Mensch-Technik-Interaktion

Die Interaktionen zwischen Menschen und Maschinen, wie bspw. mobilen Robotern, nehmen durch den fortschreitenden Automatisierungsgrad von Produktions- und Logistikprozessen stetig zu. Neben den Herausforderungen, welche diese Interaktionen schaffen, begreifen wir als Abteilung für Robotik und Kognitive Systeme diese Herausforderungen als Chancen, neue Synergieeffekte in flexibilisierten Arbeitsabläufen zwischen Menschen und Maschinen zu identifizieren und durch technische Lösungen in der Produktion und Logistik zu nutzen. Neben der Reduktion von Gesundheitsrisiken, wie Stress und Haltungsschäden, und der Erhöhung der Akzeptanz von technischen Neuerungen haben die Nutzung von Methoden der Mensch-Technik-Interaktion (MTI) das Potential, die Produktivität von Arbeitsabläufen zu steigern.

Um das Zusammenspiel zwischen Menschen und Maschinen zu orchestrieren, können beispielsweise digitale Zwillinge von Menschen und Maschinen erzeugt werden. Diese digitalen Zwillinge bieten die Möglichkeiten, dass das Verhalten von Menschen und Maschinen, für beide interagierenden Parteien, nachvollziehbar und in Teilen vorhersehbar wird.

Zwecks Validierung der von uns entwickelten MTI Lösungen führt die Abteilung für Robotik und Kognitive Systeme Probandenstudien sowie qualitative und quantitative Analysen durch.

 

Augmented Reality

Die richtige Einbindung der Mitarbeiter ist ein wesentliches Merkmal effizienter Prozesse. Trotz Automatisierung setzen wir weiterhin auf die Kollaboration zwischen Mensch und Technik. Mittels verschiedenster Schnittstellen ermöglichen wir eine einfache Interaktion. Komplexe Systeme lassen sich so leicht via Augmented Reality steuern und die benötigten Informationen werden dem Mitarbeiter direkt ins Sichtfeld eingeblendet. Die Nutzung zusätzlicher Sensorik und 3D-Bildverarbeitung stärkt die Prozesssicherheit.

Augmented Reality findet in den verschiedensten Logistikprozessen, wie Wareneingang, Kommissionierung oder Verpackung, Anwendung. So erhält der Kommissionierer über eine spezielle Datenbrille bestimmte Produktinformationen während des Kommissioniervorgangs. Zusätzlich werden ihm Koordinaten zum Produktstellplatz sowie die zu entnehmende Menge visuell angezeigt. Das Fraunhofer IML forscht bereits seit vielen Jahren im Bereich Augmented Reality und entwickelte beispielsweise ein System, welches Verpackungsprozesse mit Hilfe von Datenbrillen verbessert. Hierbei wird der Mitarbeiter durch den Prozess geleitet und ihm wird angezeigt, an welcher Stelle das Produkt optimal platziert werden soll.

 

AR – Zugeschnittene Lösungen 

Der Einsatz von AR-Technologien ist nicht nur auf die klassische AR-Brille beschränkt, sondern funktioniert ebenso gut mit Smartphone oder Tablet. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsbereich, ergeben sich somit unterschiedliche Möglichkeiten auf der Basis von verschiedenen Plattformen und mobilen Endgeräten, um von Augmented Reality Gebrauch zu machen und von der Technologie zu profitieren. Auf dieser Grundlage entwickelt das Fraunhofer IML flexible und individuelle Lösungen für Logistikprozesse.

 

AR – Steigerung der Usability

Augmented Reality unterstützt die Menschen bei den verschiedensten Tätigkeiten und ermöglicht einen sicheren sowie einfachen Umgang – beispielsweise mit Fahrerlosen Transportfahrzeugen oder cyberphysischen Systemen im Allgemeinen. Durch die Technologie erhalten Mitarbeiter wichtige Hintergrundinformationen über den aktuellen Standort der Maschinen und werden über herannahende Fahrzeuge alarmiert. Darüber hinaus wird ihnen der richtige Weg durch die Lagerhalle zu den jeweiligen Produkten angezeigt, ohne dabei mit den Fahrzeugen zu kollidieren. Aber auch im Bereich der Wartung und Reparatur ermöglicht Augmented Reality eine vereinfachte Handhabung. So lassen sich beispielsweise die Wartungspläne sowie zusätzliche Konstruktionsdaten in das Sichtfeld des Werkers projizieren.

 

AR – Visuell – Individuell

Augmented Reality lässt sich, abhängig vom jeweiligen Einsatzgebiet, auf verschiedene Weisen nutzen, wodurch die Verwendung der dreidimensionalen Darstellung von Objekten nicht immer notwendig ist. Bei Wartungsarbeiten oder Reparaturen reicht es z.B. aus, dass einfache Texte oder Informationen zu den jeweiligen Maschinen in das Sichtfeld des Arbeiters projiziert werden.

