8. Assistenz und Wissensvermittlung am Beispiel von Montage- und Instandhaltungstätigkeiten

Zu Demonstrations- und Validierungszwecken wurden im APPsist Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit industriellen Anwendungspartnern verschiedene Anwendungsszenarien entwickelt. Diese wurden bewusst so definiert, dass sie hinsichtlich der relevanten Parameter „Zielgruppe“ und „Komplexität“ deutlich variieren, um so die Leistungsfähigkeit und Breitenwirksamkeit des APPsist-Systems zu verdeutlichen.

Zur Darstellung der erweiterten Befähigung zur Ausführung von zusätzlichen Tätigkeiten (z. B. einfache Instandhaltung) wurde ein Anwendungsszenario ausgewählt, bei dem der Wechsel eines Werkstoffes in einer teilautomatisierten Montagelinie nicht mehr durch eine Fachkraft (z. B. Mechatroniker), sondern durch eine dort tätige angelernte Montagekraft (Zielgruppe) mithilfe von Assistenz (geringe Komplexität) durchgeführt werden soll. Die Zielsetzung dabei ist, an- oder ungelernte Mitarbeiter/Innen dazu zu befähigen, diesen Prozess selbstständig und effizient durchzuführen. Durch diese Umverteilung von Aufgaben und Verantwortlichkeiten sollen Anlagenstillstände reduziert und somit Kosten eingespart werden. Angelernte Kräfte können mittels der Assistenz flexibler eingesetzt werden und Fachkräfte können zu einem höheren Zeitanteil Aufgaben mit höheren Anforderungen bearbeiten.

Zur Betrachtung der komplexeren Assistenz zur Reduzierung der Bearbeitungszeit und Qualitätserhöhung/Fehlervermeidung wurde ein Anwendungsszenario im Vorrichtungsbau gewählt, bei dem komplexe Montagetätigkeiten im Vorrichtungsbau durch Fachkräfte (z. B. Industriemechaniker, Elektrotechniker) mittels Assistenzsystemen unterstützt werden. Im Gegensatz zum ersten Anwendungsszenario bilden hier hochqualifizierte Mitarbeiter die Zielgruppe. Die Komplexität dieses Prozesses liegt in der hohen Individualität der zu montierenden Vorrichtungen (mechanische, pneumatische und elektronische Komponenten). Diese sind modular aufgebaut, unterscheiden sich jedoch im Detail je nach Kundenanforderung signifikant, sodass eine kundenbezogene Beschreibung der korrelierenden Montagetätigkeiten erfolgen muss. Letztendlich sollen so Verschwendungen sowie Fehler im Prozess und somit auch die benötigte Montagezeit reduziert und die Qualität erhöht werden.

Für die Bereitstellung von Assistenz ist es zunächst erforderlich, die jeweiligen Prozesse eindeutig und nachvollziehbar zu beschreiben. Die Prozessaufnahme erfolgt in workshoporientierten Meetings, an denen im Wesentlichen die Experten für den zu definierenden Prozess teilnehmen. Diese können je nach Prozess und Unternehmensgröße durch Fachkräfte, Führungskräfte und Geschäftsführer repräsentiert werden. Als Prozessbeschreibungssprache kommt die Business Process Model and Notation (BPMN) zum Einsatz (BPMN 2011). Definiert werden die jeweiligen relevanten Prozessschritte in unterschiedlichen, zielgruppenorientierten Detaillierungsstufen.

Die zu beschreibenden Prozesse werden zunächst in einer Maßnahme (oberste Ebene) definiert. Die Maßnahme setzt sich aus verschiedenen Aktivitäten zusammen, welche somit die zweite Ebene darstellen. Diese lassen sich wiederum weiter in eine Folge von Aktionen (dritte Ebene) untergliedern. Die dritte Ebene setzt sich aus elementaren Schritten zusammen. Diese maximal dreistufige Detaillierung gewährleistet zum einen die Übersichtlichkeit der Prozessstruktur, zum anderen ermöglicht sie aber auch, Mitarbeitern im Rahmen der Assistenzgebung Informationen in unterschiedlicher Granularität und somit Assistenz für unterschiedliche Fähigkeitsstufen bereitstellen zu können. Um die Prozesse schließlich für die Verwendung im Assistenzsystem aufzubereiten, werden den einzelnen Prozessschritten auf allen Ebenen Assistenzinhalte zugeordnet. Diese bestehen im Wesentlichen aus einem Text, der dem Mitarbeiter Informationen darüber liefert, was im entsprechenden Schritt getan werden muss. Hinzu kommen je nach Prozessschritt auch notwendige Warnsymbole, Hinweise sowie unterstützende Fotos, Videos, Modelle oder technische Zeichnungen. Je nach Anwendungsfall sind hier auch AR-Inhalte (Augmented Reality) möglich.

