Der „Augmented Worker“: Wie digitale Technologien Ihre Belegschaft stärken können

Die Geschichte der Fertigung lässt sich ohne Weiteres als Geschichte der Automatisierung erzählen. Von Webstühlen über automatisierte Montage bis hin zu intelligenten Cobots – seit Jahrhunderten finden Hersteller Wege, menschliche Arbeit in großem Maßstab nachzubilden.

Wenn man jedoch ausschließlich in Begriffen der Automatisierung denkt, wird das Gesamtbild nicht vollständig erfasst. In den meisten Fällen haben neue Technologien den Menschen unterstützt und ihnen ermöglicht, effizienter, sicherer und präziser zu arbeiten. Dies gilt insbesondere im Zeitalter von Industrie 4.0, in dem neue digitale Technologien jeden Aspekt der Fertigungsarbeit verbessern.

Dieser Prozess der Leistungssteigerung bei menschlichen Arbeitskräften wird als „Augmentation“ bezeichnet. Da Forschung und Erfahrung immer wieder gezeigt haben, dass die besten Lösungen diejenigen sind, die die Fähigkeiten der Mitarbeiter in der Fertigung erweitern, steht eines fest:

Die Zukunft der Fertigung liegt in der Augmentierung.

Dieser Leitfaden bietet Ihnen einen Überblick über Augmentation in der Fertigung – ihre Technologien, Anwendungsfälle und Grundsätze. Wir definieren, was Augmentation im Kontext der Fertigung bedeutet, erläutern, warum die Fertigungsindustrie gerade jetzt Augmentation benötigt, und geben einen Überblick über die verschiedenen Technologien und Anwendungen, die die Mitarbeiter in der Fertigung bereits heute unterstützen.

Was versteht man unter „Worker Augmentation“?

Im Zusammenhang mit der Fertigung bezeichnet der Begriff „Worker Augmentation“ den Einsatz von Technologie zur Verbesserung der Arbeitsweise von Mitarbeitern. Augmentative Technologien sind integrativ und unterstützend.

Mit „integriert“ meinen wir, dass sie einen natürlichen, unauffälligen Bestandteil der Arbeitsumgebung darstellen. Und mit „unterstützend“ meinen wir, dass sie einige der Faktoren vereinfachen oder kontrollieren, die zu einer verminderten Leistungsfähigkeit des Menschen beitragen. Letztendlich ermöglichen es unterstützende Technologien den Mitarbeitern, spezialisiertere Aufgaben mit größerer Sorgfalt auszuführen.

Es gibt eine Vielzahl von Augmentationsformen, und Augmentationstechnologien können sowohl bei körperlicher als auch bei geistiger Arbeit Unterstützung bieten. Die heutigen Augmentationstechnologien verfügen über intelligentere, intuitivere Schnittstellen und zeichnen sich durch eine nahtlose Integration in die Fertigungsumgebung aus.

Augmentative Technologien können vielfältige Formen annehmen. Das Beispiel, das die meisten Hersteller mit Augmentation in Verbindung bringen, sind Augmented-Reality-Headsets – visuelle Displays, die machine learning, KI und andere Formen der Kontextanalyse nutzen, um neue Informationen in das Sichtfeld des Trägers einzublenden.

Doch dies sind bei weitem nicht die einzigen Technologien zur Kommunikationsunterstützung

Weitere Beispiele sind Umwelt- und Bioinformatik-Sensoren, die Umgebungsbedingungen und die Gesundheit der Mitarbeiter in Echtzeit überwachen und diese warnen, wenn eine potenzielle Gefahr besteht. Es gibt Computervision , die während der Arbeit mit den Bedienern interagieren. Unter Augmentation können auch Technologien verstanden werden, die die kognitive Belastung eines Arbeitnehmers verringern, wie beispielsweise die Echtzeit-Datenerfassung und -analyse oder interaktive Arbeitsanweisungen. Augmentation kann so einfach sein wie IoT Inline-Qualitätsprüfungen oder so komplex wie künstliche Realität.

