Ein Werkerassistenzsystem ist ein technologisches System, das menschliche Arbeiter in industriellen oder Produktionsumgebungen unterstützt. Diese Systeme verbessern die Effizienz, Produktivität und Sicherheit von Beschäftigten. Sie stellen relevante Informationen bereit, helfen bei der Ausführung von Aufgaben oder automatisieren sich wiederholende und ermüdende Tätigkeiten.
Werkerassistenzsysteme können verschiedene Formen annehmen, je nach Anwendungsbereich und Aufgabenstellung. Hier sind einige Beispiele für solche Systeme:
| Typ | Fokus | Beispiel |
|---|---|---|
| Physische Assistenzsysteme | Unterstützung des Muskel-Skelett-Systems bei körperlichen Tätigkeiten | Exoskelette, Tragehilfen |
| Sensorische Assistenzsysteme | Kompensation funktionaler, oft altersbedingter Veränderungen der Sinnesorgane | Augmented-Reality-Brillen |
| Kognitiv unterstützende Assistenzsysteme | Echtzeitnahe Informationsbereitstellung zur Entscheidungsunterstützung | Mobile Endgeräte, interaktive Visualisierungssysteme |
Physische Assistenzsysteme kompensieren körperliche Leistungseinbußen. Dabei reicht die Bandbreite von mechanisch-motorischer Kraftunterstützung und personalisierten Montagearbeitsplätzen für einfache Arbeitssituationen bis hin zu kollaborativen Robotersystemen für hochvariable Produktions- und Montageprozesse.
Fortgeschrittene sensorische Systeme adressieren vor allem hör- und sehbedingte Einschränkungen und bieten eine kombinierte kognitiv-sensorische Unterstützung.
Mobile Endgeräte und interaktive Visualisierungssysteme sind Kernelemente dieser Systeme. Je nach Unterstützungsgrad zielt die funktionale Unterstützung vor allem auf die Reaktions-, Denk-, Erinnerungs- und Schlussfolgerungsfähigkeit der Beschäftigten.
Assistenzsysteme unterstützen den Menschen bei der Ausführung einer Arbeit. Dabei lässt sich die Arbeit in verschiedene Klassen einteilen. In der folgenden Abbildung werden Arbeitstypen nach der Art der Beanspruchung klassifiziert und die einzelnen Aufgabenkomplexitäten zugeordnet. Mit einer solchen Klassifizierung ist der erste Schritt in Richtung Assistenzsystem getan.
Ausgehend von der Klassifizierung der Arbeit lässt sich die passende Art des Assistenzsystems auswählen.
So bietet sich für mechanische oder motorische Arbeiten, bei denen die körperliche Arbeit und Bewegung im Vordergrund steht, die Unterstützung durch Hardware an. Exoskelette oder Tragehilfen entlasten den Menschen bei der Ausführung. Ein Beispiel: Der Werkzeughersteller HILTI bietet ein Exoskelett für Überkopfarbeiten auf der Baustelle an.
Bei reaktiven Aufgaben müssen Informationen aufgenommen und verarbeitet werden. Durch Augmented-Reality-Brillen oder visuelle Führung des Mitarbeiters wird dieser sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Verarbeitung unterstützt. Ein Beispiel sind Montageplätze, die den Mitarbeiter in der Arbeitsdurchführung mit Displays oder anderen visuellen Anzeigen unterstützen. Hier findet sich ein Beispiel für einen solchen Montageplatz.
Bei kombinatorischen Aufgaben müssen Informationen ganzheitlich betrachtet werden, um richtige Entscheidungen treffen zu können. Hier kann ein softwarebasiertes System die Daten analysieren und mit passenden Empfehlungen unterstützen.
Bei kreativen Aufgaben muss aus einer vorhandenen Information eine neue Information erzeugt werden. Diese Art von Arbeit findet beispielsweise in der Rezepturentwicklung in der Lebensmittel-, Chemie- oder Pharmaindustrie statt. Hier werden neue Rezepturen entwickelt, um eine Kundenanforderung zu erfüllen. Andere Anwendungen finden sich in der Produktionsfeinplanung oder Logistikabwicklung.
Automatisierung in der Produktion bezieht sich auf den Einsatz von Maschinen, computergesteuerten Systemen und Technologien, um Produktionsprozesse weitgehend oder vollständig zu automatisieren. Dabei ersetzen oder unterstützen automatisierte Systeme menschliche Arbeitskräfte, um Effizienz, Qualität und Produktivität zu verbessern.
Die Automatisierung kann verschiedene Formen annehmen, von einfachen mechanischen Vorrichtungen bis hin zu hochentwickelten robotergesteuerten Systemen. Sie umfasst die Automatisierung von Arbeitsabläufen, Aufgaben und Prozessen in der Produktion, z. B. die Automatisierung von Maschinen, die Integration einzelner Prozessschritte oder die Vernetzung.
Der Mensch als Teil des Produktionssystems bietet jedoch den Vorteil der Flexibilität. Bei variantenreicher Produktion mit kleinen Losgrößen, komplexen Wirkzusammenhängen (wie in der Chargenfertigung) oder schwer automatisierbaren Fällen ist eine Vollautomatisierung oft nicht möglich, nicht wünschenswert oder aus betriebswirtschaftlicher Sicht einfach nicht rentabel.