Nachfolgend wird das Anwendungsbeispiel „Werkstoff wechseln“ beschrieben. Dieser Prozess ist in Abb. 8.3 auf allen drei Detaillierungsebenen (Maßnahme, Aktivität, Aktion) grafisch dargestellt. Auf der obersten Ebene ist der Prozess bewusst sehr übersichtlich gestaltet. Hier ist lediglich beschrieben, dass die Station angehalten und nach dem Wechsel wieder in Betrieb genommen werden muss. Außerdem müssen die Reste des entnommenen Stoffes ordnungsgemäß entsorgt werden. Um den Prozess für die entsprechende Zielgruppe adäquat zu beschreiben, ist daher eine Detaillierung auf der Aktivitäten- und Aktionsebene unabdingbar. Hier wird Schritt für Schritt darauf eingegangen, welche Einzelaktivitäten zur Durchführung des Prozesses notwendig sind. Entsprechend aufbereitete Fotos und Videos werden dem Mitarbeiter angezeigt. Gerade bei dem eigentlichen Wechsel- und Entsorgungsvorgang sind darüber hinaus aber auch Warnhinweise notwendig, die auf die Gefahren im Umgang mit dem Stoff sowie auf Vorschriften hinsichtlich der zu treffenden Vorsichtsmaßnahmen aufmerksam machen.

Die Komplexität beim zweiten Anwendungsszenario, dem Montageprozess im Vorrichtungsbau, der von einer Fachkraft durchgeführt wird, liegt weniger in der Beschreibung der einzelnen Prozessschritte, da diese im Wesentlichen bei der angesprochenen Zielgruppe bekannt sind. Vielmehr geht es hier um die korrekte Zuordnung der anzuzeigenden Inhalte, die in diesem Fall hauptsächlich aus technischen Zeichnungen bestehen. Hier kann keine starre Zuordnung zwischen Inhalten und Prozessschritten erfolgen, sondern diese muss sich stets am Kunden und der korrelierenden Variante der Vorrichtung orientieren. Somit ist eine direkte Vernetzung des Assistenzsystems mit den Automatisierungssystemen (z. B. ERP, MES) notwendig.

Um die verschiedenen Arten der Unterstützung, die durch das APPsist-System möglich sind, zu veranschaulichen, wird im Folgenden davon ausgegangen, dass sich der angelernte Montagemitarbeiter in der Nebentätigkeit „Lernzeit“ und die Fachkraft in der Haupttätigkeit befindet.

Fordert der Montagemitarbeiter Frank Müller Assistenz an, werden die im Lernermodell abgelegten Entwicklungsziele herangezogen: Die Führungskraft hat bemerkt, dass Herr Müller über erhebliches technisches Geschick verfügt. So hat Herr Müller in den letzten Wochen, unterstützt durch die APPsist-Assistenz, erfolgreich verschiedene Werkstoffe gewechselt. Es wurde daher vereinbart, dass der Mitarbeiter sich strategisch auf die Übernahme weiterer Instandhaltungsaufgaben vorbereiten soll. Ihm werden also vom APPsist-System weitere, etwas komplexere Maßnahmen zur Instandhaltung wie beispielsweise „Problem bei Schraubenzufuhr beheben“ vorgeschlagen (Regel NA). Wählt er eine Maßnahme aus, kann er diese, geleitet von der Assistenz, beispielsweise an einer Lerninsel oder in einer Lernfabrik vorab simulieren.

