Mensch-Maschine-Interaktion

Einführung
Durch die Digitalisierung können Daten und Informationen zum Teil in Echtzeit mehreren Personen zur Verfügung gestellt werden, um steuernde Eingriffe und Zustandsüberwachung zu unterstützen. Dies lässt viele Fragen aufkommen, z.B. wer hat die Verantwortlichkeit über den Prozess der Maschine.

Szenario
„Im vordigitalen Industriezeitalter hatte eine Fachkraft die Verantwortlichkeit und Zugriff für den Maschinen-einsatz; die Maschine war von äußeren Einflüssen abgeschottet. Durch die heutige Digitalisierung findet eine zunehmende Vernetzung der Maschinen und Systeme statt. Dies bedeutet, dass immer mehr Akteure gleichzeitig mit unterschiedlichen Verantwortlichkeiten auf die Maschinen zugreifen können und müssen. Dies erschwert, aber gleichzeitig die Ausführung, Zuordnung, Koordinierung und Nachvollziehbarkeit von Ent-scheidungen und Aktionen innerhalb des Systems. Hier muss eine koordinierte Kooperation zwischen dem Hersteller der Maschine, den Anbietern von begleitenden Dienstleistungen (z.B. Inbetriebnahme, Wartung und Reparatur der Maschine) und von Diensten (z.B. die Durchführung von Software-Updates oder die Auswertung und Visualisierung der Betriebsdaten) sowie den Betreibern und Bedienern der Maschine hergestellt werden.“

In diesem Szenario sind neben dem Maschinenbediener weitere Akteure beteiligt: Dienstanbieter, Betreiber, Hersteller und verschiedene autonom agierende Systeme. Des Weiteren müssen in einer produzierenden Industrie auch Dienst- und Produktionsleistungen berücksichtigt werden. 

Themenpaten

• Professor Dr.-Ing. Thomas Herrmann
• Dr.-Ing. Stefan Lutherdt

Einführung 
Selbstlernende adaptive Systeme, die in fahrerlosen Transportsystemen (FTS) eingesetzt werden, könnten autonom und kooperativ logistische Aufgaben lösen und Mitarbeiter bei der Arbeit unterstützen. Adaptivität steht hier für ein sich selbstständig anpassendes und optimierendes System.

Szenario 
Das Zukunftsszenarios beinhaltet den Einsatz selbstlernender, autonomer, fahrerloser Transportsysteme (FTS) als Serviceroboter in der Produktion:
„Das FTS folgt keinen festen Fahrspuren, sondern bewegt sich frei und eigenständig auf den Verkehrswegen in der Fabrikanlage und hält dabei die betrieblichen Verkehrsregeln ein. Es weicht Menschen und Objekten auf seinem Fahrweg aus und umfährt bzw. überholt sie, wenn dies sicher möglich ist. Wenn notwendig, wird dafür auch kurzfristig der Verkehrsweg verlassen. Je nach Last und Verkehr hält das FTS eine angemessene Geschwindigkeit ein. Das Fahrzeug nimmt seine Transportgüter eigenständig von Logistikflächen auf und stellt sie ebenso eigenständig auf den entsprechenden Zielflächen ab.“

In diesem Szenario sind neben dem FTS weitere Objekte und Menschen enthalten. Diese sollten in die Ableitung von Anforderungen miteinbezogen werden. 

Themenpaten

• Professorin Dr.-Ing. Verena Nitsch
• Dr.-Ing. Matthias Vette-Steinkamp
• Dipl.-Ing. Katrin Schilling

Einführung 
Mit dem üblichen Computer wird die Interaktion weiterhin auf einen Bildschirm mit nur zwei Dimensionen beschränkt. Durch AR (Augmented Reality) und VR (Virtual Reality) können Informationen und Interaktionen direkt mit realen Gegenständen verknüpft werden. So lassen sich bestehende Arbeitsprozesse erleichtern, anreichern, oder völlig neu denken. 

