Entwicklung eines Customization Frameworks für cloudbasierte Shopfloor Management Systeme. Wie digitale Produkte für Kunden individualisierbar bleiben

Inhaltsverzeichnis

Abstract

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung und Motivation
1.1 Ziel der Arbeit
1.2 Methodik und Aufbau der Arbeit

2 Grundlagen zur Thematik
2.1 Definition Digitalisierung
2.2 Definition Industrie 4.0
2.3 Cloud Computing

3 Herleitung der Framework-Methodik
3.1 Grundsätze der menschzentrierten Gestaltung
3.2 Phasen und Gestaltungsaktivitäten
3.3 Abgeleitete Framework-Struktur

4 Nutzenkontext
4.1 Systemumgebung
4.2 Zielgruppe
4.3 SFMS Digital Teamboard

5 Anforderungsermittlung
5.1 Modularisierung
5.2 Standardisierung der Anforderungsadaption

6 Implementierung
6.1 Eigenschaften des Konfigurators
6.2 Konfigurationsformular
6.3 Auswertung und Ergebnis des Konfigurators

7 Evaluation
7.1 Ergebnis für die Groß AG
7.2 Ergebnis für die KMU GmbH
7.3 Ergebnis für die Klein GmbH
7.4 Kritische Würdigung der Ergebnisse

8 Fazit und Ausblick
8.1 Ausblick

Anhang

Literaturverzeichnis

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:

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Impressum:

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Abstract

Digitale Produkte stellen sich im Kontext der Industrie 4.0 der Herausforderung, dass zur erfolgreichen Integration des Systems in ein Unternehmen meist ein hoher Grad an kundenspezifischer Individualisierung in Form von funktionalen und technischen Anpassungen notwendig ist. Dadurch wird für den Kunden die angestrebte Digitalisierung langwierig und kostenintensiv. Für den Anbieter herrscht Planungsunsicherheit und es ist schwierig Skalenerträge mit dem Produkt zu erzielen.

Ziel dieser Arbeit ist es ein Customization Framework für ein digitales Shopfloor Management System am Beispiel des Startups SFM Systems GmbH herzuleiten, um dem Grad an Skalierbarkeit, Standardisierung und Flexibilität auch bei einer cloudbasierten Systemarchitektur gerecht zu werden.

Hierbei werden auf Basis des menschzentrierten Gestaltungsprozesses nach DIN EN ISO 9241-210 eine funktionale und architektonische Modularisierung und eine standardisierte Anforderungsadaption eingeführt, die es dem Kunden ermöglichen, mittels eines Konfigurators das System flexibel seinen Wünschen und Bedürfnissen anzupassen.

Dadurch wird mit Hilfe des Customization Frameworks die methodische Grundlage gebildet, eine klassische On Premise Shop Floor Management Lösung in einen standarisierten, flexiblen und skalierbaren Cloud Service zu überführen.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Aufbau der Arbeit in Anlehnung an den menschzentrierten Gestaltungsansatz

Abbildung 2: Auflösung der Hierarchieebenen im Produktionssystem

Abbildung 3: Kerntechnologien von Industrie 4.0

Abbildung 4: Cloudarchitektur mit Betreibermodellen

Abbildung 5: Phasen der menschzentrierten Gestaltungsaktivitäten aus DIN EN ISO 9241-210

Abbildung 6: Zusammenhang zwischen DIN 9241-210 und dem SFM Customization Framework

Abbildung 7: Framework-Module der Nutzenkontext Phase

Abbildung 8: Übersicht der allgemeinen DTB Systemarchitektur für eine Teaminstanz

Abbildung 9: Framework-Module der Anforderungsermittlung

Abbildung 10: Modell der Produktstruktur mit verschiedenen Individualisierungsstufen

Abbildung 11: Architekturvarianten

Abbildung 12: Framework-Module der Implementierungsphase

Abbildung 13: Funktionsmechanik des Konfigurators

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Ableitungen aus der DIN ISO 9241 für das Customization Framework