Wenn wir von Augmentation sprechen, meinen wir all diese Technologien und noch vieles mehr. Wir meinen damit jedes externe, unterstützende System, das es Herstellern ermöglicht, ihre Arbeit besser, effizienter und sicherer zu erledigen.

Augmentation verändert die Arbeitswelt

Eine weitere Möglichkeit, „augmented work“ zu definieren, besteht darin, diese Arbeit als eine Tätigkeit zu beschreiben, bei der digitale Technologien in den Fertigungsprozess integriert werden, um die Art und Weise, wie diese Arbeit ausgeführt wird, weiterzuentwickeln. In diesem Fall verändert der Einsatz neuer digitaler Technologien tatsächlich den Charakter der Fertigungsarbeit.

Unabhängig davon, ob digitale Technologien die Mitarbeiter unterstützen oder ihre Arbeitsweise verändern – Hersteller nutzen bereits heute Augmentationstechnologien, um sich entscheidende Wettbewerbsvorteile zu verschaffen. Die Leistungssteigerungen lassen sich sowohl aus menschlicher Perspektive messen – durch verbesserte Konzentration, angenehmere Arbeitsbedingungen, innovativeres Denken und langfristiges Wohlbefinden der Mitarbeiter – als auch anhand von Produktionszielen und KPIs: weniger Fehler, höhere Qualität, höherer Durchsatz, schnellere Umrüstzeiten und weniger Ausfallzeiten.

Die Leitidee der Augmentation besteht darin, dass sich Verbesserungen der menschlichen Leistungsfähigkeit in einer besseren Produktionsleistung niederschlagen.

Warum gerade jetzt eine Augmentation?

Es gibt drei Faktoren, die dazu beitragen, dass gerade jetzt eine Aufstockung erforderlich ist.

Erstens sieht sich die Fertigungsindustrie mit einem zunehmenden Arbeitskräftemangel konfrontiert. Für das kommende Jahrzehnt prognostizieren Forschungsinstitute, dass 2,2 Millionen Stellen in der Fertigungsindustrie unbesetzt bleiben werden. Dies ist vor allem auf das zurückzuführen, was Forscher als Qualifikationslücke bezeichnen, also die Diskrepanz zwischen den für moderne Fertigungsaufgaben erforderlichen Qualifikationen und den auf dem Arbeitsmarkt vorhandenen Qualifikationen.

Zweitens verändert sich die Arbeit in der Fertigung in immer schnellerem Tempo. Die Arbeitsmittel haben sich jedoch nicht schnell genug weiterentwickelt, um den Beschäftigten dabei zu helfen, auf dem Laufenden zu bleiben. Die Veränderungen in der Arbeitswelt haben zu einer Situation geführt, in der die Komplexität der Aufgaben das Risiko menschlicher Leistungsschwächen erhöht. Dies gilt insbesondere für die Mitarbeiter an der Produktionsfront, die mit Montageaufgaben und der Wartung von Maschinen betraut sind, die zu komplex oder zu variabel sind, um automatisiert zu werden. Dies gilt gleichermaßen für Fertigungsingenieure, von denen zunehmend erwartet wird, dass sie Aufgaben übernehmen, die zuvor von Softwareentwicklern, IT-Fachkräften oder Datenwissenschaftlern ausgeführt wurden.

Schließlich ist eine Automatisierung für viele Fertigungsanwendungen nach wie vor nicht realisierbar. Automatisierung kann unerschwinglich teuer sein. Sie lässt sich nur schwer skalieren. Und ironischerweise ist sie arbeitsintensiv. (Jemand muss all diese Roboterarme betreuen, programmieren und warten.) Wie Forbes kürzlich feststellte: „Komplexität, Volumen und Gewinnspanne wirken auf unterschiedliche Weise zusammen und schließen den Einsatz von Robotern in vielen Anwendungsbereichen aus.“

Versuche der vollständigen Automatisierung erinnern uns daran, dass Menschen trotz all ihrer Fehler nach wie vor großartige Maschinen sind. Sie sind intelligent, kreativ, flexibel, anpassungsfähig und in der Lage, zu lernen und innovativ zu sein. Stellt man sie automatisierten Lösungen gegenüber, wird man kaum besser abgestimmte Greifer, „Computer“-Vision (was sind unsere Gehirne denn anderes als weiche Computer?) und echte Intelligenz finden.

