, mit dem eine generische Technologieauswahl auf Basis funktionaler Eigenschaften durchgeführt werden kann (s. Abb. 2).

Fazit und Ausblick

Aktuell bestehen hinsichtlich der Gebrauchstauglichkeit von Werkzeugmaschinensteuerungen Defizite. Das Forschungsprojekt MaxiMMI zeigt, dass durch die sinnvolle Kombination innovativer Interaktionskonzepte auf Basis mobiler Geräte die individuellen Arbeitsbedingungen der Facharbeiter ergonomisch verbessert werden können. Bei der Auslegung des Interaktionskonzepts ist die Gesamtheit durchzuführender Arbeitsaufgaben unter Berücksichtigung des Anwendungskontextes zu erfassen. Die Praxistauglichkeit der zu entwickelnden Interaktionskonzepte wird durch den Technologiekatalog abgesichert.