Weiterbildung in der Instandhaltung mit digitalen Assistenzsystemen

Axel Friedewald, Robert Rost, Nikolaj Meluzov und Hermann Lödding

In ihren Sieben Thesen zur Betrieblichen Weiterbildung [1] erwartet die Wissenschaftliche Gesellschaft für Arbeits- und Betriebsorganisation (WGAB) e. V. ein zunehmendes Lernen im Prozess der Arbeit über die Integration technologiebasierter Lern- und Assistenzsysteme. Weil bislang Erfahrungen in der Weiterbildung mit digitalen Assistenzsystemen fehlen, stellen sich wesentliche Fragen: Eignen sich digitale Assistenzsysteme, um das Lernen in der Weiterbildung zu fördern? Wie können Unternehmen den Vorbereitungsaufwand begrenzen? Um diese Fragestellungen untersuchen zu können, wurde ein bestehendes Assistenzsystem für die Zwecke der Weiterbildung erweitert. Ein wesentlicher Schritt hierfür war es, die  Lerninhalte zunächst in ihre Bestandteile zu zerlegen, um diese im folgenden Schritt mit entsprechenden (digitalen) Werkzeugen aufwandsarm visualisieren und überprüfen zu können. Der Beitrag beschreibt ein modulares, Augmented-Reality-basiertes Assistenzsystem, das den Anwender durch eine Wartungs- oder Instandhaltungsaufgabe führt und dazu abhängig vom Knowhow des Benutzers schrittweise Bauelemente und erforderliche Metainformationen einblendet. Erste Tests deuten darauf hin, dass das System zur Weiterbildung von Servicetechnikern und Bedienpersonal eingesetzt werden kann.

Um den reibungslosen Betrieb von komplexen Anlagen sicherzustellen, sind Wartungs- und Instandhaltungsaufgaben sowohl vom Servicepersonal der Hersteller als auch von Mitarbeitern der Anlagenbetreiber durchzuführen. Zunehmende Verbreitung finden dazu digitale Wartungsassistenzsysteme, die das Personal des Anlagenbetreibers bei typischen Aufgaben mithilfe von Augmented Reality (AR) anleiten können. Um solche Assistenzsysteme auch für die Schulung der Mitarbeiter einsetzen zu können und dazu nicht eigenständige Systeme vorhalten zu müssen, zeigt der vorliegende Beitrag auf, wie ein Gesamtsystem durch einen modularen Aufbau sowohl für die Weiterbildung und Lernkontrolle als auch für die Wartung selbst durchgängig und effizient genutzt werden kann.
 

Stand der Technik

Sollen Mitarbeiter für neue Aufgaben geschult werden oder neue Funktionen einer Anlage erlernen, können dazu klassische Weiterbildungsmaßnahmen genutzt werden. Dazu zählen vor allem Standard- oder Aufbaukurse beim Anlagenhersteller, in denen die Funktionsweise und verschiedene Wartungsaufgaben der Komponenten erklärt werden. Die Kursangebote umfassen sowohl eine Vermittlung von Schulungsinhalten im Frontalunterricht als auch die Demonstration und Durchführung praktischer Tätigkeiten. Darüber hinaus existiert eine große Bandbreite von eLearning-Angeboten.
Moderne Schulungsmethoden setzen vermehrt Techniken der virtuellen Realität (VR) ein, um als verstärkenden Lerneffekt das reale Verhalten kosteneffizient simulieren zu können. Einer breiteren Anwendung steht bisher im Weg, dass jeweils spezifische Schulungsszenarien entwickelt werden müssen.

Auch die Technik der erweiterten Realität wird als Augmented Learning für unterschiedliche Lernszenarien untersucht. Beispiele hierfür sind die Erklärung der Funktionsweise von Druckmaschinen [2] oder die Erläuterung von Wartungsaufgaben einer Turbolader-Baureihe [3] mit eigens zu diesem Zweck entwickelten AR-Systemen. Um Wartungsaufgaben für ungeübte Personen zu veranschaulichen, werden ebenfalls die für Servicetechniker entwickelten, in der Praxis eingesetzten Systeme genutzt, die die einzelnen Demontage- und Montageschritte anzeigen (z. B. [4]). Eine Lern- erfolgskontrolle ist in diesen Systemen allerdings nicht implementiert.

Damit mangelt es bisher an einem durchgängigen Ansatz, der sowohl systematische Schulungen als auch die digitalisierten Unternehmensprozesse der Wartung und Instandhaltung unterstützt.
 


Bild 1: Datenmodell [5].

Digitales Wartungsassistenzsystem

Für die Entwicklung eines solchen integrierten Systems müssen zunächst die involvierten Unternehmensprozesse betrachtet werden. Folgt man einer arbeitsprozessorientierten Beschreibungslogik, werden zunächst – vergleichbar der auftragsunabhängigen Arbeitsplanung – die Wartungs- und Instandhaltungsanleitungen erstellt. Für jeden Wartungsauftrag werden darauf aufbauend mithilfe eines digitalen Assistenzsystems (DIA) beschreibende Informationen bereitgestellt, die ggf. während der Durchführung weiter angereichert werden, und zwar sowohl in der Befundung als auch bei der Ausführung der Wartungsmaßnahmen. Den Abschluss bildet die Protokollierung und Rückmeldung des Auftrags.
Das zugrunde gelegte Datenmodell (Bild 1 [5]) bildet im Kern die einzelnen Arbeitsschritte der Wartungs- und Instandhaltungsdurchführung ab und ordnet diesen umfangreiche Metadaten zu, z. B.:

• Arbeitsschrittbezeichnungen und -beschreibungen
• Vorgabezeiten
• Betroffene Bauteile (bzw. Baugruppenstrukturelemente)
• 3D-Modelle und Bewegungsanimationen
• Warnhinweise
• Werkzeuge, Hilfsmittel und Verbrauchsmaterial
• Einzuhaltende Richtlinien und -werte (z. B. Anzugsdrehmomente)
• Mögliche notwendige Qualifikationsstufen zur Durchführung
• Reihenfolge der Arbeitsschritte

Für eine flexible, in die Unternehmensprozesse integrierte Nutzung wurde ein modulares Gesamtsystem entwickelt (Bild 2 [5]).
Der Creator unterstützt den Anwender dabei, Wartungspläne in einer Desktop-Umgebung zu erstellen. Grundidee ist es, neue Anleitungen direkt aus einem CAD-System abzuleiten – mit deutlich geringerem Aufwand als in den üblichen technischen Redaktionssystemen. Darüber hinaus kann das System bestehende Wartungsunterlagen importieren und automatisiert in Arbeitsfolgen umwandeln [6]. Um besonders komplexe Schritte anschaulich darzustellen, kann der technische Redakteur mit dem ergänzenden VR-Creator mit vergleichsweise geringem Aufwand Animationen in der virtuellen Realität (VR) erstellen.

Der Director bildet die Schnittstelle zur Unternehmens-IT. Mit seiner Hilfe können die Anwender Daten und Informationen verwalten, also z. B. die freigegebenen Wartungspläne und die Templates zu deren Erstellung. Das System dient aber auch zur Organisation der Rückmeldungen aus der Wartung.

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