Smart Workspace. Assistenzsysteme im Kontext der Industrie 4.0

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Vorgehensweise

2 Smart Workspace
2.1 Arbeit und Arbeitsplatz
2.2 Industrie
2.3 Cyber-Physische Systeme

3 Assistenzsysteme
3.1 Physisch-unterstützende Assistenzsysteme
3.2 Psychisch-unterstützende Assistenzsysteme
3.3 Kognitiv-unterstützende Assistenzsysteme
3.4 Interaktion-unterstützende Assistenzsysteme

4 Technologien in der Praxis
4.1 Exoskelette zur physischen Unterstützung
4.2 Datenbrillen zur kognitiven Unterstützung
4.3 Roboter zur interaktiven Unterstützung

5 Schlussbetrachtung

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Die heutige Arbeitswelt befindet sich im Zuge der Digitalisierung in einem kontinuierlichen Wandel.¹ In Folge der Digitalisierung werden viele Tätigkeiten automatisiert. Dies ist jedoch nicht mit einer vollständigen Automatisierung von Arbeitsplätzen gleichzusetzen.² Auch in der zukünftigen Arbeitswelt bleibt der Mensch weiterhin die zentrale Komponente.³ Daraus ergeben sich einige Herausforderungen. Eine davon stellt die Gestaltung von Arbeitsplätzen im Hinblick auf den stattfindenden Strukturwandel dar.⁴ Dieser ist in Deutschland unter anderem durch den demografischen Wandel geprägt.⁵ Fach- und Arbeitskräfte nehmen immer weiter ab.⁶ Zukünftige Arbeitsumgebungen müssen daher so gestaltet werden, dass Menschen aus unterschiedlichsten Altersstufen oder deren Qualifikationsniveau am Arbeitsmarkt mitwirken können.⁷ Mit den neuen digitalen Technologien entstehen gleichzeitig auch neue Chancen, um physische und kognitive Belastungen am Arbeitsplatz zu reduzieren.⁸ Diese Seminararbeit beschäftigt sich mit derartigen Technologien, die dem Menschen assistierend in seinen Arbeitsabläufen unterstützen.

1.2 Zielsetzung

Ziel dieser Seminararbeit ist es, die Begriffskombination "Smart Workspace" zu behandeln, dabei unterschiedliche Varianten von Assistenzsystemen zu differenzieren und beispielhaft einzelne Technologien darzulegen, die bereits heute im Kontext der Industrie 4.0 eingesetzt werden.

1.3 Vorgehensweise

Zunächst werden Definitionen aus der Literatur zu den Schlagworten Industrie 4.0, Arbeit 4.0 und Cyber-Physische-Systeme erörtert. Anschließend wird auf das Themengebiet der Arbeitsplatzassistenzsysteme im industriellen Umfeld eingegangen. Darauf aufbauend werden in Kapitel 4 Technologien mit deren praktischen Einsatzfeldern beschrieben.

2 Smart Workspace

Als Wortkombination "smart workspace" gibt es in der Literatur keine konkrete Definition. Aus den Recherchen haben sich viele unterschiedliche Begrifflichkeiten im Zusammenhang aus den aktuellen Veränderungen der Arbeitswelt im Allgemeinen als auch neue Arbeitsplatzkonzepte ergeben. Schlagworte wie Arbeit 4.0, Digital Workspace, Industrie 4.0, IoT, Smart Factory und Cyper-Physische- Systeme kamen immer wieder vor. Um ein besseres Verständnis zu erhalten, werden diese im Folgenden in Zusammenhang gebracht bzw. voneinander abgegrenzt.