Tabelle 2: Übersicht Persona

Tabelle 3: Binäre Design Structure Matrix der DTB Module

Tabelle 4: Qualitative Eigenschaftsmatrix zum Vergleich der Architekturvarianten

Tabelle 5: Tableau zur Funktionsumfangsadaption auf Basis der erweiterten Design Structure Matrix

Tabelle 6: Mit pi gewichtete Eigenschaftsmatrix der Architekturvarianten

Tabelle 7: Elemente des Konfigurationsformulars zur Erhebung relevanter Informationen

Abkürzungsverzeichnis

API Application Programming Interface (dt. Programmierschnittstelle)

CiP Zentrum für industrielle Produktivität

CPS Cyber-Physisches System

CSV Comma-separated values (Dateiformat)

DSM Design Structure Matrix

DTB Digitales Teamboard

ERP Enterprise Ressource Planning (dt. Geschäftsressourcenplanung)

IaaS Infrastructure as a Service

IKT Informations- und Kommunikationstechnologie

in-GmbH in-integrierte Informationssysteme GmbH

IoT Internet of Things

IS Information Systems

KPI Key Performance Indicator (dt. Leistungskennzahl)

MES Manufacturing Execution System (dt. Produktionsleitsystem)

MIT Massachusetts Institute of Technology

NIST National Institute of Standardization and Technology

OPC UA Open Platform Communications Unified Architecture

PaaS Platform as a Service

PoC Proof of Concept

PTW Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen

REST Representational State Transfer

SaaS Software as a Service

SFM Shopfloor Management

SFMS Shopfloor Management Systems GmbH

SOO Sphinx Open Online

SQL Structured Query Language

1 Einleitung und Motivation

Durch die voranschreitende Digitalisierung in allen Bereichen des Lebens durchlebt auch das industrielle Umfeld einen Wandel, der unter dem Leitmotto „Industrie 4.0“ zusammengefasst werden kann. Die Kernaussage dieses Ansatzes ist, dass durch die Digitalisierung aller Fertigungsebenen eine Produktivitätssteigerung durch das Auflösen des klassisch hierarchischen Systemdenkens erreicht werden kann.

Durch die damit verbundene digitale Verfügbarkeit von Produktionsprozessdaten in Echtzeit ergeben sich auf Shopfloor-Ebene neue Möglichkeiten der rechnergestützten Auswertung und Interaktion mit den Mitarbeitern vor Ort als auch dem Unternehmensmanagement. Die Tiefe der Datenintegration in Produktionsprozessen bringt jedoch auch Herausforderungen mit sich. Die oft über Jahrzehnte gewachsenen heterogenen Produktionsstrukturen sehen sich mit einem disruptiven Wandel konfrontiert, der Anpassungen bezüglich Infrastruktur, Methodik als auch Transfer von interdisziplinärem Know-how erfordert.

Digitale Produkte stellen sich in diesem Kontext deshalb der besonderen Herausforderung, dass zur erfolgreichen Integration des Systems in ein Unternehmen meist ein hoher Grad an kundenspezifischer Individualisierung in Form von funktionalen und technischen Anpassungen notwendig sind. Dadurch wird für den Kunden die angestrebte Digitalisierung langwierig und kostenintensiv. Für den Anbieter herrscht Planungsunsicherheit und es ist schwierig Skalenerträge mit dem Produkt zu erzielen.

Diesen Herausforderungen sieht sich ebenfalls das Digital Teamboard (DTB) der SFM Systems GmbH konfrontiert. Auch ein digitales Produkt muss selbst mit dem digitalen Wandel Schritt halten. Ein alleiniger klassischer On Premise Ansatz reicht mittlerweile meist nicht mehr aus, um allen Kundenanforderungen gerecht zu werden. Der Ansatz des Cloud Computing kann diese Lücke schließen, bringt aber ebenfalls neue Anforderungen mit sich.

