Post on 25-Feb-2020
Folie 1
Mensch-Roboter-Kollaboration für schwerbehinderte Produktions-mitarbeiter: Forschungsprojekt AQUIAS
Werkstätten:Tag 2016 der BAG WfbM, 20.-23.09.2016, Chemnitz
TEILHABE DURCH ROBOTIK
© Fraunhofer Folie 2
Industrie 4.0: Intelligente Technologien in der Produktion
Echtzeit-Informationsaustausch durch neue Technologien
Mechanisierung
Industrialisierung
Automatisierung
Informa-tisierung
Die »vierte industrielle Revolution« wird angekündigt
Ziele von Industrie 4.0IndividuelleSerienproduktion
Kürzere Durchlaufzeiten
Verbesserte Produktivität
Durchgängige Informationen
Weniger Medienbrüche
Hohe Reaktionsfähigkeit
Hohe Produktionsflexibilität
Bessere Planqualität durch echtzeitnahe Daten
Smartphones & Tablets
RFID Chips
Sensoren und AktorenEingebettete SteuerungenDatenbrillen
(z.B. Google Glass)
IPv6
Data Analytics/ Smart Data
Cloud Computing
Technologien für Industrie 4.0
© Fraunhofer Folie 3
Anwendungsfall 1: Big Data-basierte QualitätskontrolleBeherrschung von Fehlerquellen
Big Data-basierte Qualitäts-kontrolle
• Analyse historischer und Echtzeit-Daten auf Ursachen-Zusammenhänge von Fehlern
• Entwicklung von Auswertungs-algorithmen zur laufenden Überwachung qualitätsrelevanter Parameter und Prozesse
• Identifikation technischer, organisatorischer und menschlicher Fehlerquellen, ihrer Folgekosten & Vermeidungsmaßnahmen
• Vorausschauende, umfassende Qualitätsüberwachung
• Erhöhte Prozess- und Produkt-qualität
Industrie-Datenspezialisten
Mitarbeiter Qualitätssicherung
Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
© Fraunhofer Folie 4
Anwendungsfall 2: Roboter-assistierte Produktion Neue Formen der Mensch-Roboter-Kollaboration
Roboter-assistierte Produktion
• Verbesserte Sicherheitssysteme (Sensoren, Kamera) erlauben barrierefreie Hand-in-Hand Kooperation von Mensch und Roboter
• Übernahme von
• bestimmten, bisher manuellen Arbeitsvorgängen z.B. in Montage und Verpackung
• monotonen Tätigkeiten
• ergonomisch belastenden Aufgaben
• Trainierbarkeit (Teach-in)
• Gestaltungsfragen der Arbeitsteilung und -organisation
Roboter-Koordinatoren,
Roboter-Einrichter
Produktions-mitarbeiter
Montage u.a.Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
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Anwendungsfall 3: Selbstfahrende Logistik-SystemeIntelligente Transportsysteme
Selbstfahrende Logistik-Systeme
• Automatisierte, fahrerlose Transportsysteme
• Intelligente Navigation
• Optimierte Einsatz- und Wegeplanung der Transport-einheiten
• Verbesserte Kapazitäts-ausschöpfung der Fahrsysteme
• 24/7-Einsetzbarkeit durch Ermüdungsfreiheit
Logistik-Überwacher Logistik-Mitarbeiter
Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
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Anwendungsfall 4: Produktionsanlagen-SimulationIntelligente Transportsysteme
Produktionsanlagen-Simulation
• Verbesserte Software ermöglicht virtuelle Planung, Test, Inbetriebnahme und Optimierung von Produktionsanlagen
• Integration einer Vielzahl von Ziel-Perspektiven, z.B. Auswahl von Komponenten, Schnittstellen-gestaltung, Anpassungsbedarfe
• Integration von Produkt- und Fertigungsentwicklung
• Simulation von Zeiten, Ausbringung, Ressourcenbedarfen der Anlagenprozesse
• Schnellere Implementierung, bessere Qualität, niedrigere Kosten
• Verbesserte Rekonfigurierbarkeit
Wirtschafts-ingenieure,
Simulationsexperten
Produktionsanlauf-Spezialisten
Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
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Anwendungsfall 5: Intelligentes Lieferanten-NetzwerkVorausschauendes Supply Chain Management
Intelligentes Lieferanten-Netzwerk
• Echtzeit-Monitoring des gesamten Lieferantennetzwerks
• Frühzeitiges Erkennen von Veränderungen der Lieferzeiten, Materialverfügbarkeit und Liefer-engpässen
• Bessere Datengrundlage für Entscheidungen, z.B.