Wählt hingegen die Fachkraft Sabine Meyer Unterstützung durch Assistenz in der Haupttätigkeit aus (Regel HA), werden ihr auf den aktuellen Kontext bezogene Maßnahmen vorgeschlagen, in diesem Fall beispielsweise „pneumatische Komponenten montieren“. Fordert Frau Meyer Inhalte an (Regel HI), dann werden für die momentane Situation relevante Dokumente ausgewählt, z. B. der pneumatische Schaltplan für den spezifischen Kunden oder Lerninhalte zu pneumatischer Montage.

Im Falle von Herrn Müller werden bei Inhaltsanforderung (Regel NI) vereinbarte Inhalte (Informationen über das Unternehmen, das Produkt und den Produktionsprozess) und hinsichtlich der Entwicklungsziele relevante Inhalte (Beschreibung der Aufgaben eines Instandhalters etc.) angezeigt.

In den derzeitigen Pilotszenarien lassen sich bereits einige Tendenzen für die Veränderung von Tätigkeiten und der Organisation von Arbeit ausmachen (Tab. 8.1). Diese entsprechen den Zielvorstellungen innerhalb des Projektes. Damit diese Effekte sich auch in einem großflächigen Einsatz des Systems bestätigen, bedarf es der fortlaufenden Beobachtung, Anpassung und Optimierung und darauf basierender Gestaltung.

Bei der Darstellung der Veränderungen wird zunächst der oben beschriebene Anwendungsfall der Assistenz für einfache Instandhaltungstätigkeiten (Wechsel eines Werkstoffs) in einer teilautomatisierten Montagelinie (Spalte 1) fokussiert.

Durch die Übertragung von Tätigkeiten an die Montagemitarbeiter sinkt für diese insgesamt der Anteil monotoner (Montage)Arbeiten. Gleichzeitig nimmt der Komplexitätsgrad der Tätigkeit zu und es werden mehr problemlösende und kontrollierende Tätigkeiten übernommen. Dies bedeutet jedoch nicht automatisch, dass die Erweiterung von Tätigkeiten auch mit einem erhöhten Maß an Selbstbestimmung am Arbeitsplatz einhergeht, da die erweiterten Aufgaben und Problemlösungen jeweils mehr oder weniger strikt durch das System vorgegeben werden. Hier kommt es auf die konkrete Ausgestaltung des APPsist-Systems an. Zu erwarten ist zudem, dass auch Prozesse der Selbstoptimierung der Montagemitarbeiter durch das System unterstützt werden. Auch dürfte die Kooperation zwischen den Einzelarbeitsplätzen in der Montagelinie und zwischen den unterschiedlichen Funktionsbereichen zunehmen, da durch den Einsatz des mobilen Systems mehr Abstimmungsprozesse anfallen (wer die konkrete Maßnahme ausführen soll, Wissensaustausch über von Kollegen/Innen hinterlegte Erfahrungsberichte, Kontaktaufnahme mit Technikern bei Störungen etc.).

Mit der Übertragung von Tätigkeiten auf die Montagemitarbeiter werden auch Effekte für andere Mitarbeitergruppen entstehen. Es wird insgesamt eine aufwertende Verschiebung im Tätigkeitsgefüge ausgelöst (Fahrstuhleffekt). So soll etwa der Maschinenführer künftig einzelne Aufgaben übernehmen, die bisher bspw. den Instandhaltern vorbehalten waren – etwa die Beseitigung von vergleichsweise häufig auftretenden mechanischen Störungen. Die Instandhalter wiederum erhalten zusätzliche Aufgaben in einem zunehmend technisierten Umfeld (perspektivisch steigender Automatisierungsgrad). Letztlich fallen auch zusätzliche Arbeiten bei der Pflege des Assistenzsystems an. Zum einen entsteht zusätzlicher Arbeitsaufwand für die Generierung neuer Unterstützungsszenarien, die zunächst maschinenlesbar in BPMN modelliert werden müssen. Zum anderen ist zu erwarten, dass bei breitflächiger Implementierung des Systems auch ein erhöhter Instandhaltungsbedarf für das System selbst entsteht. Insgesamt werden durch den Einsatz des Assistenzsystems die Tätigkeiten an den Montagearbeitsplätzen wie auch auf der Ebene des Anlagenführers und des Wartungspersonals tendenziell anspruchsvoller. Eindeutige Beschäftigungseffekte für die unterschiedlichen betrieblichen Funktionen lassen sich derzeit noch nicht prognostizieren.