1.1 Ziel der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Customization Framework für ein digitales Shopfloor Management System herzuleiten, um dem Grad an Skalierbarkeit, Standardisierung und Flexibilität auch bei einer cloudbasierten Systemarchitektur gerecht zu werden.

1.2 Methodik und Aufbau der Arbeit

Zur Erreichung dieses Ziels werden in Kapitel 2 hierfür grundlegende Definitionen für den Einsatzbereich des Frameworks im Kontext der Themen Digitalisierung, Industrie 4.0 und Cloud Computing eingeführt.

Kapitel 3 befasst sich mit der grundlegenden Methodik des menschzentrierten Gestaltungsansatzes für interaktive Systeme nach DIN EN ISO 9241-210. Dieser wird anfangs vorgestellt. Abschließend wird aus ihm die grundlegende Struktur des zu entwickelnden Frameworks abgeleitet und zudem die für diese Arbeit relevanten Bestandteile aufgezeigt. Der weitere Aufbau dieser Arbeit folgt anschließend der Phasenstruktur des menschzentrierten Gestaltungsansatzes, wie in Abbildung 1 aufgezeigt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Aufbau der Arbeit in Anlehnung an den menschzentrierten Gestaltungsansatz¹

Nach den Grundlagen und der Einführung des menschzentrierten Gestaltungsansatzes folgt die Analyse des Nutzenkontextes in Kapitel 4. Hierbei wird das Shopfloor Management als Systemumgebung eingeführt sowie die Zielgruppe für ein cloudbasiertes modulares Shopfloor Management System mit Hilfe von Persona Unternehmen definiert. Zusätzlich wird das Digital Teamboard als Anwendungsfall für das Framework in seinem Ausgangszustand vorgestellt.

In Kapitel 5 werden die Framework-Phasen der Modularisierung und Standardisierung behandelt, bei denen als Ergebnis die funktionale als auch die bauliche Anforderungsadaption hergeleitet werden.

In Kapitel 6 werden die zuvor theoretisch hergeleiteten Framework-Methoden der Modularisierung und Standardisierung in Form eines Shopfloor Management System Konfigurators implementiert.

Die Evaluation des Konfigurators wird als letzte Phase des menschzentrierten Ansatzes in Kapitel 7 thematisiert. Hierfür wird der Konfigurator aus Sicht der Persona Unternehmen angewandt und die Ergebnisse evaluiert.

Im letzten Kapitel 8 wird das Ergebnis der Arbeit in einem Fazit zusammengefasst und ein Ausblick bezüglich der Einsatzmöglichkeiten des Frameworks gegeben.

2 Grundlagen zur Thematik

In diesem Kapitel werden thematische Grundlagen dieser Arbeit eingeführt und definiert. Grundlagen hierbei bilden die beiden übergeordneten Themen Digitalisierung bzw. digitale Transformation und Industrie 4.0. Zusätzlich wird das Themengebiet des Cloud Computing hinsichtlich seiner Kernmerkmale vorgestellt.

2.1 Definition Digitalisierung

Digitalisierung im Unternehmenskontext beschreibt die Erhebung, digitale Speicherung und Nutzung von großen Datenmengen in allen Bereichen der Wirtschaft².

Digitalisierung kann aber auch zu einer Neuausrichtung der Wertschöpfungssysteme führen und damit eine radikale Veränderung im gesamten Wertschöpfungssystem ermöglichen, wenn radikale Veränderungen der Prozesse, Leistungen und Geschäftsmodelle zusammenspielen³.

Digitale Transformation beschreibt die Auswirkungen der Digitalisierung auf Unternehmen⁴.