Szenario
„Bei Störungen an einer Maschine bekommt der Werker vor Ort mithilfe einer AR-Brille Hinweise und Informationen für die Beseitigung der Störung eingeblendet. Diese Informationen stammen von einem spezialisierten Techniker aus einer technischen Zentrale. Dabei bewegt sich dieser in der VR und hat für die Analyse der Problematik den digitalen Zwilling des gestörten Gerätes vor sich. Für beide Anwender in diesem Szenario erfolgt die (bidirektionale) Steuerung des Assistenzsystems mithilfe von Sprachbefehlen, Gesten und Eyetracking.“ 

Das Szenario beinhaltet den Einsatz von Virtual Reality (VR) bzw. Augmented Reality (AR) in der Wartung. Es geht sowohl um eine intelligente Unterstützung vor Ort bei Ausnahmesituationen als auch um den entfernten (remote) Servicetechniker, der sich virtuell im Umfeld des Wartungsfalls bewegt (aufsetzend auf einem digitalen Zwilling).

Themenpaten

• Dipl.-Ing. Katrin Schilling
• Jun.-Professor Dr.-Ing. Benjamin Weyers

Einführung 
Bisher sind Bedieneroberfläche einer Anlage eher funktionsorientiert entwickelt, doch der Nutzer arbeitet aufgabenorientiert. Zur Gestaltung der MMS ist es daher wichtig sich auf die menschlichen Fähigkeiten und deren Grenzen bei der Nutzung dieser Schnittstellen zu fokussieren. Ebenfalls Unterschiede zwischen Kulturen, Milieus, Generationen, Akzeptanz und Bildungsniveaus sind zu berücksichtigen.

Szenario
„In der digitalen Fabrik der Zukunft kann die Fachkraft z. B. die Mensch-Maschine-Schnittstelle der Maschine individuell anpassen und von einer bereits bekannten Maschine an eine andere, neue Maschine „mitnehmen“. Eine bestimmte Qualifikation vorausgesetzt, kann sie auch Sicherheitsvorkehrungen auf-heben, die für ungeübte Bediener gedacht sind. Für Geräte unterschiedlicher Hersteller kann sie sich eine ähnliche Bedienoberfläche einstellen, um Umstellungen und Fehlbedienungen zu vermeiden. Zu-dem erhöht sich über die eingesparte Eingewöhnungszeit die Produktivität. Bei der Erstbedienung einer Maschine wird der Werker interaktiv und spielerisch in die Bedienelemente eingeführt, wie er es von seinem Videospiel an der Spielekonsole gewohnt ist. Dabei kann er bekannte Strategien oder das Look-and-Feel von anderen genutzten HMI portieren und integrieren.“

Das Szenario beinhaltet die Anpassung der Mensch-Maschinen-Schnittstelle (MMS) an die Anforderungen, die aus den unterschiedlichen Kontexten der Anwender entstehen.

Themenpaten

• Dr.-Ing. Tanja Döring
• Dr.-Ing. Stefan Lutherdt

Einführung
Durch den ansteigenden Fachkräftemangel fallen immer mehr ExpertInnen weg, die neue MitarbeiterInnen an einem System einarbeiten können. Oder ein System hat sich durch die Digitalisierung so stark verändert, dass kein WissensträgerIn im Unternehmen ist. Das Szenario geht darauf ein, dass die Mitarbeiter*Innen von der Maschine selbst eingelernt werden.