All diese Faktoren (eine wachsende Qualifikationslücke, fehleranfällige Arbeitsabläufe und die Herausforderungen der Automatisierung) haben zu einer Situation geführt, in der Hersteller ihre Belegschaft verstärken müssen, um mehr zu erreichen.

Die Lösung für diese Herausforderungen ist, mit anderen Worten, Augmentierung.

Augmentation geht davon aus, dass der Mensch im produzierenden Gewerbe eine zentrale Rolle spielt und dies auch auf absehbare Zeit so bleiben wird. Um jedoch optimale Leistungen erbringen zu können, wird er Unterstützung benötigen.

Die Arbeitsunterstützung ist möglich, da die Fertigungsindustrie einen Wendepunkt in der technologischen Entwicklung erreicht hat.

Das Potenzial dieser Technologie ist zwar groß, doch oft ist sie nicht flexibel genug, damit Hersteller sie an ihre individuellen Herausforderungen anpassen können. So ist es auch im Zeitalter fantastischer digitaler Möglichkeiten nicht ungewöhnlich, dass in der Fertigung noch Papierformulare und Stoppuhren zum Einsatz kommen.

Es gibt einige grundlegende Fortschritte, die im Zusammenspiel eine Vielzahl von Erweiterungsmöglichkeiten eröffnet haben. In diesem Abschnitt werden die grundlegenden Technologien hinter der Augmentierung beleuchtet und Möglichkeiten aufgezeigt, wie Hersteller diese flexibel und individuell anpassbar einsetzen können.

IoT

Die meisten Strategien zur Leistungssteigerung funktionieren, weil sie es Menschen ermöglichen, auf intelligente Weise mit Maschinen zusammenzuarbeiten. Sie reagieren in Echtzeit auf Maschinenausgaben und -zustände und leiten diese Signale an die Bediener weiter, sodass diese fundierte Entscheidungen treffen können. IoT -Konnektivität hat eine solche Kommunikation erst möglich gemacht.

Vielleicht haben Sie den Begriff „vernetzter Mitarbeiter“ sogar schon als Synonym für „unterstützter Mitarbeiter“ gehört. Genau diese IoT ist damit gemeint.

Für Hersteller, die eine Erweiterung ihrer Belegschaft in Betracht ziehen, ist eine IoT (WLAN, Cloud und Sicherheit) ein guter Ansatzpunkt, um Flexibilität und Kommunikation als Grundlage einer Erweiterungsstrategie zu etablieren.

Sensoren

Ein Merkmal moderner assistiver Technologien ist die nahtlose Integration in die Fertigungsumgebung. Dies ist nur möglich, weil Sensoren immer kleiner werden und gleichzeitig an Leistungsfähigkeit gewinnen. Diese flexiblen, reaktionsschnellen Sensoren lassen sich in Kleidung, am Körper oder an Dutzenden von Stellen in einer Produktionsstation anbringen, um die Umgebung zu erfassen und Ereignisse in Echtzeit zu protokollieren. Zunehmend sind diese Sensoren in der Lage, Daten direkt vor Ort zu verarbeiten. Die von den Sensoren gesammelten Daten werden über IoT übertragen, was zu einer Fabrik führt, in der Menschen und Objekte in ständigem „Dialog“ stehen.

Für Hersteller, die Flexibilität wünschen, sollten diese Sensoren sowohl die Leistung von Menschen als auch die von Maschinen messen.

Big Data

Eines der Hauptmerkmale von Augmentative-Technologie ist, dass sie in Echtzeit auf die Handlungen eines Mitarbeiters, die Umgebungsbedingungen oder Maschinendaten reagieren kann. Diese Systeme bündeln die während eines Fertigungsprozesses gesammelten Daten und helfen dabei, diese so zu strukturieren, dass die Fähigkeit des Menschen, Erkenntnisse zu gewinnen, verbessert wird. KI, machine learning und andere algorithmische Technologien zur Vorhersage und Klassifizierung können die Entscheidungsfähigkeit von Bedienern und Ingenieuren verbessern.