Digitalisierung als eine Umfeldveränderung kann bei „Produkten und Dienstleistungen sowie Geschäftsmodellen eine Verbesserung und … inkrementelle … bzw. radikale Innovation ermöglichen.“⁵ Erfolgsfaktoren für solche Verbesserungen und Innovationen durch die digitale Transformation sind u.a.⁶:

- Vernetzung der vollständigen Wertstromkette verkürzt Produktionszeiten und Innovationszyklen.
- Digitale Daten unterstützen die Planung durch Verarbeitung von großen Datenmengen und einer daraus genaueren Vorhersage und Entscheidungsfindung.
- Automatisierung kann enorm von der Kombination moderner Ansätzen wie künstlicher Intelligenz und autonomen Systemen profitieren.
- Digitaler Kundenzugang gibt den Raum für völlig neuartige Ansätze die Kunden zu erreichen und neue Märkte zu akquirieren.

2.2 Definition Industrie 4.0

Der Begriff Industrie 4.0 wurde erstmalig 2013 von dem Arbeitskreis Industrie 4.0 im Bericht „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ eingeführt⁷. Dieses Projekt folgt dem Leitgedanken, dass die Produktionstechnik nach der Mechanisierung, Elektrifizierung und Informatisierung nun in vierter Stufe durch die Digitalisierung erneut revolutioniert werden kann⁸.

Das Begriffsverständnis entspricht hierbei der in 2015 aktualisierten Definition des Lenkungskreises der Plattform Industrie 4.0:

„Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, … verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten.“⁹

Um diese „neue Form der Industrialisierung zu erschließen“¹⁰ wurden auf Basis dieser Definition grundlegende Konzepte (Kapitel 0) und Technologien (Kapitel 0) zur Digitalisierung definiert, die eine Führungsposition der deutschen Industrie gewährleisten sollen. Diese werden im Folgenden kurz vorgestellt.

2.2.1 Themenfelder und Strategie

Es wurden fünf Themenfelder definiert, die als Leitparadigmen der Industrie 4.0 anzusehen sind¹¹. Ziel ist es bis 2035 Rahmenbedingungen bezüglich Standardisierung und Normung, Sicherheit und rechtlicher Rahmenbedingungen zu schaffen. Mittelfristig soll damit die Grundlage für eine erfolgreiche Digitalisierung der deutschen Industrie gewährleistet werden, um langfristig am globalen Markt konkurrenzfähig zu bleiben und eine Führungsrolle einnehmen zu können. Die fünf Themenfelder sind hierbei:

Horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke: Hierunter versteht man die Integration von IT-Systemen aus den einzelnen Wertschöpfungsprozessen innerhalb des Unternehmens als auch über die Unternehmensgrenzen hinaus.

Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme: Die vertikale Integration bezieht sich auf die Integration von IT-Systemen durch und zwischen den verschiedenen Ebenen eines Produktionssystems. Dies führt dazu, dass die klassischen hierarchischen Strukturen des Produktionssystems aufgeweicht bzw. aufgelöst werden.

Durchgängiges Engineering über den gesamten Lebenszyklus: Produktorientierte Datenintegration über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes hinweg in den Phasen der Entwicklung, Produktion, Nutzung und Recycling des Produktes.

Neue soziale Infrastrukturen der Arbeit: Digitalisierung bringt Veränderung für die Arbeitsweise, Arbeitsbedingungen und Organisation mit sich. Multimodale Assistenzsysteme können die Beschäftigten bei ihren Tätigkeiten unterstützen.

Entwicklung von Querschnittstechnologien: Technologische Voraussetzungen müssen für die Industrie 4.0 entwickelt oder aus anderen Disziplinen adaptiert werden. Kerndisziplinen hierbei sind u.a. Cyber-Physische Systeme (CPS), Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing und Cyber-Security¹².