 

Die passenden Datenbrillen

Bei binokularen AR-Brillen, welche der grundsätzlichen Bauform einer gewöhnlichen Brille mit zwei Gläsern ähneln, wird der sichtbare Bereich der Realität entweder mit virtuellem Inhalt überlagert oder komplett überblendet. Neben der binokularen AR-Brille gibt es auch noch monokulare Datenbrillen. Die Brillen sind im Gegensatz zu den binokularen AR-Brillen für die Benutzung auf einem Auge konzipiert und sind damit komfortabler. Welche Lösung für welchen Bereich in Betracht kommt, hängt immer vom jeweiligen Anwendungsfall ab.

 

Soziale Robotik

Auch der Bereich der Sozialen Robotik ist ein Schwerpunkt der Abteilung für Robotik und Kognitive Systeme. Ein Beispiel für einen komplexen, sozialen Roboter stellt der ergonomische, mobile, interaktive Ladungsträger für die Intralogistik (EMILI) dar. EMILI ist als mobiler Roboter in der Lage, auf vielfältige Weise mit dem Menschen zu interagieren und Aufgaben in intralogistischen Anwendungsszenarien wahrzunehmen.

 

Multimodale Interaktion

Intelligente Objekte und moderne, sich selbst steuernde Prozesse rücken durch das Thema „Industrie 4.0“ immer mehr in den Fokus. Für die Prozesssteuerung und die Koordination verteilter Anlagen werden Informationen benötigt, die auf der einen Seite ermittelt und auf der anderen Seite dem Bediener von Produktions- und Logistikanlagen zur Verfügung gestellt werden müssen. Hierbei ergeben sich mehrere Herausforderungen, bei deren Bewältigung das Fraunhofer IML zur Seite steht. Diese erstrecken sich von der Informationsgewinnung direkt an der Maschine über die Informationsaufbereitung im System bis hin zur Informationsdarstellung für den Menschen.

Bevor Daten dem Menschen adäquat präsentiert werden können, müssen die entsprechenden Informationen ermittelt werden. Dies geschieht z. B. mit den sogenannten Smart Devices. Dies sind technische Komponenten, die notwendige Betriebsdaten der verschiedenen Maschinen und Anlagen standardisiert erfassen, aufbereiten und an eine Plattform weitergeleitet werden. Dort erfolgt die anschließende Aufarbeitung der Daten, die unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren alle eingehenden Informationen für die Darstellung vorbereitet. Betrachtet werden hierbei unter anderem die Rolle, die Lokation und die Aufgabe des jeweiligen Mitarbeiters, für den die Informationen aufbereitet werden sollen. Abhängig von diesen Parametern verändern sich die Informationstiefe sowie die Informationsausrichtung. So benötigt ein Mitarbeiter am Fließband in der Qualitätssicherung vollkommen andere Informationen als ein Mitarbeiter in der Fertigung oder ein Kommissionierer in der Logistik. Auch entscheidend ist hierbei, auf welcher Art auf dem Wearable die Daten dargestellt werden sollen und welchen Detailgrad das entsprechende Endgerät zulässt.

Die Informationen auf den Endgeräten müssen für den Anwender verständlich sein und dürfen nicht zu Fehlhandlungen führen. Daher müssen sowohl die technischen als auch die menschlichen Anforderungen bei der Gestaltung der Benutzeroberflächen berücksichtigt und umgesetzt werden. Um eine intuitive und sichere Interaktion zu gewährleisten, wird ein menschenzentrierter Ansatz gewählt, bei dem Online-Umfragen und Interviews durchgeführt werden. Diese Methoden geben ein direktes Feedback zu ersten Entwürfen im Entwicklungsprozess und zeigen auf, wie die einzelnen Elemente weiterentwickelt werden müssen. Durch die Verwendung dieses Ansatzes in der Entwicklungsphase werden die Kosten niedrig gehalten und die Benutzer von Anfang an einbezogen.

Die Art der Endgeräte (Wearables) sind heutzutage sehr vielfältig. So können Tablets, Smartphones, Datenbrillen aber auch Körpersensoren oder Brain-Computer-Interfaces (BCI) eingesetzt werden. Bestimmte Geräte sind jedoch nur sinnvoll in den dazu passenden Use Cases einzusetzen oder können sogar in verschiedenen Prozessschritten gewechselt werden. Wir stehen Ihnen bei der Findung der optimalen Kombination aus Prozessen und Wearables mit unserem Know-how zur Seite und bieten Referenzimplementierungen, aber auch maßgeschneiderte Lösungen für Ihr Unternehmen.