Wearable Computing - Factory Innovation
Technologien

Wearable Computing

Informationen zur rechten Zeit am rechten Ort

Lesedauer: 10 Minuten

09. Oktober 2021 von Michael Lawo

 

Beitragsbild Michael Lawo: Wearable ComputingDie Informationstechnologie hat die Arbeit im Büro wie die Steuerung von Maschinen im Laufe der vergangenen zwanzig Jahre dramatisch verändert. Trotzdem sind im Arbeitsalltag immer noch auf Papier ausgedruckte und erfasste Informationen vielfach die einzigen Hilfsmittel zur Unterstützung von Arbeitsprozessen in Produktion und Wartung. Die hiermit verbundenen Arbeitsschritte machen oft mehr als 50 % der Prozesszeiten aus. Wearable Computing-Lösungen bieten eine Möglichkeit, Informationen mobil und primäre Arbeitsschritte unmittelbar unterstützend bereitzustellen und Arbeitsprozess begleitend zu erfassen. Eine Einführung der Technologie gelingt aber nur bei ausreichender Nutzerakzeptanz. Nur dann lassen sich die mit der Einführung verbundenen Potenziale zur Verbesserung von Qualität und Produktivität auch realisieren.

Die Informationstechnologie hat die Arbeit im Büro wie die Steuerung von Maschinen im Laufe der vergangenen zwanzig Jahre dramatisch verändert. Im Arbeitsalltag sind aber auf Papier ausgedruckte und erfasste Informationen oft die einzigen Hilfsmittel zur Unterstützung von Arbeitsprozessen in Produktion und Wartung. Die Informationstechnologie wird hier benutzt, um Informationen von einem Menschen an einen anderen zu übergeben. Durch die fortschreitende Miniaturisierung und die zunehmend drahtlose Kommunikation ist die mobile Informationstechnologie in Form von mobilen Endgeräten wie Mobiltelefonen und Labtops inzwischen eine Selbstverständlichkeit. Trotzdem bleibt die papiergebundene Übergabe von Informationen in vielen Arbeitsprozessen die Regel. Ähnlich wie durch die Einführung von elektronischer Mail und Unternehmensinformationssystemen Arbeitsprozesse im Büroumfeld dramatisch beschleunigt und qualitativ verbessert werden konnten, lassen sich mittels Wearable Computing-Lösungen auch in bisher nicht durch die Informationstechnologie erschließbaren Bereichen Medienbrüche vermeiden und Vor- und Nacharbeiten zur Erzeugung und Weiterverarbeitung dieser Informationen optimieren.

Interaktionskonzepte des mobilen und Wearable Computing
Bild 1: Interaktionskonzepte des mobilen und Wearable Computing.

 

Was ist Wearable Computing?

Beim Wearable Computing sollen in die Kleidung integrierte IT-Systeme Benutzern helfen, mit der vorhandenen IT Infrastruktur zu interagieren. Hierzu sind eher neuartige Nutzungskonzepte als besondere technologische Entwicklungen gefragt: die Anwendung steht im Vordergrund. Im Gegensatz zum „Pervasive”- oder „Ubiquitous“-Computing dienen dem Benutzer dediziert in die Kleidung integrierte und zugeordnete aktive IT System nicht nur als Identifikationsmechanismus, sondern verschaffen einen aktiven Zugang zu den umgebenden Systemen. Wearable Computing-Systeme unterstützten beiläufig die primär durchzuführenden Aufgaben [1, 2]. Von den Nutzern bzw. den Gruppen von Nutzern wird daher nicht im klassischen Sinne am Computer gearbeitet.

Was hiermit gemeint ist, zeigt das in Bild 1 dargestellte Interaktionsschema: Wir betrachten den Menschen, das System und die real umgebende Welt sowie deren Interaktion. Bei konventionellen mobilen Anwendungen basiert die Interaktion auf einem angepassten Arbeitsplatzrechner Mensch-Maschine Interface wie auf der linken Seite von Bild 1 dargestellt; um das System (z.B. ein Mobiltelefon oder einen PDA) zu bedienen, müssen sich Nutzer auf das Interface fokussieren. Im Gegensatz dazu sind Wearable Computing-Systeme (Bild 1 rechts) so ausgelegt, dass sie dauernd in Interaktion mit der realen Welt und den verfügbaren menschlichen Sinnen sind, um Aktionen zu identifizieren und situationsbedingt geeignete Informationen dem Menschen oder dem System bereitzustellen.

So ist ein Navigationssystem im Gegensatz zum Routenplaner ein Wearable System. Auch das Mobiltelefon mit Freisprecheinrichtung und automatischer Rufannahme ist im Gegensatz zum in der Hand gehaltenen Gerät ein Wearable System, genauso das Hörgerät, das sich automatisch an die Geräuschentwicklung in der Umgebung anpasst.

Das wesentliche Kennzeichen von Wearable Computing Systemen ist also die Möglichkeit gleichzeitig mit der realen Welt und dem System zu interagieren. Voraussetzung dafür sind teilweise sehr komplexe Sensorsysteme zur Kontexterkennung und an die Nutzungssituation angepasste Benutzungsschnittstellen, die genau diese Simultanität ermöglichen, wie nachfolgend erläutert wird. Eine Zusammenstellung aktuell verfügbarer Technologie findet sich in [3].

Das Ziel des Wearable Computing ist, dem Menschen die Ausführung primärer Tätigkeiten zu ermöglichen, ohne diese Tätigkeit (z.B. das Laufen oder Fahren in unseren obigen Beispielen) zu stören, weil sich die Nutzer nicht dem System zuwenden müssen und so ihrer primären Tätigkeit die volle Aufmerksamkeit widmen können. Die Systeminteraktion muss folglich minimal sein, um optimales Systemverhalten zu erreichen. Dieses kann nur erreicht werden, wenn in ausreichendem Maße Sensoren Informationen liefern. Beispiele sind hier, die aktuelle Arbeitsumgebung zu erkennen und den aktuellen Arbeitsfortschritt möglichst eindeutig zu bestimmen. Aufgrund des zu diesen Informationen gehörenden Kontexts bietet das System den Nutzern entsprechend nützliche Informationen, z.B. wie in der Arbeit fortzufahren ist.

Offene Hardware-Plattform des Wearable Computing
Bild 2: Offene Hardware-Plattform des Wearable Computing.

 

Eine Herausforderung für die Systemgestaltung ist es, die kognitive Last der Nutzer minimal zu gestalten. Die Übertragung von Arbeitsplatzrechner-Benutzerschnittstellen auf Wearable Computing HCI (Human Computer Interface) ist damit ausgeschlossen. Die oben genannten Beispiele verdeutlichen den Bedarf an Systemkomponenten zur Kontexterkennung und dem HCI. Hier wird aber auch eine Herausforderung deutlich: Nur ein sensibler Umgang hinsichtlich der Führung in der Benutzung kann vermeiden, dass Nutzer vom System getrieben werden. Das automatische Reporting durchgeführter Aufgaben liefert auch Informationen über das Nutzerverhalten; dieses ist bei der Einführung unter Datenschutzgesichtspunkten zu bewerten.

Die Systeme müssen zulassen, dass Arbeitsprozesse flexibel sind und bleiben. Die Systeme erfordern Redundanzen, um bei Ausfall von Systemkomponenten immer noch einen von den Nutzern beherrschbaren Prozess zu gewährleisten.

Für die flexible Gestaltung solcher Systeme sind eine offene Hardware-Plattform und ein offenes Software-Framework hilfreich (Bild 2 und 3). Solche Architekturen und Werkzeuge stehen zur Verfügung und werden in industriellen Anwendungsbereichen wie der Automobilproduktion und Flugzeugwartung derzeit erprobt [4-6].

Offenes Software-Framework des Wearable Computing
Bild 3: Offenes Software-Framework des Wearable Computing.

 

Wo sind mögliche Anwendungsfelder?

Die Anwendungsfelder in der Produktion und Wartung sind generell dort, wo aufgabenspezifische und außerhalb der täglichen Routine liegende Vorgaben einzuhalten sind und im Sinne der Qualitätssicherung eine Dokumentation der durchgeführten Arbeiten zwingend notwendig oder qualitätssteigernd ist.

So sind in der Produktion vielfach die relevanten Bauteile an den jeweiligen Montagestationen taktsynchron (Just-in-Time) der Endmontage bereitzustellen. Hierzu werden die Bauteile in einem vorgelagerten Prozess kommissioniert. Entsprechend des jeweils geplanten Montageauftrags werden die zugehörigen Bauteile anhand des jeweiligen Kommissionierauftrags zusammengestellt.

Im ersten Schritt des Kommissionierprozesses erhält der Kommissionierer einen Ausdruck mit dem jeweils aktuellen Kommissionierauftrag. Dementsprechend muss der zugehörige Lagerort des in der Auftragsliste beschriebenen Artikels gefunden werden. Wurde das zugehörige Ablagefach des aktuellen Bauteils gefunden, so erfolgt die Auswahl und Prüfung des Bauteils. Nach vollständiger Abarbeitung des Kommissionierauftrags werden die zugehörigen Bauteile zur Übergabestelle gebracht und zur Endmontage weitertransportiert.

Dieser Prozess lässt sich durch den Einsatz einer Wearable Computing Lösung wesentlich effizienter gestalten durch die automatische Zuordnung des aktuellen Kommissionierauftrags zum Kommissionierer, die sichere, konfliktfreie Datenübertragung auf mobile Endgeräte, eine an die Arbeitsumgebung angepasste Bereitstellung mobiler End- und Interaktionsgeräte, angemessene mobile Interaktionsmechanismen sowie die mobile Unterstützung bei der Suche und Identifikation der zugehörigen Bauteile.

Aufgrund der immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen, der zunehmenden Anzahl an Varianten und der gleichzeitig steigenden Produktkomplexität ist aber auch ein optimierter Prozess im Service und Instandsetzungsbereich vielfach wünschenswert. Die Fähigkeit Fehler schnell zu diagnostizieren und zu beheben, stellt eine wesentliche Anforderung an den Service- und Instandhaltungsbereich dar. Dies ist jedoch nur zu gewährleisten, wenn alle servicerelevanten Parameter mit möglichst fehlerfreier Zuverlässigkeit vor Ort verfügbar und verarbeitbar sind. Die relevanten Service-Unterlagen, Diagnose-Verfahren sowie das Wissen bezüglich der Bedienung und Auswertung der Tests und Diagnosen sollen möglichst einfach zugänglich sein. Neben der mobilen Bereithaltung der Information sind zudem die Bedienerführung sowie die Auswahl geeigneter Interaktionsgeräte von entscheidender Bedeutung.

Universelle Wearable-Computing-Weste
Bild 4: Universelle Wearable Computing-Weste.

 

Die Basis solcher Wearable Computing-Systeme sind in die vorhandene IT-Infrastruktur integrierte Standardkomponenten (Bild 4).

Was ist zu beachten?

In Voruntersuchungen sind verschiedene Komponenten des Wearable Computing auf ihre Akzeptanz bei den Endnutzern zu untersuchen. Dabei erfordert vor allem der Einsatz von Head-Mounted-Displays (HMD) besondere Beachtung. Die Reduzierung der kognitiven Last beim Endnutzer verlangt nach einfachen und sehr übersichtlichen Benutzerschnittstellen (Bild 5). Die Erfahrung zeigt, dass 1:1-Übertragungen von Desktop Benutzer-oberflächen ohne Akzeptanz sind. Die Erfahrung mit speziell für das Wearable Computing entwickelten Werkzeugen für Softwareentwickler zur Gestaltung ergonomischer Wearable Computing-Oberflächen ist jedoch positiv.

Beispiel für ein geeignetes HMD-Interface
Bild 5: Beispiel für ein geeignetes HMD-Interface.

 

Die Eignungsprüfung einer ggf. geplanten Sprachsteuerung erfordert ebenfalls besondere Beachtung. Hier zeigt die Erfahrung, dass solche Systeme vielfach Schwierigkeiten mit der mundartlich gefärbten Aussprache haben.

Die Steuerung mittels Gesten über einfache Armbänder oder Handschuhe erfordert Übung. Hier zeigt die Erfahrung, dass gerade Jüngere und im Umgang mit Desktopapplikationen weniger geübte Personen im Vorteil sind. Generell gilt, dass die Verringerung der Nacharbeit von den End-anwendern geschätzt wird, da diese Arbeiten als Routine und wenig mit der eigentlichen Aufgabe zusammenhängend wahrgenommen werden.

Insgesamt wird bei der Einführung von Wearable Computing Lösungen Neuland beschritten. Und so wie es einiger Versuche, Zeit und Übung bedurfte, um beispielsweise die Maus als Standardinteraktionsgerät für graphische Benutzerschnittstellen, den PC im Büro und das CAD in der Konstruktion zu etablieren, sind hier ähnliche Hürden noch zu nehmen, ganz unabhängig von den rechtlichen Fragestellungen hinsichtlich der Sicherheit und Zuverlässigkeit der beschriebenen Lösung.

Die angestrebten Rationalisierungs- und Qualitätseffekte sind jedoch überdeutlich. Solange die Forderung zur Produktivitätssteigerung besteht, sind solche Lösungen vom Management ins Kalkül zu ziehen.

Dieser Beitrag entstand im Rahmen des von der EU geförderten IST Projekt wearIT@work: Empowering the Mobile Worker by wearable Computing (No. IP 004216-2004 www.wearitatwork.com ). Der Autor ist der technische Leiter des Projekts und möchte sowohl der Kommission für ihre Unterstützung als auch allen 36 wearIT@work Projektpartnern für ihre bisherige und zukünftige Arbeit in diesem Forschungsvorhaben danken.

Schlüsselwörter:

Wearable Computing, Optimierung von Arbeitsprozessen, Erfolgsfaktoren

Literatur:

[1] Herzog, O., Rügge, I., Boronowsky, M., Nicolai, T.: Potenziale des Wearable Computing in der Industrie – am Beispiel der Inspektion. In: Gausemeier, J., Grafe, M. (Hrsg.): Augmented & Virtual Reality in der Produktentstehung. Paderborn 2003, S. 21-39.
[2] Boronowsky, M., Gong, L., Herzog, O., Rügge, I.: Wearable Mobile Computing – a Paradigm for Future European eWork. In: Cunningham, P., (Hrsg.): eAdoption and the Knowledge Economy: Issues, Applications, Case Studies. Amsterdam 2005, S. 1441-1447.
[3] Rügge, I.: Technologische und anwendungsorientierte Potenziale mobiler, tragbarer Computersysteme. Studie – Universität Bremen, TZI-Bericht Nr. 24/2002. URL: http://matrix.wearlab.de/studie/studie.html, Abrufdatum 1.1.2006 (aktualisiert).
[4] Boronowsky, M., Herzog, O., Knackfuß, P., Lawo, M.: Wearable Computing – a New Approach in Concurrent Enterprising. In: Proceedings ICE 2006. Milan 2006, S. 229-236.
[5] Lawo, M.: Changing the working environment of mobile workers by wearable computing and mobile devices. In: Proceedings of Mobile Europe. Malaga 2006, S. 1-10.
[6] Lawo, M., Boronowsky, M., Herzog, O.: On the use of wearable computing in aircraft maintenance – first results from wearIT@work. In: Proceedings of CANEUS – MNT for Aerospace 2006. Toulouse 2006.

 

ErfolgsfaktorenOptimierung von ArbeitsprozessenWearable Computing





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