Um die menschliche Leistungsfähigkeit zu steigern, muss man die Ursachen menschlicher Fehler verstehen.

Nach Angaben des Energieministeriums sind bis zu 80 % der Arbeitsfehler im industriellen Umfeld auf menschliches Versagen zurückzuführen.

Diese Zahl muss im Kontext betrachtet werden.

Bei der Auswertung jahrzehntelanger Forschungsergebnisse stellte das DOE fest, dass von diesen Fehlern nur 30 % auf menschliches Versagen zurückzuführen waren. Der Rest war auf Arbeitsstrukturen zurückzuführen, die durch „fehleranfällige Situationen“ gekennzeichnet waren, d. h. Situationen, in denen „die Anforderungen der Aufgabe die Fähigkeiten des Einzelnen übersteigen oder in denen die Arbeitsbedingungen die Grenzen der menschlichen Natur verschärfen“.

Das DOE kam zu dem Schluss, dass „menschliches Versagen … nicht allein die Ursache für ein Versagen ist, sondern vielmehr die Folge tiefer liegender Probleme im System. Menschliches Versagen tritt nicht zufällig auf; es steht in einem systematischen Zusammenhang mit den Eigenschaften der Werkzeuge, den von den Menschen ausgeführten Aufgaben und dem Arbeitsumfeld, in dem sie tätig sind.“

Dies ist eine wichtige Erkenntnis. Sie legt nahe, dass viele der traditionellen Ursachen, die wir auf menschliches Versagen zurückführen – Müdigkeit, Konzentrationsschwächen, unzureichende Schulung, schlechte Arbeitsbedingungen – nicht allein auf die menschliche Leistungsfähigkeit zurückzuführen sind. Vielmehr ist gute Leistung das Ergebnis einer guten Systemgestaltung.

Der Bericht fährt fort: „Ganz gleich, wie effizient die Anlagen funktionieren, wie gut die Schulung, die Aufsicht und die Abläufe sind und wie gut der beste Mitarbeiter, Ingenieur oder Manager seine Aufgaben erfüllt – Menschen können nicht besser arbeiten als die Organisation, die sie unterstützt.“

Wie kann also unterstützende Technologie die Voraussetzungen für optimale menschliche Leistungsfähigkeit schaffen? Wie können Unternehmen ihre Mitarbeiter unterstützen und befähigen? Betrachten wir einige häufige Ursachen für Probleme in der Fertigung, um zu verstehen, wie die richtige Technologie Abhilfe schaffen kann.

Müdigkeit

Übermüdete Mitarbeiter neigen dazu, Fehler zu machen. Außerdem sind sie anfälliger für Arbeitsunfälle. Um Müdigkeit entgegenzuwirken, können unterstützende Technologien erkennen, wann ein Mitarbeiter Anzeichen von Müdigkeit zeigt.

In der Fertigung können in Schutzkleidung integrierte wearable erkennen, wenn ein Mitarbeiter beim Heben einer schweren Last eine schlechte Körperhaltung einnimmt (ein Anzeichen für Ermüdung). Bei Mitarbeitern in der Montage fördern digitale Arbeitsanweisungen die Interaktion und tragen dazu bei, das Engagement zu steigern. Wearable können Veränderungen der Körperfunktionen eines Mitarbeiters erkennen, die auf Ermüdung hindeuten, und ihn dazu auffordern, eine Pause einzulegen.

Konzentration

Bei aller Kompetenz neigen menschliche Arbeitskräfte dennoch zu Konzentrationsschwächen. Selbst die besten Mitarbeiter haben mal einen schlechten Tag. Diese Ausrutscher sind oft auf die Besonderheiten der Fertigung zurückzuführen: lange Arbeitszeiten, sich wiederholende Aufgaben und geistig anstrengende Arbeit.

