Siegener Wissenschaftler erhalten im Rahmen der 25. International Conference on Human-Computer Interaction (HCI) in Kopenhagen den Best Paper Award
Im Zuge der vom 23. bis 28. Juli 2023 in Kopenhagen ausgerichteten 25. International Conference on Human-Computer Interaction (HCI) veröffentlichten Wissenschaftlicher der Universität Siegen einen Beitrag mit dem Titel „Development and evaluation of a knowledge-based cyber-physical production system to support industrial set-up processes considering ergonomic and user-centered aspects“.
Die Autoren Nils Darwin Abele, Sven Hoffmann (Universität Siegen), Aparecido Fabiano Pinatti de Carvalho (University of Oslo), Marcus Schweitzer, Volker Wulf und Karsten Kluth (Universität Siegen) erhielten in der sich an die HCI International 2023 anschließenden 14. International Conference on Digital Human Modeling and Applications in Health, Safety, Ergonomics and Risk Management den Best Paper Award.
Sven Hoffmann (links) und Nils Darwin Abele (rechts) mit dem Best Paper Award der 14. International Conference on Digital Human Modeling and Applications in Health, Safety, Ergonomics and Risk Management, der im Rahmen der HCI International 2023 verliehen wurden
Das „Paper“ basiert auf Inhalten und Ergebnissen, die im Zuge des durch die Europäische Union sowie den Europäischen Fonds für regionale Entwicklungen des Landes Nordrhein-Westfalen (Nr. EFRE-0800263) finanzierten Forschungsprojektes „Cyberrüsten 4.0“ von Vertretern aus Wissenschaft (Lehrstuhl für Umformtechnik, Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Neue Medien sowie Lehrstuhl für Technologiemanagement der Universität Siegen) und Industrie bzw. Praxis (u.a. Lachmann & Rink GmbH und Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH & Co. KG) behandelt bzw. erarbeitet wurden. Warum und zu welchem Zweck wurde ein derartiges Projekt aufgesetzt?
Industrielle Rüstvorgänge sind durch ihren zentralen und zeitkritischen Charakter innerhalb eines Produktionsprozesses sowohl aus wissenschaftlicher als auch aus praxisbezogener Sicht elementar, da sie für die produzierenden Unternehmen mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden sind. Durch eine zunehmende Produktindividualisierung steigt neben der Anzahl durchzuführender Rüstprozesse auch die Komplexität der einzelnen Rüstschritte aufgrund sich ständig ändernder Arbeitspraktiken. Zur Bewahrung qualitativ hochwertiger und liefertreuer Produkte erfolgen Optimierungsbestrebungen dieser Prozesse insbesondere hinsichtlich des Zeitaufwandes und der Ressourcenschonung. Weiterhin gilt es, mithilfe von schnellen sowie effektiven Lernprozessen das Wissen der Fachkräfte zu sichern und weiterzugeben. Im Zuge des technologischen Fortschritts werden zunehmend analoge durch digitale Lösungen ersetzt, wobei der Forschungsschwerpunkt überwiegend auf einem Datenaustausch zwischen intelligenten Maschinen entlang der gesamten Wertschöpfungskette ausgerichtet war. Eine nutzerzentrierte, ergonomische und wissensbasierte Unterstützung des Menschen durch digitale Technologien in Form von Cyber-Physischen Systemen (CPS) bzw. Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPPS) erfuhr bisher nur bedingt Beachtung, insbesondere bei klein- und mittelständischen Unternehmen (KMU).
Auf Grundlage einer umfassenden ethnographischen Studie wurde der beschriebene Sachverhalt aufgefasst, um Praktiken von Maschineneinrichtern im Zuge von Rüstvorgängen an Umform- bzw. Biegemaschinen identifizieren zu können. Dabei wurde verdeutlicht, wie ein methodischer Übergang von qualitativer Forschung zum nutzerzentrierten Design eines wissensbasierten Unterstützungssystems im Sinne des Forschungsparadigmas des „Grounded Design“ geschaffen werden kann. Dazu wird die Relevanz einer Modellierung des Aufgabenspektrums und eines szenario-basierten Designansatzes hinsichtlich wesentlicher Designimplikationen für ein im Rüstkontext einzusetzendes CPPS herausgestellt. Die Erkenntnisse dieser Studie münden in ein übergreifendes Wissenstransfermodell, das die Ableitung von Gestaltungs- bzw. Designimplikationen für praxisnahe CPPS erleichtert und optimiert. Auf Grundlage eines Vergleichs von technischen Möglichkeiten mit den im Modell erfassten praxisrelevanten Anforderungen an den Wissens- und Erfahrungstransfer konnte ein neuer auf Augmented Reality (AR) und Sensortechnologie beruhender methodischer Ansatz zur Erfassung und Weitergabe von propositionalem und prozessualem Wissen, eingebettet in verkörperten bzw. praktischen Handlungen, in Form einer prototypischen, aber erfolgsversprechenden Software-Anwendung für ein AR-basiertes Head-Mounted Display (HMD) realisiert werden. An dem Praxisbeispiel konnte außerdem aufgezeigt werden, inwieweit eine cyber-physische Rüstapplikation in Form eines HMD den geltenden interaktionsergonomischen und kompatibilitätsbezogenen Standards im Kontext industrieller Tätigkeiten und gestengesteuerter, binokularer AR-Systeme entspricht bzw. gerecht wird.
Zur ergonomischen und nutzergerechten Bewertung des Rüstprozesses wurden zur Erweiterung der qualitativen Erkenntnisbasis auch quantitative Bewertungs- und Messmethoden herangezogen. Für eine ganzheitliche, objektive und subjekt-bezogene arbeitswissenschaftliche Analyse zum Umgang mit AR-basierten CPPS im Rahmen von Montage- bzw. Rüstvorgängen wurden ergonomische Teilstudien durchgeführt. Basierend auf einem Vergleich zwischen der Arbeitsausführung mithilfe einer HoloLens-gestützten und einer papierbasierten Instruktion während einfacher Montagetätigkeiten und statischen Blickpositionierungen sowie im Zuge eines Rüstvorgangs einer Rotationszugbiegemaschine wurden ausgewählte beanspruchungsrelevante Parameter untersucht. Neben der messtechnischen Erfassung muskelphysiologischer und thermografischer Parameter wurden zusätzlich unterschiedliche Fragebogeninstrumentarien herangezogen, die sich aus standardisierten Fragebögen und qualitativen Interviews zusammensetzen und in Ergänzung zum subjektiven bzw. psychologischen Beanspruchungserleben auch Aspekte der Benutzerfreundlichkeit bzw. Usability abdeckten.
Die Forschungsarbeiten bringen den Stand der Technik bei der Gestaltung digitaler Techno-logien bzw. CPPS zur Unterstützung von Menschen voran, die mit Umrüstprozessen industrieller Produktionsmaschinen betraut sind. Es konnten für den Austausch von Fachwissen insbesondere hinsichtlich der Kontextualität und Kommunikation unter Berücksichtigung kollaborativer Arbeit und sozialer Rahmenbedingungen Fortschritte erzielt werden, die gleichzeitig neue Forschungsrichtungen zu diesem Thema eröffnen. Nichtsdestotrotz besteht, auch aufgrund zwangsläufiger Limitierungen der Studie(n), nach wie vor Raum für weitere Forschungen zu dem vorgestellten Thema – insbesondere hinsichtlich realer und natürlicher Bedingungen, in denen die Arbeitnehmer keinen kontrollierten Umgebungen ausgesetzt sind.