2.2.2 Technologieansatz

Die Kernbausteine vereint, dass sie alle auf einen systemübergreifenden IKT-Ansatz setzen. Hierbei steht die Überführung von klassischen hierarchischen Strukturen hin zu offenen, globalen Informationsplattformen im Mittelpunkt¹³. Cyber-Physische Systeme lösen hierbei die fixen Hierarchien der Automationspyramide auf und überführen sie in ein dezentrales System.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Auflösung der Hierarchieebenen im Produktionssystem¹⁴

Bereitgestellt von diesen CPS ist es möglich, Informationen und Daten aller Unternehmensebenen im Internet der Dinge cloudbasiert bereitzustellen, zu speichern und auswerten zu können (siehe Abbildung 3).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Kerntechnologien von Industrie 4.0¹⁵

2.3 Cloud Computing

Nicht zuletzt durch die Kerntechnologien der Industrie 4.0 (siehe 0) gewinnen im industriellen Umfeld cloudbasierte Softwarelösungen stetig an Relevanz. Einen allgemeinen Definitionsansatz für Cloud Computing liefert die NIST Definition of Cloud Computing:

“Cloud computing is a model for enabling ubiquitous, convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage, applications, and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction.”¹⁶

Sie beschäftigt sich zudem mit den Kernmerkmalen und den grundsätzlichen Betreiber- als auch Bereitstellungsmodellen. In den folgenden Abschnitten werden diese kurz vorgestellt.

2.3.1 Kernmerkmale von Cloud Computing

Bei den Kerncharakteristiken des Cloud Computing Ansatzes handelt es sich um:

On demand self service (Leistungsbezug und Einrichtung auf Abruf): Der Nutzer kann Rechenkapazitäten, wie z.B. Rechenzeit oder Speicherplatz, eigenständig beziehen. Dieser Prozess ist automatisiert, wodurch keine menschliche Interaktion zur Einrichtung notwendig ist.

Broad network access: (Netzwerkanschluss mit hoher Bandbreite und Reichweite): Der Service ist mittels gängiger Plattformen (z.B. PC, Smartphones) erreichbar. Seine Netzanschlussbandbreite ist hoch angesetzt, damit auch bei hoher Auslastung kein Engpass entsteht.

Resource pooling (Ressourcenbündelung in Pools): Einzelne Hardwareressourcen (z.B. Rechenleistung, Speicherplatz) werden in Pools gebündelt und anschließend bedarfsabhängig auf den Ressourcenbezug der Anwender verteilt. Hierbei hat typischerweise der Nutzer kein Wissen und auch keinen Einfluss darauf, welche Hardwareressourcen für seine Aufgaben verwendet werden.

Rapid elasticity (Rapide Systemelastizität): Bedarfsabhängige und flexible Ressourcen-bereitstellung der in Pools gebündelten Hardwareressourcen. Auf diese Weise können Lastschwankungen über das gesamte System aufgefangen werden. Aus Sicht des Nutzers entstehen für ihn daraus scheinbar unendliche Ressourcen.

Measured service: (Nutzenprotokollierung): Die Ressourcennutzung des einzelnen Nutzers ist messbar. Dies schafft für Kunde und Anbieter Transparenz und macht Pay-per-use Abrechnungsmodelle realisierbar.

2.3.2 Betreibermodelle

Es gibt drei grundsätzliche Betreibermodelle von Cloud Computing Lösungen. Diese richten sich nach verschieden Anforderungen der Kunden an die jeweiligen Systeme und basieren auf den drei Schichten der Cloudarchitektur Infrastruktur, Plattform und Anwendung (siehe Abbildung 4).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Cloudarchitektur mit Betreibermodellen

Software as a Service (SaaS): In diesem Modell wird eine Anwendung in Form eines Dienstes in der Cloud bereitgestellt. Das bereitgestellte Produkt umfasst somit nur die Anwendung. Der Nutzer hat keine Möglichkeit die zu Grunde liegende Plattform und Infrastruktur zu verwalten.

Platform as a Service (PaaS): Das PaaS-Modell stellt dem Kunden eine Plattform zur Verfügung, mit der er Anwendungen entwickeln, bereitstellen und verwalten kann. Anders als beim SaaS-Modell befindet sich so die Anwendung unter vollständiger Kontrolle des PaaS-Kunden. Auf die Infrastruktur und die damit verbundenen Ressourcen hat aber auch er keinen direkten Einfluss.