• externe Umdisposition von Lieferungen/ Lieferanten
• interne Umdisposition von Fertigungsaufträgen
• Schnelleres Reagieren auf veränderte Materialverfügbarkeit
• Mehr Abstimmung über die Wert-schöpfungskette
Wertschöpfungs-ketten-Koordinator
Mitarbeiter Lieferplanung
Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
© Fraunhofer Folie 8
Anwendungsfall 6: Vorausschauende WartungPredictive Maintenance
Vorausschauende Wartung
• Hochgenaue Sensorik erlaubt Echtzeit-Überwachung von Verschleißzuständen und Umgebungsdaten
• Auswertung der Daten und der Wartungshistorie
• Prognose der Ausfallswahrschein-lichkeit
• Wartung kann vorausschauend erfolgen, Maschinenstillstand wird vermieden
• Fehlermeldungen jederzeit möglich (24/7)
• Neue Geschäftsmodelle möglich, z.B. Frühwarn- und Diagnose-Dienstleistungen, Fernwartung
Service-Ingenieure,Instandhaltungs-
Koordinator
Traditioneller Servicetechniker
Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
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Anwendungsfall 7: Maschinen als ServiceMachine as a Service: Produkte werden zu Dienstleistungen
Maschinen als Service
• Veränderung des Geschäftsmodells: Statt des Produkts werdenLeistungen auf Basis des Produkts angeboten, z.B. definierte Ausbringungsmenge, Maschinen-leistung, Verfügbarkeit von Ressourcen
• Installation, Wartung, Aktuali-sierung übernimmt Anbieter
• Wandel vom Hersteller zum Dienstleister
• Integriertes Produkt- und Dienstleistungsmanagement
• Wissen über Geschäftsprozesse des Kunden wird wichtiger
Vertriebsmitarbeiter,Produkt-Service
Manager
Rein produkt-orientierte
VertriebsmitarbeiterQuelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
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Anwendungsfall 8: Selbstorganisierende ProduktionEntscheidungen durch vernetzte Systeme
Selbstorganisierende Produktion
• Automatisierte Koordination und Optimierung der Ressourcen-nutzung in der Produktion
• Maschinenkapazität
• Material
• Energieträger
• Personalkapazität
• Vernetzte Maschinen/ Objekte/ Mitarbeiter kommunizieren
• Entscheidungen werden intelligent unterstützt
• Dezentrale vs. zentrale Steuerung?
• Erhöhte Flexibilität/ Rekonfigurier-barkeit für variable/ kleine (bis Losgröße = 1) Kundenaufträge
SpezialistenDatenmodelle/
-analyse
Produktionsplaner
Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
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Anwendungsfall 9: Additive Fertigung komplexer TeileEinsatz von 3D-Druckern in der Produktion
Additive Fertigung komplexer Teile
• Verbesserte Verfahren: Laser-Sintern, 3D-Druck aus dem Proto-typenbau (Rapid Prototyping)
• Komplexe Teile werden in einem Schritt hergestellt
• Beherrschung geometrischer Komplexität
• Aufwändige Montage/ Bevorratung von Exoten-Teilen entfällt
• Individualisierung/ Customizing
• Werkzeug-/Formenbau (Rapid Tooling)
• Herstellung verwendungsfähiger Endprodukte (Rapid Manufacturing)
Mitarbeiter CAD/ 3D-
Modellierung
Mitarbeiter Montage, Formen-/
WerkzeugbauQuelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
© Fraunhofer Folie 12
Anwendungsfall 10: Assistenz durch Augmented RealityKontextsensitive Informationen per Datenbrille
Assistenz durch Augmented Reality
• In das Sichtfeld von Datenbrillen werden für den Mitarbeiter kontextsensitive Informationen eingeblendet, z.B.