In diesen Fällen können Werkerassistenzsysteme den Menschen unterstützen. Dabei kann der Mensch sowohl physisch (z. B. Exoskelette), visuell (z. B. durch Lichtführung in der Montage) oder mit Hilfe von Informationen (z. B. Hinweise zur Prozessführung) unterstützt werden.
Als Beispiel nehmen wir wieder den Werkzeughersteller HILTI. Neben dem oben erwähnten Überkopf-Exoskelett für motorische Tätigkeiten, wird auch ein ein Roboter für Überkopfarbeiten angeboten. Beide Produktionssysteme erfüllen die gleiche Aufgabe. Eine Differenz gibt es bei der Flexibilität. Der Mensch ist dynamisch einsetzbar. Um den Roboter einzusetzen, muss ein digitales Abbild der Baustelle vorliegen, welches genau geplant werden muss.
Die Batch-Produktion ist eine Produktionsmethode, bei der Produkte in bestimmten Chargen oder Losen hergestellt werden. Im Gegensatz zur kontinuierlichen Produktion durchläuft bei der Batch-Produktion jede Charge den gesamten Prozess, bevor die nächste Charge beginnt. Dadurch lässt sich jede Charge individuell einstellen. Häufig werden Rohstoffe verarbeitet, die sehr empfindlich auf Umwelteinflüsse (z.B. Hallentemperaturen) reagieren oder deren Verarbeitbarkeit von Charge zu Charge variieren kann.
Ein typisches Beispiel für die Chargenproduktion findet sich in der Lebensmittelindustrie, insbesondere bei der Herstellung von Backwaren. Hier werden für jede Charge bestimmte Mengen an Zutaten abgemessen und verarbeitet. Abhängig von der Außentemperatur müssen die Kombinationen der Zutaten aufeinander abgestimmt werden. Dies ist eine kombinatorische Aufgabe: Die aktuelle Zutatenliste muss mit der Information über die Außentemperaturen kombiniert werden. Ein Assistenzsystem kann hier unterstützen. Die Empfehlung zur Temperaturanpassung wird dann direkt an den Mitarbeiter weitergegeben.
Bei der Auswahl eines Assistenzsystems muss man verschiedene Anforderungen berücksichtigen, damit das System effektiv und benutzerfreundlich ist.
Die erste Auswahl ergibt sich aus der Klassifizierung des Assistenzsystems als mechanisch/motorisch, reaktiv, kombiniert oder kreativ. Je nach Typ muss Hardware, Hardware und Software oder nur Software beschafft werden. Im Folgenden konzentrieren wir uns auf Software für kombinative und kreative Anwendungen.
Vorhandenes Expertenwissen sollte möglichst einfach und anpassbar digital abgebildet werden können, um das Assistenzsystem richtig aufzusetzen. Neben einfachen Wenn-Dann-Regeln ist es auch sinnvoll, komplexere Kombinationen über eine Skriptsprache wie Java eingeben zu können.
Das System sollte skalierbar und einfach um neue Anlagen erweiterbar sein. Dies kommt dann zum Tragen, wenn das System von einer Linie auf eine andere übertragen werden soll. Wie bei jeder Software spielen auch die Themen Sicherheit und Datenschutz eine Rolle.
Wir bieten mit smartPLAZA eine Software an, mit der sich ein Assistenzsystem modular aufbauen lässt. Prozessparameter lassen sich in Echtzeit abrufen und überwachen. Im Monitoring Modul können Domänenexperten für bestimmte Szenarien direkt Handlungsempfehlungen hinterlegen, welche dem Mitarbeiter an der Linie zur Verfügung gestellt werden. Ebenfalls können in der Software KI-Modelle angelegt werden, um Empfehlungen für Maschineneinstellungen zu generieren. Gerne evaluieren wir gemeinsam mit Ihnen die Anwendungsfälle, wie die Software in Ihrer Produktion unterstützen kann.
Ein Werkerassistenzsystem ist ein technologisches System, das Beschäftigte in industriellen Produktionsumgebungen unterstützt. Es hilft bei der Ausführung von Aufgaben, stellt relevante Informationen bereit oder automatisiert ermüdende Tätigkeiten.
Gängige Beispiele sind physische Assistenzsysteme (zum Beispiel Exoskelette), sensorische Assistenzsysteme (zum Beispiel Augmented-Reality-Brillen) und kognitiv unterstützende Assistenzsysteme (zum Beispiel Software mit Handlungsempfehlungen).
Für kombinatorische und kreative Aufgaben, bei denen Prozessdaten in Echtzeit ausgewertet und in Handlungsempfehlungen übersetzt werden, bietet sich eine modulare Software wie smartPLAZA an. Domänenexperten hinterlegen darin Handlungsempfehlungen für bestimmte Szenarien, zusätzlich lassen sich KI-Modelle für Empfehlungen zu Maschineneinstellungen anlegen.
Werkerassistenzsysteme kommen unter anderem in der Automobilmontage, der Elektronikfertigung, der Lebensmittelproduktion und in der Chemie- und Pharmaindustrie zum Einsatz, überall dort, wo Vollautomatisierung nicht möglich oder nicht wirtschaftlich ist.
Bei der Vollautomatisierung übernehmen Maschinen den Prozess vollständig. Bei einem Werkerassistenzsystem bleibt der Mensch Teil des Prozesses und wird dabei physisch, visuell oder informativ unterstützt. Das ist besonders bei variantenreicher Produktion mit kleinen Losgrößen relevant.