Infrastructure as a Service (IaaS): Bei diesem Betreibermodell werden dem Anwender infrastrukturelle Ressourcen zur Verfügung gestellt. Er hat die Möglichkeit diese zusammenzustellen und zu konfigurieren, hat aber keinen Zugriff auf konkrete Hardwarekomponenten. In diesem Modell hat er somit die Kontrolle über die Plattform (z.B. in Form eines Betriebssystems) als auch über die darauf laufende Anwendung.

2.3.3 Bereitstellungsmodelle

Bereitstellungsmodelle unterscheiden sich in den Eigenschaften, wie die Cloud erreichbar ist, für wen sie erreichbar ist und wer der Eigentümer der Infrastruktur ist und sie bereitstellt. Hierbei gibt es die vier grundlegenden Konzepte Private, Public, Hybrid und Community Cloud:

Private Cloud: Diese Infrastruktur wird bereitgestellt für die exklusive Nutzung durch eine Organisation (Kunde). Er kann hierbei selbst der Eigentümer sein, der die Cloud verwaltet und betreibt. Sie kann aber auch von einem externen Dienstleister bezogen werden. Eine Kombination daraus ist ebenfalls möglich.

Community Cloud: Dieses Modell stellt die Cloud-Infrastruktur einer Gemeinschaft von (meist zusammenarbeitenden) Organisationen zur Verfügung. Auch hier ist es möglich, dass die Cloud von der Gemeinschaft, von einzelnen Organisationen aus der Gemeinschaft oder von einem externen Dienstleister betrieben wird.

Public Cloud: Hierbei wird die Cloud-Infrastruktur einer „breiten Öffentlichkeit zur gemeinsamen Nutzung über das Internet“¹⁷ zur Verfügung gestellt. Der Dienstanbieter ist verantwortlich für die Bereitstellung und Sicherung des Dienstes. Dem einzelnen Kunden entstehen individuell ermittelbare Kosten in Abhängigkeit von seiner Ressourcennutzung.

Hybrid Cloud: Bei einer Hybrid Cloud wird abhängig von den Anforderungen an das System eine Kombination aus den anderen Bereitstellungsmodellen gebildet.

3 Herleitung der Framework-Methodik

Da die Struktur des Frameworks von dem Phasenmodell des menschzentrierten Gestaltungsansatzes nach DIN EN ISO 9241-210 abgeleitet werden soll, wird dieser Produktentwicklungsansatz im folgenden Kapitel vorgestellt. Zudem werden für das Framework relevante Bestandteile aufgezeigt. Die Norm ist Teil der Reihe 9241 „Ergonomie der Mensch-System-Interaktion“ und gilt als „allgemein anerkannte Leitlinie, deren Einhaltung empfohlen wird.“¹⁸

Die Wahl dieses Ansatzes für die Entwicklung des DTB Cloud-Frameworks bietet sich vor allem auch deshalb an, da durch den iterativen Ansatz des Modells die aktuelle On Premise Lösung des DTB als vorangegangener Iterationszyklus angesehen wird und so in den neuen Zyklus mit einfließen kann. So kann in den Phasen Nutzenkontextanalyse und Anforderungsdefinition auf diese Ergebnisse zurückgegriffen und aufgebaut und durch den Cloud-Ansatz modular erweitert werden.

Ziel dieses Ansatzes ist abschließend alle relevanten Elemente des Gestaltungsansatzes in eine Framework-Struktur zu überführen.

3.1 Grundsätze der menschzentrierten Gestaltung

In diesem Kapitel werden die fünf Grundsätze, die in der ISO-Norm definiert sind, kurz vorgestellt.

