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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


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


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


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



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



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



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



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


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



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


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


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


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

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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

Folie 22

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

Folie 27

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 [email protected]

Sibylle HermannTel. +49 711 970-20 20Mobil +49 151-1632 [email protected] Kremer Sibylle Hermann

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