2.1 Arbeit und Arbeitsplatz 4.0

Das Schlagwort Arbeit 4.0 wird in Deutschland sehr häufig benutzt. Meist wird es im Marketingumfeld verwendet und umfasst eine Vielzahl von Themenbereichen.⁹ Die Themenbereiche, welche unter dem Titel der Arbeit 4.0 subsumiert werden, sind branchenübergreifend. Ausgangslage ist die Digitalisierung, Automatisierung, Globalisierung als auch der demografische Wandel und Individualisierung. Die Digitalisierung der Arbeitswelt und der daraus resultierenden Gestaltung der Arbeitsplätze bzw. Arbeitsumgebungen von Beschäftigten ist aktuell nicht in jeder Branche gleich weit fortgeschritten.¹⁰ Im Kontext eines innovativen bzw. individuellen Arbeitsplatzes (engl.: workspace) werden die Begriffe Arbeitsplatz 4.0 bzw. Digitaler Arbeitsplatz (eng.: digital worksplace) verwendet.¹¹ Im Glossar von Gartner wird Digital Workplace beschrieben als: "The Digital Workplace enables new, more effective ways of working; raises employee engagement and agility; and exploits consumer-oriented styles and technologies."¹² Daraus abgeleitet steht die Begriffskombination nicht ausschließlich für technologische Komponenten. Aspekte wie die unternehmerische Vision, Strategie, Prozesse und Mitarbeiterkompetenzen werden ebenfalls als Bestandteile dieser Definition abgeleitet.¹³ Oftmals wird Arbeit 4.0 synonym zum Begriff Industrie 4.0 verwendet. In der Literatur wird dieser umfassender und tiefgründiger erörtert.¹⁴

2.2 Industrie 4.0

Industrie 4.0 wurde durch das Beratungsgremium "Forschungsunion Wirtschaft - Wissenschaft" hergeleitet, welches die deutsche Bundesregierung bei der Erarbeitung einer Hightech-Strategie begleitete. Genannt wurde der Begriff erstmals im Jahre 2011 auf der Hannover Messe.¹⁵ Die vier punkt null steht in diesem Zusammenhang für die vierte industrielle Revolution.¹⁶ Umschrieben wird damit der stattfindende Transformationsprozess im industriellen Umfeld. Dieser vollzieht sich sowohl in den Produktionsstrukturen innerhalb der Unternehmen als auch in der vollständigen Wertschöpfungskette vom Lieferanten bis zum Endkunden.¹⁷ Zugleich verändert sich die Nachfrage nach neuen,vor allem individualisierten Produktenund Serviceleistungen seitens der Konsumenten. Hierfür müssen die Produktions- und Logistikprozesse verändert als auch optimal aufeinander abgestimmt werden.¹⁸ "Industrie 4.0 umfasst intelligente Maschinen, Betriebsmittel und Produkte, die eigenständig Informationen austauschen, Aktionen auslösen und sich selbständig gegenseitig steuern."¹⁹ In sogenannten Smart Factory Produktionsstätten findet diese Form der Fertigung statt.²⁰ Qualitativ hochwertige Aufgaben führen in der digitalisierten Produktion jedoch weiterhin durch Menschen statt.²¹ Dazu entstehen in den Fertigungshallen neben automatisierten Montagelinien zusätzliche Arbeitsumgebungen meist in Form von Montageinseln. Lediglich die Arbeitsweise an diesen neuen Arbeitsplätzen verändert sich insofern, dass die Tätigkeiten von Menschen und Maschinen gemeinsam durchgeführt werden.²² Traditionelle Produktionsstrukturen können die Verschiedenheit von Mitarbeitern, Arbeitsschritten oder Anforderungen der jeweiligen Arbeitsprozesse nicht in ausreichender Form berücksichtigen. Die hohe Variantenzahl in der heutigen Produktion und der daraus resultierenden Komplexität bringen jedoch die Notwendigkeit von kontextsensitiven Arbeitssystemen. Arbeitssituationen müssen laufend auf den jeweiligen Nutzer angepasst werden.²³ Durch sogenannte Cyber-Physische Produktions-Systeme (CPPS) entstehen die dafür benötigten Daten.²⁴