3.1.1 Partizipation der Nutzer

In den Entwicklungsprozess sollen zukünftige Nutzer und relevante Stakeholder mit eingebunden werden. Hierbei sind vor allen Dingen das umfassende Verständnis der zukünftigen Nutzer, ihre Arbeitsaufgaben und die Arbeitsumgebung von hoher Relevanz. Eine aktive Partizipation kann hierbei durch Bereitstellung von Informationen als auch durch die konkrete Teilnahme an der Evaluation erreicht werden¹⁹.

Ableitung für das Framework:

Die Partizipation durch den Nutzer wird sich im Kontext des Frameworks hauptsächlich auf einen Konfigurator und dessen Anwendung beschränken.

3.1.2 Iterativ zyklisches Vorgehen

Bei der Gestaltung von interaktiven Systemen soll iterativ vorgegangen werden, um so systematisch Fehler zu beseitigen. Es ist davon auszugehen, dass ein iteratives Vorgehen hierbei zielführend ist, da es die Komplexität von Mensch-Maschinen- Schnittstellen meist nicht erlaubt bereits zu Beginn alle relevanten Informationen zur Bestimmung der Anforderungen zur Verfügung zu haben. Gerade den Nutzern fällt es nach ersten Evaluierungsrunden eines Prototyps meist leichter Rückmeldung zu Ergonomie und weiteren Anforderungen zu geben²⁰.

Ableitung für das Framework:

Es muss dem Nutzer möglich sein die Systemkonfiguration flexibel anpassen zu können. Dies schließt funktionale Anpassungen als auch die Systemarchitektur mit ein.

3.1.3 Benutzerzentrierte Evaluation

Wie bereits aufgeführt ist die Rückmeldung der zukünftigen Nutzer von hoher Relevanz. Diese Art der Partizipation minimiert das Risiko, dass an den eigentlichen Anforderungen der Nutzer vorbei entwickelt wird und somit nicht alle relevanten Anforderungen erfüllt werden. Die benutzerzentrierte Evaluation kann hierbei mit aktiver Partizipation beim betrieblichen Einsatz oder zumindest aus der Perspektive der Nutzer erfolgen²¹.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.4 Berücksichtigung der User Experience

„User Experience ergibt sich aus der Darstellung, Funktionalität, Systemleistung, dem interak- tiven Verhalten und den unterstützenden Ressourcen eines interaktiven Systems, sowohl der Hardware als auch der Software. Sie ist auch eine Folge der bisherigen Erfahrungen, Einstel- lungen, Fähigkeiten, Gewohnheiten und der Persönlichkeit des Benutzers“²².

Gerade im industriellen Kontext sind die Erfahrungen, Fähigkeiten sowie Gewohnheiten der Nutzer von hoher Wichtigkeit. Bei der Überführung eines zuvor analog geführten Prozesses hin zu einem digitalen System gilt es abzuwägen, welche Tätigkeiten nun effizienzsteigernd durch das System übernommen werden können und welche noch vom Benutzer durchgeführt werden müssen. Auch bei dieser Entscheidungsfindung sollen relevante Nutzer mit involviert sein²³.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.5 Interdisziplinäre Kompetenzen

Interdisziplinäres Denken fördert die Kreativität und entspricht dem Grundsatz der menschzentrierten Gestaltung für mehrere Nutzergruppen. Hierbei sollen möglichst alle involvierten Sichtweisen berücksichtigt werden. Beispiele für in der Norm aufgeführte Kompetenzen sind Fachwissen, Arbeitswissenschaft und Ergonomie, Systemtechnik sowie Wissen über Nutzer und weitere Interessengruppen²⁴.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2 Phasen und Gestaltungsaktivitäten

Die Gestaltungsaktivitäten unterteilen sich in vier Hauptphasen:

- Verstehen und Beschreiben des Nutzenkontextes
- Spezifizieren der Nutzenanforderungen
- Entwerfen der Gestaltungslösungen
- Testen und Bewerten der Gestaltung und entsprechen somit den allgemeinen Phasen von Gestaltung und Entwicklung (Anforderung, Gestaltung, Verifizierung und Validierung). Die Phasen können dadurch auch in andere Gestaltungsansätze eingebunden beziehungsweise überführt werden²⁵.

