Herausbildung von IIoT Kompetenzen durch Subjektorientierung
Lernszenarien im Anwendungszentrum Industrie 4.0 Potsdam

Malte Teichmann, André Ullrich und Norbert Gronau

Mitarbeiter müssen auf den Wandel zur Industrie 4.0 vorbereitet werden. Gerade auf dem Shopfloor stellen die Einführung von Internet of Things-Technologien und damit verbunden, veränderte Organisationskonzepte, Prozesslayouts sowie digitale Kommunikationsformen neue Herausforderungen an die Mitarbeiter und deren Qualifizierung dar. Zum Schließen dieser Lücke stellt der vorliegende Beitrag den subjektorientierten Ansatz zur Entwicklung von industriellen IoT-Kompetenzen des Anwendungszentrums Industrie 4.0 vor.

IIoT Kompetenzen im Produktionsprozess 4.0
Cyber-physische Systeme und industrielle Internet of Things (IIoT) Komponenten durchdringen gegenwärtig industrielle Wertschöpfungsprozesse und ermöglichen die Transformation von Fabriken zu Industrie 4.0 [1, 2]. Die prozessuale und organisatorische Neugestaltung von Produktionsumgebungen sowie der Einsatz neuer Technologien führen zu neuen Aufgabenprofilen und Tätigkeitstypen von Mitarbeitern. Damit einhergehend entsteht die Notwendigkeit zur Entwicklung neuartiger Kompetenzen bei diesen. Kompetenzen markieren die Fähigkeit einer Person, selbstständige und kreative Lösungsansätze in herausfordernden und bisher unbekannten Situationen generieren zu können [3]. Hinsichtlich Industrie 4.0 rücken neben konventionellen Kompetenzfacetten (professionelle, persönliche, kulturelle, methodische, Führungs- und soziale Kompetenzen) [4] insbesondere Metakompetenzen wie (1) Organisationskompetenz, (2) Prozesskompetenz und (3) Interaktionkompetenz als zentrale IIoT Kompetenzen in den Vordergrund [5, 6].
(1) ist die Fähigkeit eines Mitarbeiters zur zielorientierte Strukturierung, Planung und Organisation der eigenen Ressourcen, von Maschinen und Anlagen, Werkstücken und Informationssystemen. Der Mitarbeiter muss dabei in der Lage sein, das Zusammenwirken verschiedener, verknüpfter Entitäten als proaktives, selbstreflexives Bindeglied gewährleisten.
(2) adressiert das Verständnis von Prozessabfolgen und -strukturen sowie Einflussmöglichkeiten und deren Folgen. Die Schwerpunkte liegen im Bewusstsein bezüglich der Komplexität von Prozessen und deren Veränderungen, Prozessevaluation und der Unterscheidung von relevanten und nicht relevanten Prozessen.
(3) umschreibt die Fähigkeit, kooperatives und kollaboratives Arbeiten mit anderen Mitarbeitern, Maschinen und Anlagen sowie intelligenten Werkstücken zu gewährleisten. Insbesondere auf dem Shopfloor wird der sichere Umgang mit Kommunikationstechnologien und multi-modalen Mensch-Maschine Schnittstellen als signifikant eingestuft.
Herausforderungen von „Lernen“ im IIoT Kontext
„Lernen“ im Sinne eines Transformationsprozesses zur Generierung neuer Wissensinhalte ist elementar für das Erwerben neuer Kompetenzen. Dabei muss trennscharf zwischen „lernen“ und „lehren“ unterschieden werden: „lehren“ ist eine externe Tätigkeit, welche Weiterbildungsteilnehmer, etwa bei der Herausbildung von Kompetenzen unterstützen soll. „Lernen“ dagegen gilt als individueller Prozess, welcher nicht durch äußere Einflüsse initiiert oder gesteuert und nur intrinsisch realisiert werden kann.
Die Herausbildung von IIoT Kompetenzen gestaltet sich in diesem Zusammenhang als schwierig. Klassische Bildungsformate können durch ihren Lehr-Charakter und ihrem fehlenden Praxisbezug oft keine weitreichenden Lern- und Transformationsprozesse auslösen. Darüber hinaus führt die zumeist top down initiierte Qualifizierung bei vielen Mitarbeitern zu Verweigerungshaltungen. Folglich können Lernwiderstände entstehen, wodurch das „Lernen“ unmöglich wird [7]. Die Lernfabrik im Anwendungszentrum Industrie 4.0 [8] (Bild 1) sowie das zugrundeliegende didaktische Konzept bieten mit einer starken Subjektorientierung und Praxisnähe mögliche Lösungsansätze für diese Problematik.