• Maschinen-/Prozess-/ Produkt-Informationen
• Auftragsdetails, Arbeitsschritte
• Navigationsanweisungen
• Unterstützt werden können
• Arbeitsprozesse/ Qualifizierung Mitarbeiter
• Fernwartung/ Instandhaltung
• Sicherheit
Mitarbeiter IT/ Assistenzsysteme
Mitarbeiter Dokumentation
Quelle: BCG Studie „Man and Machine in Industry 4.0“ 9/2015
Folie 13
Szenarien der Industrie 4.0 mit Beschäftigungstrends
Automatisierungsszenario Werkzeugszenario
Werker und Werkerinnen:
Fachkräfte allgemein:
Fachkräfte spezialisiert:
Hochqualifizierte:
Werker und Werkerinnen:
Fachkräfte allgemein:
Fachkräfte spezialisiert:
Hochqualifizierte:
Beschäftigungstrends
Werker und Werkerinnen: An- und Ungelernte; Fachkräfte allgemein: Fachkräfte mit Berufsfachschulabschluss; Fachkräfte spezialisiert: Fachkräfte mit Weiterbildungsabschluss (Techniker, Meister); Hochqualifizierte: Beschäftigte mit akademischem Abschluss (FH, HS, Uni)
Kontrolle und Steuerung durch Technologie
CPS lenkt MA (vornehmlich ausführend tätig)
Hochqualifizierte Fachkräfte für Installation, Modifikation und Wartung von CPS
CPS unterstützt Entscheidungen MA lenken CPS Weiterhin dominante Rolle der
Facharbeit Verstärkt informatorische, organi-
satorische, mechatronische Inhalte
Folie 14
Auswirkungen auf die BeschäftigungIn der Einschätzung scheiden sich die Geister
Horst NeumannPersonalvorstand Volkswagen AG
»Wenn in naher Zukunft die geburten-starken Jahrgänge – die Baby-Boomer –in Rente gehen, kann deren Arbeit durch Roboter kompensiert werden.
Es muss kein Personal wegrationalisiert werden, und wir können junge Leute einstellen.«
Kollege Computer: Wahrscheinlichkeit,dass Jobs inner-halb von 20 Jahrendurch Maschinenersetzt werden
Quelle: C. Frey and M. Osborne»The Future of Employment:How Susceptible are Jobs to Computerisation?«;Technology Review, Economist, 1/2014; WirtschaftsWoche, Nr. 5, 26. Januar 2015
Quelle: Stuttgarter Zeitung, Nr. 2, 03. Januar 2015
© Fraunhofer Folie 15
Kompetenzanforderungen der Industrie 4.0Studie der ingenics AG und Fraunhofer IAO, 2014
Die Einführung vonIndustrie 4.0 erfordertvon Produktionsmitarbeitern folgende Kompetenzen:
Quelle: Ingenics AG/Fraunhofer IAO » Industrie 4.0 – Eine Revolution der Arbeitsgestaltung«, 2014
Folie 16
Industrie 4.0: Jobkiller oder Chance für Schwerbehinderte?Chancen und Risiken der Industrie 4.0 für schwerbehinderte Arbeitnehmer
Chancen
Ausgleich behinderungs-bedingter Leistungs-einschränkungen durch
Individualisierte, intelli-gente Assistenzz.B. Anleitung, Kontrolle
Behindertengerechte Ergonomie
Hybride Wertschöpfung von Mensch und Maschine erlaubt anspruchsvollere Aufgaben für Schwerbehinderte
Einsatz in hoch arbeitsteiligen/monotonen Tätigkeiten, die durch Automatisierung entstehen
Verbesserter Zugang in den ersten Arbeitsmarkt
Risiken
Bisherige Aufträge an Integrationsbetriebe/ Werk-stätten f. Schwerbehinderte entfallen durch weitere Automatisierung
»Manuell-repetitive Resttätigkeiten« entfallen in Unternehmen = potentielle Aufgaben für Schwerbehind.