In Abbildung 5 wird ersichtlich, dass zwischen den einzelnen Phasen wechselseitige zyklische Abhängigkeiten bestehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Phasen der menschzentrierten Gestaltungsaktivitäten aus DIN EN ISO 9241-210²⁶

3.2.1 Nutzenkontextanalyse

Die Nutzenkontextanalyse beschäftigt sich mit dem Verstehen und Beschreiben von „Benutzermerkmalen, Arbeitsaufgaben und die organisatorische, technische und physische Umgebung“²⁷.

Die Nutzenkontextbeschreibung muss die Benutzer sowie sonstige relevante Interes- sengruppen identifizieren und beschreiben. Es ist insbesondere auf die Besonderheiten und Merkmale der jeweiligen Benutzergruppen einzugehen. Beispiele für relevante Merkmale sind z.B. „Kenntnisse, Fertigkeiten, Erfahrung, Ausbildung, Übungen, physische Merkmale, Gewohnheiten, Vorlieben, Fähigkeiten“²⁸.

Des Weiteren müssen die Ziele und Arbeitsaufgaben des Systems und der Nutzer identifiziert werden. Dies schließt u.a. die Gebrauchstauglichkeit, typischerweise ausgeführte Arbeitsaufgaben sowie mögliche Risiken bei der Ausführung ein. Bei der Systemumgebung können technische, physikalische, soziale als auch kulturelle Aspekte berücksichtigt werden²⁹. „Die technische Umgebung [schließt hierbei] Hardware, Software und Materialien [ein.] … Zu den physikalischen Eigenschaften zählen Aspekte wie beispielsweise thermische Bedingungen, Beleuchtung, Raumgestaltung und Möbel. Zu den sozialen und kulturellen Aspekten der Umgebung zählen Faktoren wie Arbeitsweisen, Organi­sationsstruktur und Einstellungen“³⁰.

[...]

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¹ Angelehnt an Phasenschaubild in DIN EN ISO 9241-210 (2011), S. 15.

² Vgl. Proff; Fojcik (2018) S. 12.

³ Ebd., S. 18.

⁴ Vgl. Oswald; Krcmar (2018) S. 5.

⁵ Proff; Fojcik (2018), S. 13.

⁶ Vgl. Bovenschulte et al. (2018) S. 5f.

⁷ Kagermann et al. (2013).

⁸ Vgl. Schaubild im Anhang A.1 und ebd., S.12.

⁹ Plattform Industrie 4.0 (2015), S.8.

¹⁰ Kagermann et al. (2013), S.18.

¹¹ Vgl. Plattform Industrie 4.0 (2015), S.19.

¹² Gölzer; Amberg (2016), S.31.

¹³ Vgl. Bettenhauser; Kowalewski (2013), S.5.

¹⁴ Abbildung entnommen aus Ebd., S.4.

¹⁵ Gölzer et al. (2015), S.2.

¹⁶ Mell; Grance (2012), S.2.

¹⁷ Nowak (2017) , S. 5.

¹⁸ König (2012), S.30.

¹⁹ Vgl. DIN EN ISO 9241-210 (2011), S.10.

²⁰ Vgl. Ebd., S.11.

²¹ Vgl. Ebd., S. 10.

²² Ebd., S. 11.

²³ Vgl. Ebd., S. 12.

²⁴ Vgl. Ebd., S. 12.

²⁵ Vgl. Ebd., S. 14.

²⁶ Ebd., S. 15.

²⁷ Ebd., S. 16.

²⁸ Ebd., S. 16.

²⁹ Vgl. Ebd., S. 16 f.

³⁰ Ebd., S. 17.