Bild 1: Lehr- und Lernumgebung des Anwendungszentrum Industrie 4.0

Die Lernfabrik ist eine hybride Simulationsumgebung, welche virtuelle und reale Produktionskomponenten vereint. Dies ermöglicht die Konstruktion realitätsnaher und authentischer Lernszenarien. Angelehnt an reale Produktionsabläufe und deren spezifische Bedingungen werden die Teilnehmenden darin befähigt, selbstständig und strukturiert Kompetenzen zu entwickeln [9]. Die stetige Orientierung an den individuellen Bedürfnissen der Lernenden, das Eingehen auf etwaige Ängste oder Vorbehalte sowie deren stetige Partizipation stehen zu jeder Zeit im Vordergrund des didaktischen Konzepts, dessen Grundzüge im folgenden skizziert werden.
 
Subjektorientierung im Anwendungszentrum Industrie 4.0
Die individuellen Standpunkte der Lernenden beachtend, werden diese als gleichberechtigte Partner in der Weiterbildung positioniert, so dass diesen auch aktive Gestaltungsmöglichkeiten des Wandels eingeräumt werden. Verweigerungshaltungen und etwaigen Lernwiderständen wird auf diese Weise proaktiv entgegen getreten.
Die Durchführung geschieht in drei Phasen (Bild 2): In der ersten Phase werden Gespräche zwischen der Unternehmensführung, Vertretern der Mitarbeiter sowie dem Team der Lernfabrik zu Lehrinhalten und Themenschwerpunkten geführt. Den Mitarbeitenden wird dadurch die Möglichkeit eingeräumt, erste Anknüpfungspunkte mit der Thematik Industrie 4.0 zu erhalten und die eigene Rolle im Entwicklungsprozess zu reflektieren. Darüber hinaus können diese eigene, individuelle Positionen einbringen und somit ihre zukünftige Arbeitsumgebung mitgestalten. Neben der Sensibilisierung und Aktivierung aller betrieblichen Anspruchsgruppen steht gleichermaßen die Ausarbeitung von Qualifizierungsplänen und Lernzielen im Vordergrund. Diese werden in der zweiten Phase realisiert. Je nach Zielstellung kann dies entweder in Tagesschulungen oder in längerfristigen Weiterbildungsprojekten verwirklicht werden. Das didaktische Konzept des Anwendungszentrum Industrie 4.0 umfasst eine breite Palette an Lernmodulen, welche die Entwicklung von IIoT Kompetenzen in den Vordergrund stellt und eine auf die Bedürfnisse von Mitarbeiter und Unternehmen angepasste Weiterbildung ermöglicht. Wissensinhalte werden dabei durch die stetige Einbindung des Anwendungszentrum Industrie 4.0 auf eine praktische Ebene gehoben. Die Lehrenden nehmen sowohl in den praktischen als auch den theoretischen Einheiten zu jeder Zeit die Rolle von begleitenden Unterstützern ein, wodurch eine Orientierung an den individuellen Handlungsproblematiken der Lerner gelingt. In der finalen dritten Phase wird unter Einbezug der Teilnehmenden schlussendlich erhoben, ob die Weiterbildung aus deren Sicht und im Hinblick auf die formulierten Qualifizierungspläne als effektiv beurteilt werden kann. Dabei wird auf ein breites und bewährtes Repertoire aus qualitativen und quantitativen Methoden (bspw. [10]) zurückgegriffen. So können sowohl weiterführende Qualifizierungsbedürfnisse aufgedeckt als auch weitere Kooperationen zwischen Unternehmen und Anwendungszentrum ermöglicht werden.