2.3 Cyber-Physische Systeme

Cyber-physische Systeme (CPS) (engl.: Cyber-Physical Systems) stellen eine Weiterentwicklung der eingebetteten Systeme (engl.: Embedded Systems) dar.²⁵ Diese beinhalten eine verbesserte Mechatronik und Sensorik, sind durch Sende- und Empfangseinheiten erweitert und mit Logik versehen, welche in den Chips implementiert ist.²⁶ In den Maschinen verbaute Mikrocontroller werden somit zu vernetzten und zugleich intelligenten Steuereinheiten.²⁷ Durch CPS lassen sich kontinuierlich Daten auf direktem Weg aus den Maschinen und den Prozessabläufen erheben.²⁸ Die Werte werden sowohl gespeichert, ausgewertet als auch mit weiteren Anlagenkomponenten ausgetauscht.²⁹ Mithilfe von Internettechnologien stehen die Informationen darüber hinaus jedem, der am Wertschöpfungsprozess beteiligt ist, zur Verfügung. Das Netzwerk aus verbundenen Anlagen, Maschinen bis hin zu einzelnen Werkstücken wird als Internet der Dinge (engl.: internet of things) (IoT) bezeichnet. Sich darin befindliche Bestandteile sind in der Lage, Daten in Echtzeit auszutauschen und darüber zu interagieren.³⁰ CPS ermöglichen dadurch eine hohe Flexibilisierung im Produktionsprozess und erhöhen zugleich die Produktivität als auch die Auslastung der Maschinen. Zudem bietet das System eine verbesserte Integration von Zulieferer im Fertigungsablauf.³¹ Mit den qualitativ hochwertigen und dabei echtzeitnahen Betriebsdaten lassen sich die Datenströme gezielt für die Anwendung von Assistenzsystemen verwenden.³² CPPS schaffen somit auch eine Möglichkeit, Schnittstellen zwischen Maschinen und Menschen herzustellen.³³ Unter assistierenden Bedingungen kann der Mensch in seinen Arbeitsschritten durch Interaktion mit den Maschinen unterstützt werden.³⁴

3 Assistenzsysteme

Als Assistenzsysteme werden Technologien bezeichnet, die unterstützend in den menschlichen Arbeitsabläufen zum Einsatz kommen. Sie bieten automatisierte und optimierte Maßnahmen, die zu einer Verbesserung der Beschäftigten und deren Tätigkeiten führen. Der Entwicklungsstand und Reifegrad aktueller Assistenzsysteme ist je nach Arbeitsgebiet und dem Stand der Prozess­digitalisierung sehr unterschiedlich.³⁵ Deren grundsätzliches Ziel ist die Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit im produzierenden Umfeld. Je nach Vorhaben existieren unterschiedliche Varianten assistierender Systeme. Zu den beabsichtigten Zielsetzungen gehören unter anderem die Minimierung menschlich bedingter Produktionsfehler bzw. deren vollständige Vermeidung, bei der Einarbeitung neuer Mitarbeiter den Aufwand zu minimieren und altersbedingte oder durch andere Faktoren resultierende Leistungsminderungen auszugleichen, um dadurch wichtige Fachkräfte zu erhalten. Ein weiterer Aspekt stellt die Bewältigung komplexer Tätigkeiten unabhängig vom fachlichen Hintergrund oder Qualifikationsniveau des Beschäftigten dar.³⁶ Bedingt durch den technischen Fortschritt existiert eine hohe Bandbreite an unterschiedlichen Instrumenten, die dazu eingesetzt werden können.³⁷ Einordnen lassen sich die jeweiligen Variationen der Assistenz­technologien in vier Kategorien: physische-, psychische-, kognitive- sowie interaktionsunterstützende Systeme,³⁸ die im Folgenden näher beschrieben werden.

3.1 Physisch-unterstützende Assistenzsysteme

Zu den physischen Assistenzsystemen zählen Technologien, welche die physische Leistungsfähigkeit von Personen unterstützen bzw. fördern. Darunter fallen Sensoren, Aktoren und Computer, welche unter anderem in Anzügen, Handschuhen oder in Form von Exoskelette als Arbeitsmontur getragen werden oder im Arbeitsumfeld platziert sind. Diese unterstützen den prozessdurchführenden Beschäftigten jeweils individuell. Anhand von Benutzerprofilen bzw. vordefinierten Umgebungsparameter kann die Ergonomie der Arbeitsplätze optimiert werden, beispielsweise durch individuelle Tischhöhe, Raumklima oder Beleuchtung.³⁹

[...]

¹ Vgl. Fortmann, H. R./Kolocek, B., Arbeitswelt der Zukunft, 2018, S. 131

² Vgl. Dobischat, R./Käpplinger, B./Molzberger, G., Bildung 2.1 für Arbeit 4.0?, 2019, S. 78

³ Vgl. Plugmann, P., Innovationsumgebungen gestalten, 2018, S. 232

⁴ Vgl. Gerdenitsch, C./Korunka, C., Digitale Transformation der Arbeitswelt, 2019, S. 114

⁵ Vgl. Hermeier, B./Heupel, T./Fichtner-Rosada, S., Arbeitswelten der Zukunft, 2019, S. 52

