COgnitive Assisted agile manufacturing for a LAbor force supported by trustworthy Artificial Intelligence

Ausgangssituation und Problemstellung

Bei wissensintensiven Fertigungsprozessen steht der Mensch im Mittelpunkt. Die Ausbildung neuer Arbeitskräfte in diesen Prozessen ist für Unternehmen zeitaufwändig und kostenintensiv. Branchen wie der italienische Textilsektor leiden zudem unter dem Fachkräftemangel, der durch den demografischen Wandel verursacht wird. Eine weitere Herausforderung für das verarbeitende Gewerbe ist der ständige Wettbewerb durch qualitativ hochwertige Produkte.

COALA adressiert diese Herausforderungen durch die Entwicklung eines sprachgesteuerten digitalen Assistenten für den Fertigungssektor. Die Lösung von COALA besteht aus einer Kombination von KI-Komponenten mit einem sprachgesteuerten Assistenten als Schnittstelle zu grafischen und textuellen Inhalten, die direkt auf konkrete Tätigkeiten bezogen sind. Sie unterstützt sowohl Arbeitnehmer, die Analysetools verwenden, als auch neue Arbeitnehmer, die eine Schulung am Arbeitsplatz durchlaufen. Begleitend zur Technologie wurde ein Ausbildungs- und Schulungskonzept entwickelt, das sich auf den Aufbau und Ausbau der Kompetenzen von Arbeitern in der Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI konzentriert. Ziel war es, dass die COALA-Lösung die Art und Weise, wie Arbeitnehmer ihre Arbeit verrichten, spürbar unterstützt. Zudem sollte sie es Unternehmen ermöglichen, die Qualität ihrer Produktionsprozesse und Produkte aufrechtzuerhalten oder zu steigern.

Fragestellungen

• Für welche Arbeitsprozesse und Tätigkeiten eignen sich Sprachassistenzsysteme als Informationswerkzeuge?

• Wie kann der Sprachassistent als Lernmedium im Arbeitsprozess der Textilfertigung eingesetzt werden?

• Wie kann ein exemplarischer Lernprozess mit möglichst kleinen Lerneinheiten und einem Sprachassistenten als Transfermedium gestaltet werden?

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projekts wurden zu Beginn Fragebögen entwickelt und an Mitarbeiter verteilt. Diese dienten zur Bewertung der Einstellung der Mitarbeiter zu Sprachassistenzsystemen und zur Erfassung ihrer Erfahrungen mit strukturierten Lehr-/Lernarrangements. Darüber hinaus wurden in den beteiligten Textilanwendungsfällen Arbeitsprozessbeobachtungen und ergänzende Expertengespräche durchgeführt. Diese Einblicke ermöglichten es, exemplarische Tätigkeiten und Prozesse zu identifizieren, in einen Lehr-/Lernkontext zu setzen und daraus Mikrolerneinheiten zu entwickeln. Diese Lerneinheiten wurden so gestaltet, dass sie in einem Dialogverfahren zwischen Arbeitern und Sprachassistenten Lerninhalte unterschiedlicher Intensität, von einfachen Informationen bis zu komplexen, video-unterstützten Erklärungen, vermitteln.

Durch teilnehmende Beobachtungen beim Einsatz des Sprachassistenten in der Textilfertigung und in der Qualitätskontrolle bei der Haushaltsgeräteherstellung konnten Erkenntnisse zum Nutzungsverhalten und zum Transfer von Informationen gewonnen werden. Darüber hinaus wurden Tests mit zwei Gruppen von Berufsschülern durchgeführt. Den Gruppen wurden jeweils Lerninhalte in konventioneller Form im fachsystematischen Unterricht in einem Klassenraum angeboten. Zusätzlich wurde die Möglichkeit gegeben, sich die Phänomene und Inhalte der Facharbeit handlungsorientiert in der Fertigung an realen Maschinen zu erschließen. Abschließende Tests zeigten einen signifikanten Anstieg des Lernstands bei längerer Bearbeitungsdauer. Zudem wurden die Mikrolerneinheiten positiv als didaktisches Mittel aufgenommen.

Ergebnisse

Die COALA-Lösung wurde auf dem datenschutzfreundlichen, offenen Assistenten Mycroft basierend realisiert. Sie integrierte präskriptive Qualitätsanalysen in ein KI-System zur Unterstützung der Ausbildung neuer Arbeitnehmer am Arbeitsplatz und kombinierte dies mit einer neuartigen Erklärplattform – der WHY-Engine. COALA befasste sich darüber hinaus mit der KI-Ethik während der Gestaltung, der Einführung und der Nutzung der neuen Lösungen. Entscheidende Komponenten für die Einführung der Lösung waren ein neues didaktisches Konzept, um die Arbeitnehmer über Chancen, Herausforderungen und Risiken der Mensch-KI-Zusammenarbeit aufzuklären, sowie der begleitende Change-Management-Prozess. Anhand von drei Anwendungsfällen (Textilien, Weißwaren, Flüssigkeitsverpackungen) wurden die Ergebnisse in gängigen Fertigungsprozessen mit erheblicher wirtschaftlicher Relevanz seitens der EU-Verantwortlichen bewertet.

Dissemination und Transferaktivität

• Vortrag und Beitrag im Zuge der 17. Jahrestagung der Ingenieurpädagogischen Wissenschaftsgesellschaft, 2023

• Das zugrunde liegende didaktische Konzept bezogen auf das Sprachassistenzsystem (COALA) wird als Schlüsselinnovation beim Innovationsradar der Europäischen Union gelistet.

• Durch EU-Verantwortliche wurde ein Folgeprojekt zur Verstetigung angeregt. (WASABI)