Teilefertigung mit eingeschränkter Personenzahl

Eines der zentralen Elemente der europäischen Industrieproduktion ist die Herstellung von Fertigteilen aus Rohmaterial. Selbst in hochautomatisierten Szenarien erfordern die Prozesse der Teilefertigung (z. B. Fräsen) immer noch menschliche Interaktion. In den Fabriken werden menschliche Arbeitskräfte benötigt, um eine gleichmäßige Fertigung und eine hohe Qualität der Teile zu gewährleisten. Aufgrund dieser Abhängigkeit ist die Teilefertigung sehr anfällig für Situationen, in denen es zu einem Arbeitskräftemangel kommt, wie z. B. bei Pandemien wie dem letzten COVID-19-Ausbruch. Neue Formen der Telearbeit auf der Grundlage interaktiver Systeme, die Visualisierungs- und Kommunikationstechnologien, kollaborative Roboter, schnelle Internetverbindungen und die Fernsteuerung von Werkzeugmaschinen umfassen, haben das Potenzial, diese Herausforderungen zu bewältigen. Im Projekt "PartReWork" wollen wir herausfinden, wie solche Modi und Systeme gestaltet sein müssen, um Aufgaben zwischen Telearbeitern und Mitarbeitern vor Ort zu teilen. Wir verwenden einen interdisziplinären Ansatz zwischenFertigungstechnik, Ergonomie/Human Factors und Mensch-Computer-Interaktion, um herauszufinden, wie das Konzept des Human-Centered Design (HCD) gestaltet werden muss. Nach der Beschreibung von Anwendungsszenarien werden wir den Benutzerkontext spezifizieren und Anforderungen identifizieren. Danach werden wir Lösungen für die Zusammenarbeit entwickeln und diese evaluieren. Schließlich werden die Ergebnisse verallgemeinert, um ein Rahmenwerk zu bilden, das Richtlinien für Hersteller zur teilweisen Verlagerung von Vor-Ort-Fertigungsaufgaben in die Telearbeit bietet.

Die Teilefertigung ist ein zentraler Bereich der industriellen Produktion, in der Produkte durch Verfahren wie Drehen und Fräsen hergestellt werden. Trotz zunehmender Automatisierung erfordert sie weiterhin kontinuierliche menschliche Intervention, etwa für Maschineneinrichtung, Prozessüberwachung, Wartung und Qualitätskontrolle. Diese Abhängigkeit von qualifiziertem Personal macht Produktionssysteme besonders anfällig für Personaleinschränkungen, wie sie etwa durch Pandemien oder den Fachkräftemangel entstehen können. Visualisierungstechnologien, Kommunikationssysteme, kollaborative Robotik sowie Lösungen für Fernzugriff und -steuerung bieten das Potenzial, diese Herausforderungen zu adressieren. Sie ermöglichen die Entwicklung von Telekollaborationsmodi, die Personalengpässe abfedern können. Im Projekt "PartReWork" wurde untersucht, wie Telearbeit systematisch in die Teilefertigung integriert werden kann. Ziel des Projekts war die Gestaltung und Validierung von Remote-Kollaborationsmodi auf Basis menschzentrierter Designprinzipien. Dazu gehörten die Aufgabenanalyse zur Identifikation der Telearbeitseignung verschiedener Tätigkeiten, die Aufgabenumgestaltung zur Neuverteilung zwischen Vor-Ort- und Telearbeit sowie die Sicherstellung der Nutzerfreundlichkeit durch menschenzentrierte Designmethoden. Zur Umsetzung wurden Anwendungsszenarien mit unterschiedlichen Automatisierungsgraden definiert, technische Systeme modelliert und Aufgabenabläufe analysiert sowie hinsichtlich ihrer Telearbeitseignung bewertet. Auf Grundlage funktionaler und nicht funktionaler Anforderungen entstanden Designlösungen für Kollaborationsmodi, die Fernunterstützung, Fernwartung und Fernsteuerung vereinen. Storyboards und Wireframes dienten zur Visualisierung komplexer Integrationsszenarien und ermöglichten die Ableitung technischer Anforderungen mit menschenzentriertem Fokus. Iterativ wurden sowohl Implementierungen mit reduziertem Entwicklungsaufwand auf Basis bestehender Infrastruktur als auch fortgeschrittene Integrationslösungen entwickelt. Die umgesetzten Ansätze erlauben unter anderem die Erfassung von Display- und Bedienpanelinformationen unabhängig vom Automatisierungsgrad und ohne direkten Eingriff in die Maschinensteuerung. Die Evaluation erfolgte über kontrollierte Nutzerstudien, Nutzerfreundlichkeitsbewertungen und Messungen der operativen Leistungsfähigkeit. Die Validierung in verschiedenen experimentellen Szenarien zeigte, dass die manuell benötigte Vor-Ort-Zeit um 36 % reduziert werden konnte, während die Produktivität mit 99,6 % bis 99,9 % nahezu konstant blieb. In Multi-Maschinen-Versuchen konnten zudem Laufwege um 50 % reduziert werden, und Assistenzversuche zeigten eine deutliche Verkürzung der Assistenzdauer. Die Projektergebnisse wurden in ein generalisiertes Framework überführt, das eine Methodik zur Integration von Telearbeit bietet. Das Framework berücksichtigt unmittelbare Implementierungsanforderungen und langfristige Entwicklungsperspektiven. Die Ergebnisse zeigen, dass Telearbeit in der Fertigung keine traditionellen Arbeitsabläufe ersetzt, aber wichtige Möglichkeiten bietet, Produktionssysteme an betriebliche Herausforderungen wie Arbeitskräftemangel anzupassen.