Individualisierung von Arbeitsgestaltung und Methodentraining durch Smart Devices

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Individualisierung von Arbeitsgestaltung und Methodentraining durch Smart Devices

6. BAuA-Expertenworkshop:

Datenbrillen, Smart Devices und Smart Services

Kirsten Weisner, Dr. Marko Hubrig

(2)

Herausforderung und Motivation

Aktuelles Umfeld produzierender Unternehmen

Auswirkungen auf den Menschen im Produktionsumfeld

Produkt- und Prozessdiversifizierung

[2]

Demografischer Wandel

[1]

Digitalisierung der Arbeit

[3]

Steigende Variabilität der Arbeitsaufgaben

Problemlösungskompetenz/

Adaptionsfähigkeit Neue Qualifikations-

anforderungen

[4,5]

(3)

Projektidee

Einsatz von Smart Devices zur kontextsensitiven Arbeitsunterstützung als neue Komponente des

betrieblichen Gesundheitsmanagements

Analyse von Bewegungs- und Prozessdaten Personenindividuelle

Informationsbereitstellung

Personenindividuelles Mitarbeitertraining

 Ergonomie-Analysen

 Variation von

Bewegungsabläufen

 Ausführungszeiten

 Sicherheits- und Qualitätsdaten

 Prozessdaten

 Warnsignale

 Motorisches Training

 Erhalt der Anpassungsfähigkeit

 Belastungswechsel und -ausgleich

 Präventive Gesundheitsförderung

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Konsortium

Anwendungspartner

Forschungseinrichtungen

• Analyse der Anforderungen an die Arbeitsqualität

• Motion Capturing zur Ermittlung und Validierung motorischer Bewegungsabläufe

• Aufbau der Laborumgebungen

• Adaption des Ansatzes

„differentielles Lernen“

• Entwicklung und Evaluation des Trainingsprogramms zum Erhalt der Anpassungsfähigkeit

• Parameteridentifikation für das Monitoring

• Praxisorientierte Begleitung der Entwicklung des Assistenzsystems

• Evaluation der Feld- und Laboruntersuchungen in der industriellen Anwendung

• Auswahl und Bereitstellung von Referenzprozessen

• Konzept zur Einbindung in das betriebliche Gesundheitsprogramm

Assoziierte Partner

• Verarbeitung und Visualisierung der erfassten Bewegungs- und Prozessparameter

• Softwaretechnische Umsetzung des Assistenzsystems

• Entwicklung/Evaluation des Trainingsprogramms

• Sicherstellung der Akzeptanz und Gebrauchstauglichkeit

• Erfassung der psychischen Belastung

• Durchführung von Feld-/

Laboruntersuchungen

• Kontextsensitive Arbeits- assistenz

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Training operativer Mitarbeiter in der industriellen Produktion

 Training-on-the-job

 Erfahrungsbasiertes Lernen nach Kolb

 Verknüpfung von Arbeits- und Lernumgebung

 Lernen im Prozess der Arbeit (LiPA) bzw. arbeitsorientiertes Lernen

 Coaching, begleitendes Lernen während der Arbeitsausführung

 Training-off-the-job

 Von der Arbeitsumgebung losgelöste Trainingsmaßnahmen

 Planspiele, Workshops, Lernfabriken

Qualifikation vs. Kompetenz Arten der Kompetenzentwicklung Förderprogramme

[11]

[9,10]

(6)

Lernfabriken als partizipative Lehr-/Lernumgebungen

 Aus- und Weiterbildung von Studierenden sowie industriellen Mitarbeiter

 Vermittlung von theoretischem Wissen und Entwicklung von Kompetenzen

 Hoher Immersionsgrad der Lernenden und erleichterter Transfer in den (späteren) beruflichen Alltag

 Schwerpunktthemen sind Lean Management sowie Energie- und Ressourceneffizienz

IFA Lernfabrik IE - Training Centre Prozesslernfabrik CiP

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Begriffsdefinition Flexibilität

 Flexibilität (…) Fähigkeit eines Systems sich an dynamisch wechselnde Umgebungsverhältnisse und (…) geänderten Anforderungen und

Bedingungen best- und schnellstmöglich anzupassen, um auf diese adäquat reagieren zu können [6,7].

hoch gering

hochgering Ausgangssituation Wiederholfestigkeit

(Replikationsfähigkeit) Musterübertragung + Wiederholfestigkeit Musterübertragung

(Rekonfigurationsfähigkeit)

Neuheitsgrad der Aufgabe

Fähigkeit zur variierten Wiederholung Fähigkeit zur systematischen Übertragung

IV III

II I

Änderungsgrad der Rahmenbedingungen ^[8]

(8)

Systemdynamischer Ansatz und Differenzielles Lernen

Zeit

Übung

Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

„Einschleifen und Wiederholen“

Zeit

Übung

Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

AA…A BB…B

CC…C DD…D

…

„Methodische Übungsreihe“

[12]

Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

Z Z Z Z Z Z Z

Zeit

Übung

P12

C4

A₇ R2

E5

Y₂₁ L₁₃ P3

F3

Q1

M B

R N

„Differenzielles Lernen“

[12]

 Förderung der Adaptivität koordinativer Systeme an unterschiedliche Rahmenbedingungen

 Variabilität als Voraussetzung für adaptive und lernfähige Systeme

 Lernen anhand von Differenzen, nicht anhand von Idealbewegungen

 Stabilität einer Bewegung ist die Fähigkeit des neuromuskulären Systems, ständig adaptierend ein individuelles Bewegungsoptimum einzustellen

 Lösungsraum einer Bewegung möglichst offen bzw. individuell

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Zwischenfazit

 Schwerpunkt zahlreicher aktueller Forschungsprojekte ist die Gestaltung und Entwicklung lernförderlicher Arbeits- und Produktionssysteme.

 Im Bereich der Kompetenzentwicklung haben sich zunehmend Lernfabriken als innovative Lehr-/Lernkonzepte etabliert.

 Diese Arbeiten schaffen grundlegende Voraussetzungen für den flexiblen Einsatz der Beschäftigten. Ein gezieltes, systematisches und vom

Arbeitsprozess ausgehendes Training der Flexibilität erfolgt jedoch nicht.

 Im Bereich der Bewegungswissenschaften bestehen Ansätze, welche konkret die Adaptivität koordinativer Systeme fördern.

 Zusätzlich sind die Beschäftigten in geeigneter Form durch technische

Assistenzsysteme individuell zu unterstützen

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Technische Assistenzsysteme

 Assistenzsysteme sind i.d.R. eine gesteuerte technische Einrichtung, die den Nutzer bei der Ausführung seiner jeweiligen Arbeitsaufgabe durch die

Übernahme von (Teil-)Tätigkeiten zielgerichtet unterstützt. [Ludwig]

[14]

[13]

Leichtbauroboter Sensorik

[15]

Smart Wearables/Smart Devices

[16]

17]

[18]

(11)

Referenzprodukt: Piezo-Dieselinjektor von Continental

[Quelle: VW Selbststudienprogramm]

Common Rail System

Piezo-Dieselinjektor

(12)

Einflussfaktoren auf das Referenzarbeitssystem

Technik

hohe Aufgabenvielfalt und Varianz

Interaktion mit Collaborative Robots hoher Anteil manueller

Tätigkeit

Mensch

Mensch Maschine Schnittstelle

Arbeitssystem

hohe Entscheidungsfreiheit des Mitarbeiters (Autonomie)

ergonomische Belastung Job rotation

Sicherheitsanforderungen

Einsatz von Smart Devices

hoher Anlernaufwand bei komplexen Aufgaben

Assistenzsystem

(13)

Anforderungskriterium Vorschlag 1:

Komplettierung von Injektoren

Vorschlag 2:

Demontage Befundung von Injektoren

hohe Aufgabenvielfalt und Varianz + ++

hoher Anteil manueller Tätigkeit (manuell bis semiautomatisch)

++ ++

hoher Anlernaufwand kann durch Assistenzsystem unterstützt werden

+ ++

Interaktion mit Collaborative Robots (Cobots) möglich

++ +

… .. …

Auswahl des Referenzarbeitssystem

 Durchführung einer Informationsbedarfsanalyse

 Identifikation der Informationen, die für eine kontextsensitive Unterstützung der Mitarbeiter erforderlich sind

 Auswahl eines Referenzarbeitsplatzes

in der Injektorfertigung bei Continental Automotive

 Wo können Smart Devices sinnvoll unterstützen?

 Welche Verbesserungen lassen sich dadurch erzielen?

objektiver Informations- bedarf

subjektiver Informations- bedarf

geäußerter Informationsbedarf [Nusselein]

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Assistenzsystem zur Belastungsreduzierung

arbeitsplatzbezogenes Belastungsprofil

Schichtanteil

Arbeitsvorgang 3

20%

Brückenbeispiele/Referenzsituationen arbeitsplatzbezogene Verr

Arbeitsvorgang 1

100%

Arbeitsvorgang 1

60%

Arbeitsvorgang 2

20% echnung

Ableitung eines arbeitsplatzbezogenen Belastungsprofils

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Belastungsprofil „Good example“

Belastungsprofil „Poor example“

Assistenzsystem zur Belastungsreduzierung

Assistenzsystem

zur Belastungsreduzierung

Entlastung

Beispiel:

Reduzierung der Lastenhandhabung durch Einsatz einer Hebehilfe

in der Endverpackung von Injektoren

Einsatz von Smart Devices

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Wesentliche Merkmale des Referenzarbeitssystem

Referenzarbeitsplatz unter Laborbedingungen

 Einsatz innovativer Technologien zur Materialzuführung und Lastenhandhabung, wie z.B. Collaborative Robots, AGV

 Einsatz von Smart Devices zur kontextsensitiven, individuellen Informationsbereitstellung, wie z.B. Smart Watches, Smart Phones

 Einsatz von Sensorik zur Aufnahme und Analyse von Bewegungsdaten

 Anforderung: Reduzierung der physischen Beanspruchung

 Ziel: Optimierung der Bewegungsabläufe

 Einsatz von VR-Technologien soweit wirtschaftlich sinnvoll

Innovatives Trainingskonzept:

Demonstrator mit Smart Device

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Fazit

 Fabriken der Zukunft sind auch im Kontext einer zunehmenden Dynamisierung und Digitalisierung der Arbeitswelt soziotechnische Systeme.

 Zur Erreichung unternehmerischer Ziele ist der flexible Einsatz von Beschäftigten unabdingbar. Für die entsprechenden Qualifizierung der Beschäftigten ist ein innovatives Trainingskonzept zu entwickeln.

 Darüber hinaus gilt es die Beschäftigten durch geeignete technische Assistenzsysteme (individualisiert) während ihrer Arbeitsausführung zu unterstützen.

 Smart Devices bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der industriellen

Praxis. In AIM dienen sie u.a. der individuellen Mitarbeiterunterstützung durch

Qualifizierung und kontextsensitive Informationsbereitstellung.

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Kirsten Weisner, M.Sc.

Technische Universität Dortmund Institut für Produktionssysteme +49 231 755-8265

kirsten.weisner@ips.tu-dortmund.de www.IPS.DO

Dr.-Ing. Marko Hubrig

Continental Automotive GmbH Industrial Engineering Werk +49 3722 400-1266

marko.hubrig@continental-corporation.com www.continental.de

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Literaturverzeichnis

1. https://www.destatis.de/DE/Publikationen/Datenreport/Downloads/Datenreport2013.pdf?__

blob=publicationFile

2. http://bicc-net.de/workspace/uploads/subfeatures/downloads/bicctalk_cps- ictlabs_2013_hahn-524ad62786aaf.pdf

3. Plattform Industrie 4.0 2014a: Neue Chancen für unsere Produktion – 17 Thesen des Wissenschaftlichen Beirats der Plattform Industrie 4.0. Internet: http://www.plattform- i40.de/sites/default/files/140326_Broschuere_Industrie_0.pdf

4. Bundesministerium für Arbeit und Soziales (2015): Grünbuch Industrie 4.0. Berlin 5. Spath, D. (Hrsg.); Ganschar, O.; Gerlach, S.; Hämmerle, M.; Krause, T.; Schlund, S.

(2013): Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0. Stuttgart: Fraunhofer Verlag.

6. Garavelli, C.A. (2003): Flexibility configurations for the supply chain evaluation. Essays of an Information Scientist. In: Journal of Production Economics 85 (2), 141-153.

7. Sethi, A.; Sethi, S. (1990): Flexibility in manufacturing – A survey. In: International Journal of Flexible Manufacturing Systems 2, 289-328.

8. Schlüter, M.; Stodko, I. (2013): Wandlungsfähigkeitstraining für Mitarbeiter in der

manuellen Montage basierend auf Trainingsmethoden aus dem Geräteturnen. Dissertation Universität Ilmenau

9. http://www.rehadat-bildung.de/de/angebote/berufliche-weiterbildung/

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Literaturverzeichnis

10. http://www.livenet.de/lebenshilfe/leben/arbeit/240619- kompetenz_ist_vielfaeltig_und_lernbar.html

11. http://www.bbc.co.uk/education/guides/zn6hyrd/revision/2

12. Schöllhorn, W.; Beckmann, H.; Janssen, D.; Michelbrink, M.: Differenzielles Lehren und Lernen im Sport - Ein alternativer Ansatz für einen effektiven Sportunterricht.

Sportunterricht 58 (2009) 2, S. 36-40

13. http://www.abb.de/cawp/seitp202/f28131de77afd007c1257e210027a3e8.aspx 14. http://www.kuka-

healthcare.com/de/pressevents/news/201304_Weltpremiere_LBR_iiwa.htm 15. http://www.bosch.fr/media/fr/fichiers/communiqu_s_de_presse/ubk/oe/1-BCDS-

21831.jpg?width=2126&height=1535

16. http://www.samsung.com/de/smartphones/galaxy-s7/overview/

17. http://www.chip.de/artikel/Samsung-Gear_Fit-2-Fitness-Tracker-Test_97442035.html 18. http://www.win-10-forum.de/artikel-news/868-microsoft-hololens-technischen-daten-vr-

brille-uberblick.html

19. Nusselein, M.: Inhaltliche Gestaltung eines Data-Warehouse-Systems am Beispiel einer Hochschule (Diss.), Bayrisches Staatsinstitut für Hochschulforschung und

Hochschulplanung. Monographien: Neue Folge, Band 68, München 2003.