Szenario
„Der Bediener/Bedienerin erlernt den Umgang mit der Maschine an ihr selbst und wird dabei von adaptiven Assistenzsystemen geführt. Je nach seinem Kenntnisstand, Lernfortschritt und seinen Fähigkeiten bekommt er Zugriff auf die einzelnen Funktionen. Ein wichtiges Lernziel ist der Erwerb eines Grundlagenwissens zu Mechanik, Elektronik und Softwaretechnik, um über das reine Einsatzwissen hinaus auch ein Grundverständnis für die Abläufe und Zustände der Maschine zu entwickeln. Vermittelt wird aber nicht nur das abstrakte Wissen zur Funktionsweise der Maschine, sondern auch die Fähigkeit, sie tatsächlich in allen Zuständen richtig führen und bedienen zu können, um auch in Ausnahmesituationen angemessen reagieren zu können. Dieses Wissen bzw. diese Erfahrungen hat einen eigenen, anerkannten Wert und wird auch durch Zertifikate bestätigt.“ 

Bei der Identifizierung der Gestaltungsbedarfe ist darauf zu achten, dass die unterschiedlichen kulturellen Aspekte der Unternehmen in den Prozess mit eingebunden werden sollten.

Themenpaten

• Dr. Jürgen Klippert
• Jun.-Professor Dr.-Ing. Benjamin Weyers

Einführung 
Neue digitale Technologien bergen auch immer neue Sicherheitsrisiken. Verantwortliche konnten keine Erfahrung sammeln und somit angemessen auf eine Notsituation reagieren. Hier ist zu überlegen, wie ein Assistenzsystem über eine MMS Verantwortlichen Unterstützung in solchen Fällen bieten kann.

Szenario
In einem Betrieb mit Maschinen, Anlagen, Fahrertransportsystemen und Robotern kann es immer zu unvorhergesehenen Störungen und Ausnahmesituationen kommen. In diesen Fällen müssen die anwesenden Bediener und Wartungstechniker unter Zeitdruck, unter hohem Stress und häufig mit unvollständigen Informationen zur Fehlerursache und zum Systemzustand schnell und angemessen reagieren, um Gefahr für Leib und Leben abzuwenden und um materielle Schäden zu verhindern. Je seltener die Fälle auftreten, desto weniger vorbereitet sind die Mitarbeiter in der Regel. Assistenzsysteme könnten in solchen Fällen Unterstützung beim sach-gerechten Umgang mit der Situation leisten.

Das Szenario beinhaltet die Überlegung, dass der verantwortliche Mitarbeiter durch ein Assistenzsystem in seiner Entscheidung in Notsituationen unterstützt werden kann.

Themenpaten

• Dipl-Ing André Noubissi
  
• Dr.-Ing. Matthias Vette-Steinkamp

Einführung
MitarbeiterInnen im Fertigungsumfeld werden immer mobiler. Gleichzeitig werden die Maschinen und Systeme immer intelligenter und generieren immer mehr Informationen. Darauf basierend haben sich die VDE-Experten überlegt, wie eine Smartwatch in einem Fertigungsumfeld eingesetzt werden kann, um die Interaktion in solchen Fällen zu unterstützen. 

Szenario
Ein Mitarbeiter trägt als Unterstützung zur Verwaltung seiner Aufgaben eine Smartwatch zugeschnitten auf sein Tätigkeitsfeld. Über die Smartwatch erhält er wichtige Mitteilungen (von einfachen Informationen bis zu systemkritischen Informationen wie z. B. Maschinenstillstand). Dies ermöglicht dem Facharbeiter unter anderem Aufgaben anzunehmen, zu zuweisen, sowie Aufgabenstatus zu verfolgen und zu ändern. Dies erlaubt eine schnellere Organisation des Teams, was zu einer Effizienzsteigerung führen kann, z.B. kann bei einem Maschinenstillstand schnell abgefragt werden, wer verfügbar ist und sich der Aufgabe annehmen kann. Ebenfalls werden Fertigungsschritte, die eine einfache Interaktion verlangen (z.B. Barcode scannen, Foto aufnehmen usw.) auch mittels Smartwatch absolviert und dokumentiert.

Bei der Identifizierung der Gestaltungsbedarfe ist drauf zu achten, dass die Smartwatch auch zum Teil privat genutzt wird.

Themenpaten

• Dipl-Ing André Noubissi
• Dr.-Ing. Stefan Lutherdt

Die VDE-Expertengruppe befasst sich mit der Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle für neue digitale Technologien am Arbeitsplatz in der Produktion. Hierbei wird besonders auf die Interaktion zwischen Mensch und Maschine geachtet, wobei der Mensch im Mittelpunkt steht. 

Unter anderem selbstlernenden, adaptiven Systemen (z.B. fahrerlose Transportsysteme), VR/AR, Smartwatch, Künstliche Intelligenz usw.

• Die Kooperation mehrerer Nutzer in unterschiedlichen Rollen (Hersteller, Dienstanbieter, Betreiber) beim Maschineneinsatz 
• Der Umgang mit selbstlernenden, adaptiven Systemen am Beispiel fahrerloser Transportsysteme 
• Der Umgang mit Unterschieden zwischen Kulturen, Milieus, Generationen, Bildungsniveaus, Überforderungsschwellen
• Die Maschine als Lernort  
• Intelligente Unterstützung in Ausnahmesituationen
• Smartwatches im Fertigungsumfeld 
• Gestaltungsrahmen für die Ethik von Künstlicher Intelligenz in der Produktionsumgebung 

Auf Basis der Szenarios werden Gestaltungsbedarfe, Lösungsansätze sowie Anforderungen identifiziert. Die sich daraus ableitenden Ergebnisse fließen unter anderem ein in die Überarbeitung der EU-Maschinenrichtlinie, neue Normenwerke sowie Handlungsempfehlungen für die Politik. 

Um den mannigfaltigen Bedarf für eine reibungslose Schnittstelle zwischen Menschen und Maschine für digital Fabriken decken zu können, besteht die Gruppe aus  Expert*innen aus den unterschiedlichsten Disziplinen, wie z.B. Psychologie, Arbeitswissenschaft, Biomechatronik, Informations- und Technikmanagement und mehr. 

Bitte wenden Sie sich an unsere Expertin Jessica Fritz, die für die Gruppe verantwortlich ist.

Sie ist als Gutachterin und Beraterin in zahlreichen Ausschüssen und Beiräten tätig, u. a. im Programmausschuss „Robotik und Automation“ des DLR Raumfahrtmanagements, im Fachbeirat des Forschungsinstituts für Betriebliche Bildung und im Programmkomitee der Tagung „Mensch und Computer“. Zu ihren Forschungs-schwerpunkten zählt die menschengerechte Mensch-Technik Interaktion in teil- und hochautomatisierten Arbeitssystemen sowie die Natural User Interface Gestaltung. Für ihre Forschungsarbeit wurde sie national und international ausgezeichnet. 

In ihrer Forschungsarbeit beschäftigt sie sich mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle in der vernetzten Fabrik sowie der Interaktion mit Daten und Informationen im Produktionskontext. 

Er ist Gründungsmitglied des deutschen Robotik-Verbandes e.V. und verantwortet dort die Arbeitsgruppe Forschungskoordination und Weiterbildung. Mit seiner Arbeitsgruppe forscht er an Methoden zur Fertigung, Montage und Demontage industrieller Produkte unter besonderer Berücksichtigung der Einsparung von Ressourcen, Energieverbrauch und Co2-Emissionen, sowie den Möglichkeiten der Kreislaufwirtschaft.

Er hat Angewandte Informatik an der Universität Duisburg-Essen studiert und anschließend im Bereich der formalen Modellierung für die Entwicklung interaktiver Systeme promoviert (Diplom 2008, Promotion 2011). Seine primären Interessen in der Forschung und Lehre liegen in der wissenschaftlichen Entwicklung und Untersuchung interaktiver Systeme mit dem spezifischen Fokus auf der Verwendung von Virtual und Augmented Reality Technologie in alltäglichen Arbeitskontexten und Arbeitsumgebungen.