Unterstützende Technologien können dazu beitragen, die Konzentration zu verbessern, indem sie die Mitarbeiter bei ihren Aufgaben motivieren. Einige erreichen dies durch die „Gamifizierung“ der Arbeit, d. h. indem sie Aspekte repetitiver Tätigkeiten in ein Spiel verwandeln, bei dem man ständig mit sich selbst im Wettstreit steht. Andere erreichen dies, indem sie statische Anweisungen durch interaktive Geräte ersetzen.

Sollten dennoch Fehler auftreten, helfen IoT Inline-Qualitätskontrollen den Mitarbeitern dabei, Abweichungen zu erkennen, bevor diese in den nachfolgenden Prozess gelangen.

Schulung

Mitarbeiter müssen oft kurzfristig neue Aufgaben erlernen. Neue Mitarbeiter haben nur wenig Zeit, sich neue Fähigkeiten und Abläufe anzueignen, bevor sie an den Produktionslinien eingesetzt werden. Und die erfahrenen Mitarbeiter, die am besten in der Lage sind, neue Mitarbeiter einzuarbeiten, gehen in rascher Folge in den Ruhestand. All dies trägt dazu bei, dass die Schulungsprogramme nicht so effektiv sind, wie sie sein könnten.

Neue unterstützende Technologien helfen bei der Schulung und Umschulung von Mitarbeitern. So können beispielsweise Schulungs-Apps für die Fertigung neue Mitarbeiter Schritt für Schritt durch einen Prozess führen. Dank medienreicher und interaktiver Schulungsmodule lassen sich diese Apps so gestalten, dass sie allen Lernstilen gerecht werden, und sie helfen den Bedienern, vom ersten Tag an durch praktische Anwendung zu lernen. Darüber hinaus ermöglichen IoT und integrierte Sensoren diesen Apps zu erkennen, ob ein Mitarbeiter die neuen Fertigkeiten korrekt ausführt oder nicht. Dies ermöglicht ein frühzeitiges Eingreifen und stellt sicher, dass die Bediener keine falschen Techniken verinnerlichen.

Steigerung der Produktivität durch digitale Arbeitsanweisungen

Da automatisierte Lösungen die meisten sich wiederholenden, manuellen Aufgaben übernehmen, bleiben den Bedienern jene Montagevorgänge, die für die Automatisierung zu komplex oder zu variabel sind. Dieser Trend wird sich fortsetzen, da der Bedarf an kundenspezifischen Lösungen, kurzen Produktzyklen und einer großen Produktvielfalt bei geringen Stückzahlen weiterhin die Norm bleibt.

Interaktive digitale Arbeitsanweisungen sind eine einfache Möglichkeit, Mitarbeiter bei der Bewältigung dieser Herausforderungen zu unterstützen. Digitale Arbeitsanweisungen führen die Mitarbeiter auf unaufdringliche Weise durch komplexe Prozesse. Dank integrierter Medien wie Videos und Fotos können die Mitarbeiter sehen, wie die einzelnen Schritte in der Fertigungslinie auszuführen sind. IoT wie Lichtschranken und Pick-to-Light-Systeme leiten die Mitarbeiter zu den richtigen Teilen und verhindern so eine Reihe häufiger Montage .

Digitale Arbeitsanweisungen ergänzen die einzigartigen Fähigkeiten des Menschen, indem sie es ihm ermöglichen, sich ganz auf die jeweilige Aufgabe zu konzentrieren.

Fehlervermeidung durch integrierte Qualitätssicherung

Qualitätsabweichungen sind in der Fertigung eine unvermeidbare Tatsache. Zwar ist die Vermeidung von Qualitätsproblemen unerlässlich, doch ist es ebenso wichtig, diese zu erkennen, sobald sie auftreten. Viele Qualitätsfehler sind für den Menschen zu subtil, um sie zu erkennen. Und ein übermüdeter oder abgelenkter Mitarbeiter könnte einen Qualitätsfehler übersehen, wenn er sich bemüht, eine Produktionsquote zu erfüllen.