Das Assistenzsystem ist für den Benutzer selbsterklärend und wird in dieser Hinsicht umfangreich mit ausgewählten Mitarbeitern des Pilotbereichs getestet und optimiert. Ein unmittelbarer Qualifizierungsbedarf für die Handhabung des Systems ergibt sich auf dieser Ebene zunächst nicht. Dessen ungeachtet ist allein schon aus arbeitsschutzrechtlichen Anforderungen eine Unterweisung in die Systemhandhabung und die assistierten Prozesse nötig. Hierzu gehört auch, die Mitarbeiter über die Rahmenbedingungen des Systemeinsatzes (bspw. Regelungen zum Datenschutz, zur Leistungskontrolle etc.) sowie über den grundsätzlichen Aufbau der verwandten Modelle (Transparenz darüber, welche Daten wozu verwendet werden und welche Folgen ein bestimmtes Nutzerverhalten hat) zu informieren.

Höhere Anforderungen an Kommunikation und soziale Kompetenz könnten sich zudem noch auf einer anderen Ebene ergeben: Sofern Entwicklungsziele von Mitarbeitern tatsächlich über Qualifizierungsgespräche und Zielvereinbarungen festgelegt werden sollen, müssen auch die Vorgesetzten hierfür geschult sein. Auch für die Mitarbeiter selbst wäre, wie Erfahrungen aus anderen Unternehmen zeigen, eine Vorbereitung auf das Qualifizierungsgespräch sinnvoll.

Für die im Beispiel beschriebenen Fachkräfte im Vorrichtungsbau ergibt sich bezüglich der Veränderungen ihrer Tätigkeiten ein anderes Bild. Hier zeichnet sich weniger eine komplett neue Tätigkeitsstruktur mit gänzlich neuen Anforderungen, sondern vielmehr eine Optimierung und Unterstützung der bestehenden Arbeitsabläufe ab. Durch die Verfügbarkeit der richtigen Inhalte und Informationen zur richtigen Zeit am richtigen Ort können ineffiziente Abläufe reduziert werden. So müssen beispielsweise Schaltpläne nicht mehr zentral auf einem Bildschirm neben dem Montagearbeitsplatz abgerufen werden, sondern stehen direkt auf dem Tablet vor Ort bereit. Ebenso werden langwierige Vorbereitungen durch das Suchen der korrekten, also zum Kunden passenden, Pläne als Arbeitsvorbereitung reduziert sowie Inkonsistenzen durch Versionsupdates solcher Zeichnungen eliminiert. Der Mitarbeiter kann sich somit vollständig auf die eigentliche, wertschöpfende Montagetätigkeit konzentrieren.

Zusammenfassend skizziert Tab. 8.2 die prognostizierten Veränderungen: Durch die Erweiterung der Arbeitsaufgaben für Montagekräfte wird es am Layout der Arbeitsplätze nur geringfügige Änderungen geben, da es sich beim Arbeitsmittel nicht um ein stationäres, sondern um ein mobiles Endgerät handelt. Dieses wird beispielsweise innerhalb einer U-förmigen Montagelinie bzw. an einer außenliegenden Station zur Nutzung angebracht. Veränderungen müssen insofern erfolgen, als dass ein geeigneter Ort für die Bearbeitung von Lerneinheiten außerhalb der eng geführten Assistenzschritte insbesondere für die Nebentätigkeit Lernzeit gefunden werden muss. Die Arbeitsorganisation muss so angepasst werden, dass Lernzeiten planbar zur Verfügung stehen. Führungsstrukturen ändern sich nicht, wohl aber die Anforderungen an unmittelbare Vorgesetzte in Bezug auf die systematische Gestaltung von Qualifizierungsgesprächen und Zielvereinbarungen.

