Ausgangssituation

Aufgrund der steigenden Individualität der Produktionsaufgaben und der immer vielfältigeren technischen und funktionellen Möglichkeiten von Werkzeugmaschinen wird die kognitive Belastung bei der Nutzung von Werkzeugmaschinen zunehmend erhöht. Seit der Markteinführung der ersten Bediensysteme von Werkzeugmaschinen in den 1960er Jahren hat sich die Anzahl der physischen Bedienelemente bis heute um etwa 400 Prozent erhöht, wodurch die Komplexität ebenfalls gestiegen ist. Obwohl aktuelle Anbieter von Maschinenbediensystemen von „nutzerfreundlich“ und „innovativ“ sprechen, zeigen tatsächliche Benutzerumfragen Beschwerden hinsichtlich der Unübersichtlichkeit der Menüstruktur, Unverständlichkeit von Fehlermeldungen, Fehlen von notwendigen Informationen und Einschränkungen in der Anpassbarkeit. Während die Maschinenbediensysteme nahezu keine innovative Weiterentwicklung durchlaufen, ergeben sich durch die zunehmende Entwicklung von KI neue Möglichkeiten für die Interaktion zwischen Menschen und Maschine. KI ermöglicht Technologien und Funktionen wie Sprach- und Gestenerkennung, Automatisierungen, Vorhersagen, Empfehlungen, Personalisierungen, proaktive Fehlererkennungen und generative Chatbots. Besonders im Bereich der Unterhaltungselektronik werden solche KI basierten Technologien bereits vielfältig für die Interaktion von Menschen und Maschine eingesetzt. Eine derartige Anwendung innerhalb der Produktion für die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) von Werkzeugmaschinen fehlt allerdings bislang, was den notwendigen Forschungsbedarf in diesem Bereich aufzeigt.

Zielsetzung

Das Ziel des Projekts ist es, aufzuzeigen, welche Anwendungsmöglichkeiten, Potentiale und welcher Nutzen der Einsatz von KI für HMIs von Werkzeugmaschinen in der Produktion hervorbringt. Innerhalb des Projekts soll dafür eine neue KI-basierte HMI zur Bedienung von Werkzeugmaschinen entwickelt und getestet werden. Die neu entwickelte HMI soll durch den Einsatz von KI die Bedienung von Werkzeugmaschinen vor allem hinsichtlich Effektivität, Effizienz, Individualisierbarkeit und intelligenten Funktionen verbessern. Mit der entwickelten HMI soll zudem die kognitive Belastung für Nutzer*innen reduziert und gleichzeitig die Arbeitssicherheit, Nutzungsfreundlichkeit (Usability) und Nutzungserlebnis (User Experience) von Werkzeugmaschinen in der Produktion erhöht werden, was wiederum zur Verbesserung der Effizienz und Effektivität der gesamten Produktion beiträgt.

Vorgehensweise

Das Projekt unterteilt sich konkret in drei Phasen und verfolgt dabei einen menschenzentrierten Gestaltungsprozess. In der ersten Phase werden zunächst die Stakeholder identifiziert und ihr Nutzerverhalten analysiert. Dafür wird im Versuchsfeld für Fertigungstechnologien (TEC-Lab) am Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) an der Technischen Universität Darmstadt (TUDa) eine User-Experience-Station aufgebaut. Mit dieser Station sollen Erkenntnisse über das Nutzerverhalten an realen Werkzeugmaschinen gewonnen werden. Darüber hinaus werden in der ersten Phase die Anforderungen an eine KI-basierte HMI analysiert. Hierzu sollen sowohl Interviews mit verschiedenen Stakeholdern durchgeführt als auch Fragebögen an Unternehmen verschickt werden. Am Ende der ersten Phase sollen die Anforderungen an eine KI-basierte HMI festgelegt sein und Kenntnisse über die Stakeholder, deren spezifischen Anforderungen sowie Nutzerverhalten vorliegen. In der zweiten Phase soll aufbauend auf den Erkenntnissen aus Phase 1 eine KI-basierte HMI an einem CNC-Profitrainer von Heller, welcher eine 5-Achs-Fräsmaschine abbildet, im Versuchsfeld für Fertigungstechnologien (TEC-Lab) entwickelt werden. Hierfür soll ein Industrie-PC (IPC) mit Touchscreen Monitor als Hardware-Grundlage der HMI genutzt werden und die dazugehörige Software, insbesondere die grafische Benutzeroberfläche (GUI) und KI-Anwendungen, entwickelt werden. In der letzten Phase soll die entwickelte KI-basierte HMI evaluiert und finalisiert werden. Dazu wird erneut die User-Experience-Station aus der ersten Phase genutzt und in diesem Fall an der neu entwickelten HMI angewendet. Die Erkenntnisse über Nutzungsfreundlichkeit (Usability) und Nutzungserlebnis (User Experience) der neu entwickelten HMI werden dann mit den Erkenntnissen der bestehenden HMIs aus Phase 1 verglichen. Abschließend soll evaluiert werden, inwiefern mit KI die HMIs von Werkzeugmaschinen verbessert werden können und wie die Anwendbarkeit in der Industrie aussieht.

Danksagung

Dieses Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Wir danken für die Möglichkeit dieses Projekt bearbeiten zu dürfen.

Fördergeber

Projektträger