⁶ Vgl. Fortmann, H. R./Kolocek, B., Arbeitswelt der Zukunft, 2018, S. 131

⁷ Vgl. Becker, W./Eierle, B./Fliaster, A., Geschäftsmodelle in der digitalen Welt, 2019, S. 668

⁸ Vgl. Gerdenitsch, C./Korunka, C., Digitale Transformation der Arbeitswelt, 2019, S. 158

⁹ Vgl. Lindner, D./Ludwig, T./Amberg, M., Arbeit 4.0 - Konzepte für eine neue Arbeitsgestaltung in KMU, 2018, S. 1068

¹⁰ Vgl. Werther, S./Bruckner, L., Arbeit 4.0 aktiv gestalten, 2018, S. 15 f.

¹¹ Vgl. Lindner, D./Ludwig, T./Amberg, M., Arbeit 4.0 - Konzepte für eine neue Arbeitsgestaltung in KMU, 2018, S. 1068

¹² Digital Workplace -Digital Workplace Gartner

¹³ Vgl. Pütter, C., Digital Workplace: Die 8 Bausteine des digitalen Arbeitsplatzes, 2017

¹⁴ Vgl. Werther, S./Bruckner, L., Arbeit 4.0 aktiv gestalten, 2018, S. 15 f.

¹⁵ Vgl. Hackl, B. u. a., New Work: Auf dem Weg zur neuen Arbeitswelt, 2017, S. 24

¹⁶ Vgl. Wagner, R. M., Industrie 4.0 für die Praxis, 2018, S. 3

¹⁷ Vgl. Werther, S./Bruckner, L., Arbeit 4.0 aktiv gestalten, 2018, S. 7

¹⁸ Vgl. Werther, S./Bruckner, L., Arbeit 4.0 aktiv gestalten, 2018, S. 8

¹⁹ Wagner, R. M., Industrie 4.0 für die Praxis, 2018, S. 18

²⁰ Vgl. Hackl, B. u. a., New Work: Auf dem Weg zur neuen Arbeitswelt, 2017, S. 27

²¹ Vgl. Anforderungen steigen: Arbeitsplätze in der Smart Factory, 2019, S. 63

²² Vgl. Gerdenitsch, C./Korunka, C., Digitale Transformation der Arbeitswelt, 2019, S. 115 f.

²³ Vgl. Neugebauer, R., Digitalisierung, 2018, S. 185

²⁴ Vgl. Wischmann, S./Hartmann, E., Zukunft der Arbeit -eine praxisnahe Betrachtung, 2018, S. 131

²⁵ Vgl. Werther, S./Bruckner, L., Arbeit 4.0 aktiv gestalten, 2018, S. 9 f.

²⁶ Vgl. Bracht, U./Geckler, D./Wenzel, S., Digitale Fabrik, 2018, S. 98

²⁷ Vgl. Wagner, R. M., Industrie 4.0 für die Praxis, 2018, S. 18

²⁸ Vgl. Neugebauer, R., Digitalisierung, 2018, S. 211

²⁹ Vgl. Wagner, R. M., Industrie 4.0 für die Praxis, 2018, S. 18

³⁰ Vgl. Wagner, R. M., Industrie 4.0 für die Praxis, 2018, S. 4

³¹ Vgl. Huber, W., Industrie 4.0 kompakt - Wie Technologien unsere Wirtschaft und unsere Unternehmen verändern, 2018, S. 32

³² Vgl. Wagner, R. M., Industrie 4.0 für die Praxis, 2018, S. 22

³³ Vgl. Wagner, R. M., Industrie 4.0 für die Praxis, 2018, S. 68

³⁴ Vgl. Gerdenitsch, C./Korunka, C., Digitale Transformation der Arbeitswelt, 2019, S. 116

³⁵ Vgl. Cernavin, O./Schröter, W./Stowasser, S., Prävention 4.0, 2018, S. 38 f.

³⁶ Vgl. Wischmann, S./Hartmann, E., Zukunft der Arbeit -eine praxisnahe Betrachtung, 2018, S. 36

³⁷ Vgl. Gerdenitsch, C./Korunka, C., Digitale Transformation der Arbeitswelt, 2019, S. 116

³⁸ Vgl. Cernavin, O./Schröter, W./Stowasser, S., Prävention 4.0, 2018, S. 276

³⁹ Vgl. Cernavin, O./Schröter, W./Stowasser, S., Prävention 4.0, 2018, S. 40