Zur Vorbereitung der schrittweisen Systemimplementierung, der eine längere Erprobungs- und Verbesserungsphase vorausgeht, wurde in einem der Anwenderunternehmen eine Testgruppe gebildet. Diese ist intensiv in die Erprobung der unterschiedlichen Entwicklungsstadien des Assistenzsystems eingebunden. Die Gruppe besteht aus einem repräsentativen Querschnitt von Montagekräften und Maschinenführern. Sie wurde auf der Grundlage einer Rahmenvereinbarung der Betriebsparteien (siehe unten) auf freiwilliger Basis konstituiert. Das Interesse der Beschäftigten im Pilotbereich zur Mitarbeit in der Testgruppe wird von allen Projektbeteiligten als hoch eingeschätzt.

Die Gruppe ist dabei ausdrücklich aufgefordert, eigene Vorschläge in die Systemgestaltung einzubringen. Erste Tests der Benutzeroberfläche fanden bereits statt. In der nächsten Erprobungsstufe wird mit den Beteiligten ein Test der oben dargestellten Assistenzszenarien im realen Produktionsumfeld und des im Entwicklungskonsortium erarbeiteten Lernermodells in unterschiedlichen Varianten erfolgen.

Hierbei wird durch die beteiligten Projektpartner sowie durch die Prozessbeteiligung des Betriebsrats sichergestellt, dass auftretende Fragen und Probleme wie auch Verbesserungsvorschläge in einem strukturierten Dialog bearbeitet werden können.

Bei der Systemeinführung sind grundlegende Beteiligungs- und Mitbestimmungsrechte des Betriebsrats berührt (u. a. §80 und §87 (1) BetrVG). Eine frühzeitige Beteiligung der Arbeitnehmervertreter ist daher ohnehin geboten. Diese wurde im Projekt gewährleistet, indem zwei Betriebsratsmitglieder als ständige Repräsentanten in das Projektkonsortium aufgenommen wurden, die somit einen Zugang zum Projektstand haben. Auf Initiative des Betriebsrats eines Anwenderunternehmens wurde zudem auf betrieblicher Ebene eine Rahmenvereinbarung (Regelungsabrede) abgeschlossen, in der die Bedingungen für die Entwicklungs- und Erprobungsphase des Assistenzsystems festgeschrieben wurden. Dies betraf den zeitlichen Ablauf, die Bildung einer freiwilligen Testgruppe und die Kommunikationswege während der Testphase. Im Wesentlichen ging es darum, eventuell entstehende Nachteile für Benutzer des Systems von vornherein auszuschließen und somit präventiv die Systemakzeptanz zu erhöhen. Für den Betriebsrat ging es darum, die Zielrichtung des Projektes – über die bei den Arbeitnehmervertretern hohe Unsicherheit bestand – symbolisch und für die Mitarbeiter sichtbar abzusichern. Hierbei kam es auch zu einer Einschränkung der nutzbaren Endgeräte. Der Einsatz von Datenbrillen, die aufgrund ihrer ergonomischen Risiken und den mit dieser Technologie verbundenen erleichterten Überwachungsmöglichkeiten auf Vorbehalte bei den Betriebsräten stießen, ist in der Testphase nicht vorgesehen. Vereinbart wurde zudem, aus den im Erprobungsprozess gesammelten Erfahrungen, vor der tatsächlichen Implementierung des Systems in den Regelbetrieb, gemeinsam den weiteren Regelungsbedarf festzustellen und notwendige Vereinbarungen zu treffen. In diesem Prozess der Ausarbeitung betrieblicher Vereinbarungslösungen werden die Betriebsparteien durch eine wissenschaftliche Begleitung und durch die IG Metall unterstützt, die innerhalb des Projektes mit der konzeptionellen Unterstützung der Arbeitnehmervertreter betraut ist. Letztlich soll es darum gehen, Musterlösungen zu finden, die für ähnlich gestaltete Assistenzsysteme auch in anderen Unternehmenskontexten anwendbar sind.

Im Rahmen der Systemimplementierung sind neben rein organisatorischen auch eine Reihe regulatorischer Fragen zu klären. Diese werden im Projektkonsortium vorgeklärt, bedürfen aber letztlich verbindlicher Absprachen und Vereinbarungen zwischen den betrieblichen Akteuren. Dabei geht es im Wesentlichen um folgende Themen: