Alternde Gesellschaft fordert von der Industrie einen gewaltigen Umdenkprozess Assistenzsysteme federn demografischen Wandel ab

Alternde Gesellschaft fordert von der Industrie einen gewaltigen Umdenkprozess

Assistenzsysteme federn demografischen Wandel ab

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Gewaltige Umdenkprozesse stehen der Industrie in Zukunft bevor – so muss sie sich beispielsweise auf eine immer älter werdende Belegschaft und individueller werdende Produkte einstellen. Hier helfen Assistenzsysteme: Physische Systeme entlasten die Mitarbeiter bei körperlicher Arbeit, informationstechnische Systeme führen sie durch die immer komplexer werdenden Prozesse. Und auf lange Sicht sollen die Assistenzsysteme sogar über eine gewisse Intelligenz verfügen.

Gesellschaftliche Herausforderungen zwingen Unternehmen zum Umdenken. Denn die Kunden wünschen sich immer individuellere Produkte, zugeschnitten auf ihre ganz besonderen Bedürfnisse. Dieser Wunsch ist jedoch nur dann zu erfüllen, wenn die Produktionsmittel, also beispielsweise die Maschinen, entsprechend flexibel sind. Was diese Flexibilität angeht, ist der Mensch den Maschinen gegenüber deutlich im Vorteil. Eine weitere Herausforderung liegt im demografischen Wandel: Die Mitarbeiter werden zunehmend älter. Die Unternehmen brauchen daher Unterstützungssysteme, mit denen die Mitarbeiter den Arbeitsanforderungen bis ins hohe Alter gerecht werden können.

Dabei sehen sich die Unternehmen vielen Fragen gegenüber: Wie lassen sich die Produkte möglichst ressourcen- und energiesparend herstellen? Wie kann man die Effizienz steigern? Und wie den Menschen so in die Produktion einbinden, dass er möglichst wenig belastet wird und die Arbeit bis ins hohe Alter ausführen kann? Die Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt die Industrie bei diesen Fragen und arbeitet an einer Lösung für eine sogenannte „E3-Fabrik“. E3 steht dabei für die Begriffe Emissionsneutralität, Effizienz und Ergonomie in der Produktion der Zukunft. Was die Ergonomie angeht, so können hier die Assistenztechnologien vieles verbessern.
Individuellere Produkte und ältere Belegschaft
Die Verbraucher verlangen nach mehr Individualisierung. Jeder möchte ein perfekt auf ihn zugeschnittenes und passendes Produkt erwerben. Die Produktion wird folglich immer individueller, die Variantenvielfalt steigt. Als Folge nehmen die Losgrößen ab, also die Anzahl der Produkte des selben Typs. Das führt dazu, dass ein Werker nicht immer die gleiche Handbewegung macht, sondern ständig eine andere Tätigkeit ausführen muss. Diese hohe Variantenvielfalt ist aus dem Kopf heraus kaum noch zu beherrschen. Der Werker führt seine Arbeitsschritte daher anhand von Papierunterlagen aus – eine Situation, die alles andere als ergonomisch ist. Ein weiteres Manko: Es schleichen sich dabei immer wieder Fehler ein, denn anhand der Papierunterlagen ist es kaum möglich, alle Teile gänzlich fehlerfrei zu montieren. Kurzum: Dem Menschen wird eine sehr viel höhere Flexibilität und Komplexität seiner Tätigkeit abverlangt als noch vor einigen Jahren.
Auch die demografische Entwicklung stellt die Industrie vor Herausforderungen. Die Menschen werden immer älter, und es gibt zu wenige Kinder. Für Industriebetriebe heißt das: Es stehen zunehmend Arbeitnehmer zur Verfügung, die älter sind als noch vor zehn Jahren. Die Industriebetriebe sehen sich also einer immer älter werdenden Belegschaft gegenüber. Die Frage, die sich aus der Sicht der Produktionstechnik stellt: Welche Voraussetzungen können wir schaffen, um die älteren Mitarbeiter zu entlasten, so dass sie ihre Arbeit auch mit 67 Jahren noch ausführen können?
Im Fraunhofer IFF widmen sich die Forscher daher dem Thema, intelligente Arbeitssysteme zu schaffen. Diese unterstützen den Beschäftigten unmittelbar dabei, seine Tätigkeit auszuführen. Die Vorteile: Der Arbeitsplatz wird ergonomischer und die Effizienz sowie die Qualität der Produkte wird gesteigert. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen physischen, informationstechnischen und kognitiven Assistenzsystemen. Während die physischen Systeme den Mitarbeitern das Heben schwerer oder sperriger Lasten abnehmen, führen die informationstechnischen Systeme die Werker beispielsweise mit Hilfe der virtuellen Realität durch ständig abgewandelte Montageprozesse. Die kognitiven Systeme wiederum sind Assistenzsysteme, die selbst entscheiden und ableiten können, welche Hilfe der Werker braucht – sie haben also eine gewisse Intelligenz.
So verschieden diese Assistenzsysteme auch sind, eines ist ihnen gemein: Dreh- und Angelpunkt bei allen Systemen ist und bleibt der Mensch. Der Mitarbeiter steht also nach wie vor im Mittelpunkt. So hebt zwar der Roboter, aber der Mensch interagiert mit ihm und führt ihn. Denn der Mensch ist der Technik in vielen Punkten weit überlegen: So hat er deutlich die Nase vorn, wenn es darum geht, flexibel auf Probleme zu reagieren. Die Technik allerdings bringt Vorteile, wenn es um Präzision und Fehlerfreiheit geht. Mit den Assistenzsystemen vereint man die Vorteile von Mensch und Technik: Bestimmte Arbeitsschritte laufen schneller, Ressourcen werden geschont und Fehler frühzeitig erkannt.
IT-Systeme assistieren in der Montage
Schleichen sich während der Montage von Baugruppen Fehler ein, kann dies schwerwiegende Folgen haben. So auch beim Aufbau von Spannsystemen bei der Kolbus GmbH, einem Hersteller von Buchbindereimaschinen. Hier werden mittels CNC-Bearbeitungsmaschinen eine Vielzahl verschiedener Bauteile mechanisch spanend bearbeitet. Die Teilevielfalt erfordert individuell aufgebaute Spannsysteme, welche die Bauteile während des Bearbeitungsprozesses aufnehmen und halten. Für den Aufbau dieser individuellen Spannsysteme ist Handarbeit angesagt: Die Mitarbeiter müssen spezielle Spannsysteme aus Standardkomponenten manuell zusammenbauen, in die sie dann die Rohteile einsetzen, bevor diese in der CNC-Maschine bearbeitet werden. Unterläuft den Mitarbeitern bei der Montage jedoch ein Fehler, kann dies zu einem Defekt an der Maschine führen – und sie schlimmstenfalls für längere Zeit lahmlegen.
Hier hilft ein visuelles Assistenzsystem, das am Fraunhofer IFF im Auftrag der Kolbus GmbH entwickelt wurde. Es unterstützt den Werker während der komplexen Montage und hilft ihm somit, Fehler zu vermeiden. Das System basiert auf der virtuellen Realität: Es gleicht die reale Montagesituation jeweils mit den digitalen Bauplänen ab und überlagert beide Informationen virtuell. Der Werker sieht auf einem Bildschirm sowohl die reale als auch die vorgegebene Montagesituation.
Andere informationstechnische Assistenzsysteme aus dem Hause IFF untersuchen fertig montierte Bauteile, etwa Flugzeugrumpfschalen und Turbinenkomponenten, und spüren Fehler auf. Diese Systeme werden als Prüfassistenten bezeichnet. Kombiniert man die beiden Assistenzsysteme, könnte man die Mitarbeiter bereits bei der Montage der Rumpfschalen unterstützen. Fehler würden vermieden – und sollte sich doch der Fehlerteufel einschleichen, werden diese Fehler unmittelbar erkannt und der Mitarbeiter kann sie selbstständig beheben. Andernfalls erforderliche Prüfaufwände könnten entsprechend reduziert werden. Dazu entwickelt das Fraunhofer IFF entsprechende Technologien: Sie ermöglichen es, präventiv wirkende informationstechnische Assistenzsysteme mit Prüfassistenten zu kombinieren – und das auch in großen Arbeitsräumen.
Assistenzsysteme „mit Köpfchen“
Momentan entwickeln die Forscher am Fraunhofer IFF physische und informationstechnische Assistenzsysteme. Langfristig angelegte Forschungsarbeiten streben Systeme an, die zudem über Intelligenz verfügen. Das Ergebnis wäre ein intelligentes, kognitives Assistenzsystem, das selbstständig erkennt, welche Unterstützung der Mitarbeiter braucht. Denn das hängt nicht nur von seinem Ausbildungsstand und seiner körperlichen Fitness ab, sondern auch von der jeweiligen Tagesform. Wie müde ist der Werker? Braucht er mehr Pausen als sonst?
Bisher ist die Unterstützung für alle Nutzer gleich. Künftig soll jedoch jeder Mitarbeiter exakt die Hilfe bekommen, die er in eben diesem Moment auch benötigt. Dazu analysiert das System, wie schnell der Werker momentan arbeitet und wie viele Fehler er macht. Anhand dieser Indikatoren und dem Erfahrungswissen aus vorhergehenden Ereignissen passt es sich der Tagesform des Werkers an. Geht es um körperliche Assistenz, sollen die Systeme jedoch auch die körperlich fitten Mitarbeiter unterstützen, so dass diese erst gar keine körperlichen Beschwerden entwickeln.
Um solche intelligenten Systeme zu entwickeln, braucht es eine interdisziplinäre Zusammenarbeit – und zwar nicht nur wie bisher zwischen Informatikern, Maschinenbauern, Elektrotechnikern und Mathematikern, sondern auch mit Arbeitswissenschaftlern, Arbeitsmedizinern und Arbeitspsychologen. Wie berücksichtigt man verschiedene Geschlechter und Altersgruppen? Welche Formen der Unterstützung akzeptieren die Mitarbeiter eher als andere? Dabei darf man die Assistenzsysteme nicht isoliert sehen, sondern muss vielmehr physische und informationstechnische Ansätze miteinander kombinieren.
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF www.iff-fraunhofer.de

Der Autor

3554729

Dr.-Ing. Dirk Berndt leitet das Geschäftsfeld Mess- und Prüftechnik am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg
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