Steigende Kompetenz-anforderungen durch Industrie 4.0 überfordern Schwerbehinderte
Anforderungen an Inklusionsbetriebe steigen durch Industrie 4.0:Zeit/Kosten/Qualität
Folie 17
Spannungsfelder: Inklusion und UnternehmenBereits heute bestehende Gegensätze
Merkmale Unternehmen Anforderungen Schwerbehinderter
Mangelnde Anpassung an Schwerbehinderte• Barrierefreiheit• Behindertengerechte Arbeitsplätze
(Hilfsmittel/ Ergonomie/ Sicherheit)• Angemessene Tätigkeiten• Betreuung• Inklusionsförderliche Arbeitsorganisation
Unterstützungsbedarf• Raum-zeitliche/ situative Orientierung• Einlernen/ Korrektur• Arbeitsmotivation• Fähigkeitserweiterung• Training psychischer und physischer
Fähigkeiten• Psycho-soziale Stabilisierung• Lebenspraktische Hilfe
Norm = Leistung Nichtbehinderter Angepasste Leistungsnormen
Starre Organisation/ Regeln Individuelle Anpassungen
Fehlende Kenntnisse über Bedürfnisse von Schwerbehinderten
Besonderheiten generell/individuell; Recht,Ergonomie, Medizin, Pädagogik
Vorurteile gegenüber Schwerbehinderten Soziale Unterstützung/ Kultur
Folie 18
Spannungsfelder: Inklusion und Industrie 4.0Neue Gegensätze durch Digitalisierung
Anforderungen derIndustrie 4.0
Merkmale von Schwer-behinderten (verallgemeinert)
Merkmale der Tätigkeiten Schwerbehinderter
HochqualifiziertesPersonal, konstantes Lernen
Niedrigere Qualifikation,Lernbeeinträchtigung
Einfache Tätigkeiten auf An-/Ungelernten-Niveau
Komplexe, wissens-intensive Tätigkeiten
Geringere Lernfähigkeit Kleinteilige, manuelle, repetitive Aufgaben
IT- und Komplementär-Wissen
Geringere digitale Kompetenz
Geringe IT-/ komplemen-täre Arbeitsanteile
Abstraktes Denken undProblemlösen
Geringere Abstraktions-fähigkeit
Konkret-anschauliche Aufgaben
Flexible Arbeitszeiten/ Einsatzorte/Aufgaben/Teams, atypische Beschäftigung
Geringere Anpassungsfähigkeit, geringe mentale Flexibilität
Geregelte Arbeitszeiten,konstantes Arbeitsumfeld, feste Bezugspersonen
Zeit- und Leistungsdruck durch flexibles Produzieren
Verringerte psychische Belastbarkeit
Geringer Zeit- und Leistungsdruck
Eigenverantwortung, dezentrales Entscheiden
Verringerte Selbständigkeit und Handlungsplanung
Eingeschränkter Verantwortungsbereich
Kooperation, bereichs-übergreifend/ interdisziplinär
EingeschränkteSozialkompetenz
Geringe Kooperations-anteile
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 19
Hybride Mensch-Roboter-KollaborationDefinition von »Spielregeln« für die Arbeitspartner der Zukunft
Leistungsstärkere Sensorik:
Personen- und Bauteilerkennung
Roboter mit Tastsinn
Schutzzäune entfallen: Menschen arbeiten mit Robotern in einer Zelle
Roboter als Arbeitspartner statt Arbeitswerkzeug:
Erhebliche Vorteile für Ergonomie und Wertschöpfung
Erfordernis neuer Bewertungs-methoden für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK)
Neue Interaktionsformen für Betrieb und Programmierung.