Moderne Qualitätssysteme gehen davon aus, dass Menschen nicht 100 % aller Qualitätsprobleme erkennen können. Sie ergänzen bestehende Qualitätskontrollen durch IoT wie Waagen, Messschieber und Kameras. Man könnte dies als eine Art digitales „Poka-Yoke“ betrachten. Der entscheidende Unterschied besteht darin, dass diese Werkzeuge zu keinem Zeitpunkt die Arbeit für den Menschen übernehmen. Vielmehr ergänzen und optimieren sie die Kontrollen, die Menschen bereits durchführen, durch erweiterte digitale Funktionen.

Optimierung der Produktion durch Computervision

Computervision eine der spannendsten Technologien, die im digitalen Zeitalter entstanden sind. Durch die Kombination traditioneller Bildverarbeitungstechniken mit fortschrittlichem machine learning künstlicher Intelligenz können Computervision die Handlungen von Bedienern während der Arbeit steuern und analysieren.

Es gibt viele Möglichkeiten, wie Computervision die Arbeit in der Fertigung unterstützen Computervision . Computervision kann Gesten und Bewegungen des Bedieners erkennen und darauf reagieren. Wenn beispielsweise eine bestimmte Handgeste erkannt wird, könnte ein Computervision eine digitale Arbeitsanweisungs-App auslösen, um zum nächsten Schritt überzugehen. Es kann Text und Barcodes lesen sowie Objekte in seinem Sichtfeld identifizieren. Darüber hinaus kann es Abweichungen von der Norm erkennen und kennzeichnen und fungiert so als wachsames Instrument zur Qualitätssicherung.

Verbesserung der Transparenz durch Leistungsüberwachung in Echtzeit

Prozesstransparenz ist für die Prozessoptimierung von entscheidender Bedeutung. Bislang erforderte die Datenanalyse in der Fertigung, dass Daten aus verschiedenen Quellen und Abteilungen zusammengetragen, aggregiert und schließlich anhand der Zahlen Verbesserungsmöglichkeiten ermittelt wurden. Neue digitale Technologien erfassen und analysieren kontinuierlich fließende Fertigungsdatenströme automatisch, sodass Ingenieure Entscheidungen schneller und präziser treffen können. IoT , Fertigungs-Apps und Analyse-Dashboards arbeiten zusammen, um Ingenieuren die aktuellsten Informationen zur Verfügung zu stellen.

Verbesserte Prozesssteuerung durch No Code Apps

Die moderne Fertigung erfordert von Ingenieuren ein hohes Maß an Kontrolle über unterschiedliche Prozesse und Systeme. No-Code-Plattformen für Fertigungsanwendungen bieten Ingenieuren die Möglichkeit, ihre Maschinen und Mitarbeiter auf neue Weise miteinander zu vernetzen. Die Prämisse von No-Code lautet, dass kein Arbeitsablauf dem anderen gleicht und dass selbst ähnliche Arbeitsabläufe, die vor ähnlichen Herausforderungen stehen, nicht unbedingt mit Standardlösungen bewältigt werden können. Durch die Entwicklung maßgeschneiderter Anwendungen oder die Anpassung einer Vorlage können Ingenieure Lösungen selbst umsetzen, für die bisher die Unterstützung der IT-Abteilung und des Managements erforderlich war.

Durch den Einsatz von Augmentation können Hersteller ihre bestehende Belegschaft verstärken, ohne dabei auf die Flexibilität und die Kostenvorteile menschlicher Arbeitskraft verzichten zu müssen.

Vor allem bietet es Herstellern die Möglichkeit, die Arbeitsumgebungen der Menschen zu verbessern, um die Arbeitsbedingungen zu optimieren und eine optimale Leistungsfähigkeit zu fördern.

Wenn Sie überlegen, wie Sie Ihre Belegschaft verstärken können, sollten Sie sorgfältig prüfen, in welchen Bereichen Ihres Betriebs Fehler auftreten können und welche Technologien Sie benötigen, um Ihre Arbeitsabläufe erfolgreich zu optimieren.