Roboter als Trainingspartner?
Qu
elle: Fraun
ho
fer IAO
Quelle: BMW, 2015
Folie 20
Spannungsfelder der Mensch-Roboter-KollaborationSicht der Unternehmenspartner in AQUIAS
Folie 21
AQUIAS: Szenarien der Arbeitsteilung Mensch-RobotikBarrierefreie Kooperation schafft Gestaltungsspielraum
ISAK gGmbHSchwerbehinderte
Mitarbeiter
Robert Bosch GmbHMitarbeiter ohne
Gesundheitseinschränkungen
PilotISAK
Barrierefreies Produktionsassistenz-System
APAS family von Bosch
Spezifische Aufgaben-unterstützung durch APAS für individuelle körperliche Einschränkungen
Geeignete Prozess-Schnittstellen für die barrierefreie Mensch-Maschine-Kooperation gestalten
PilotBosch
Szenarien der Arbeitsteilung zw. Mitarbeitern und APAS bewerten
Ziele Ziele Ziele
Lerntransfer
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Ausgangsarbeitsplatz: Handhebelpresse DüsenmontageZusammenfügen von zwei Düsenelementen für Duschkopf
Aufgabe 1
• Lagerichtige Positionierungvon zwei Düsenelementen auf Handhebelpresse
• Zusammendrücken der zweiElemente mittels Hand-hebelpresse
Aufgabe 2
• Prüfen der Maßhaltigkeitder zusammengefügtenDüsenelemente mittelsPrüfschiene
• Aussondernvon fehlerhaften Teilen
Folie 23
Entwurf 1: MRK-EinzelarbeitsplatzAPAS prüft Düsenelemente optisch, i.O.-Teile fallen in Sammelschublade
Folie 24
Entwurf 2: MRK-Karussellarbeitsplatz3er-Arrangement erlaubt Kooperation und höhere Robotik-Auslastung
Folie 25
Entwurf 3: Kooperativer ArbeitsraumEinschränkungen links-/rechtseitiger Bewegungseinschränkung ausgleichen
Folie 26
Entwurf 4: L-Form integriert Bestück- und PrüfaufgabenPufferfunktion durch Drehscheibe für Bestücken, Prüfen an rechtem Tisch
Schnelle, flexible und kostengünstige VR-Darstellung in Second Life
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Zukunftsszenarien: Mensch-Roboter-Kooperation 2030Ausschnitt: Individualisierte Robotik-Unterstützung für Schwerbehinderte
Automatische Anpassung der Robotik an mitarbeiter-spezifischen Unterstützungsbedarf
• Ergonomische Anpassung
• Flexible Werkzeuge und Hilfsmittel
• Anpassung an individuelle Lern-und Leistungskurven
• Übernahme von Arbeitsschritten
• Verschiedene Arbeits-, Lern- und Therapiemodi der Robotik
• Wählbare Aufgaben
• Akzeptanzförderliches Design des Roboters
Programmierte Unterstützungsprofile
• Standardmodule je Einschränkung/ Behinderungsart und Arbeitsaufgabe
• Individualisierbar je Mitarbeiter
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Projektziel: Win-Win für Teilhabe und WertschöpfungSozio-technische Gestaltung der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK)
Teilhabe anattraktiver Arbeit in der MRK
hoch
niedrighochWirtschaftlichkeit
der MRK
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Ansprechpartnerwww.aquias.de
Fraunhofer IAOGeschäftsfeld Dienstleistungs-und PersonalmanagementNobelstraße 1270569 Stuttgart
David KremerTel. +49 711 970-22 23Mobil +49 151-1632 7693david.kremer@iao.fraunhofer.de
Sibylle HermannTel. +49 711 970-20 20Mobil +49 151-1632 7692sibylle.hermann@iao.fraunhofer.deDavid Kremer Sibylle Hermann