Bild2 – Lern- und Lehransatz des Anwendungszentrums Industrie 4.0

Lernszenarien als Instrument individueller Kompetenzentwicklung
Lernszenarien stellen ein zentrales didaktisches Instrument des Anwendungszentrum Industrie 4.0 dar. Die Lernfabrik verfügt über eine Vielzahl von Szenarien, welche sich insbesondere durch simulierte Produktionsprozesse, unterschiedliche Arbeitsaufgaben und -situationen sowie durch die kontinuierliche Einbindung relevanter IIoT Technologien (z.B. AR-Brillen, AutoID-Technologien, CPS sowie intelligente Werkstücke und Maschinen) auszeichnet. Durch die variable Prozessstruktur, die allen zur Lernbefähigung eingesetzten Szenarien inhärent ist, gelingt es, die Entwicklung der individuellen Prozess- als auch Organisationskompetenz in Abhängigkeit von der jeweiligen Zielstellung auf unterschiedliche Art an die Lernenden heranzutragen. Die Interaktionskompetenz wird durch realitätsnah konstruierte Problemstellungen trainiert, welche die Kollaboration und Kommunikation zwischen menschlichen Akteuren untereinander und mit verschiedenen technischen Entitäten auf diversen Kommunikationswegen erfordern.
Zur Illustration des szenariobasierten Lehr- und Lernansatzes wird das Szenario „Einschleusen eines Prioritätsloses“ dargestellt (Bild 3). Basis des Szenarios bildet dabei die Standardkonfiguration einer Produktionsstraße für Kniegelenkprothesen, welche aufgrund eines Eilauftrages – Kniegelenkprothesen mit einer Pulverbeschichtung sowie weitere unterschiedliche Produktspezifikationen – modifiziert werden muss. Die Lernenden werden somit im laufenden Produktionsprozess mit einer Umstellung auf eine andere Produktvariante und damit verbundenen Produktionsprozessmodifikationen konfrontiert. Dabei müssen sie mithilfe von AR-Brillen und Tablets die jetzt notwendig gewordenen Maschinen, Pulverbeschichtung und Qualitätskontrolle entsprechend den Produktspezifikationen kalibrieren und in den Produktionsprozess einbinden. Den Teilnehmern wird dadurch die Möglichkeit eingeräumt, die eigene Organisationskompetenz in dynamischen Produktionsumgebungen zu schärfen. Bestimmte Prozessmodifikationen initiieren in Folge dessen weitere Veränderungen, wodurch das Aufgabenportfolio stetig erweitert und durch neue Herausforderungen hinsichtlich der eigenen Prozesskompetenz ergänzt wird. Im Laufe des Szenarios drohen die initiierte Umstellung als auch notwendige Wartungsarbeiten an relevanten Produktionsbestandteilen den Ablauf signifikant zu behindern. Die Teilnehmenden müssen in diesem Umfeld auf ihre Interaktionskompetenz zurückgreifen, untereinander kommunizieren und kollaborative Arbeitsprozesse entwickeln, um den drohenden Produktionsausfall zu verhindern. Zusammenfassend werden die Lernenden kontinuierlich dazu animiert, relevante IIoT Kompetenzen in realitätsnahen Lernumgebungen anzuwenden und auf diesen aufbauend, eigene Handlungsoptionen in kritischen Produktionssituationen zu entwickeln.


Bild3 – Prozessmodell des Szenarios „Einschleusen eines Prioritätsloses“

Zusammenfassung
Im vorliegenden Beitrag wurden relevante IIoT Kompetenzen vorgestellt, damit verbundene Herausforderungen hinsichtlich deren Herausbildung bei Mitarbeitern skizziert sowie die Lernfabrik des Anwendungszentrums Industrie 4.0 und der zugrunde liegende Lern- und Lehransatz als Lösungsansatz zur Ausbildung dieser Kompetenzen vorgestellt. Schlussendlich lässt sich festhalten, dass insbesondere durch die starke Subjektorientierung möglichen Lernwiderständen durch Verweigerungshaltungen und fehlendem Praxisbezug adäquat begegnet werden kann.

 

Schlüsselwörter:

Lernfabrik, Subjektorientierung, Anwendungszentrum Industrie 4.0, IIoT Kompetenzen

Literatur:

[1] Broy, M.; Geisberger, E.: Cyber-physical systems, driving force for innovation in mobility, health, energy and production. Acatech 2012.
[2] Kagermann, H.; Helbig, J.; Hellinger, A.; Wahlster, W.: Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0: Securing the future of German manufacturing industry; final report of the Industrie 4.0 Working Group. Forschungsunion 2013.
[3] Erpenbeck, J.; Michel, L.P.: Competency-based quality securing of e-learning (CQ-E). In: Ehlers, U.; Pawlowski, J. (Hrsg.): Handbook on Quality and Standardisation in E-Learning (S. 125-141). Springer 2006.
[4] Pfeiffer, S.: Effects of Industry 4.0 on vocational education and training. Working Paper 15-04. IoTA. Austrian Academy of Science 2015.
[5] Böhle, F.; Pfeiffer, S.; Sevsay-Tegethoff, N. (Hrsg.): Bewältigung des Unplanbaren. Springer 2013.
[6] Wiesner, F.; Ullrich, A.; Vladova, G.: Die Ausgestaltung von Kompetenzfacetten im Kontext Industrie 4.0. Arbeitsbericht WI–2016–1. Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik, insb. Prozesse und Systeme.
[7] Illeris, K.: Workplace learning and learning theory. Journal of workplace learning, (4), 2003, S. 167-178.
[8] www.industrie40-live.de , (letzter Abruf: 2017-03-07).
[9] Gronau, N.; Ullrich, A.; Teichmann, M.: Development of the Industrial IoT Competences in the Areas of Organization, Process, and Interaction based on the Learning Factory Concept. Procedia Manufacturing. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.04.029.
[10] Kirkpatrick, D.L.: Implementing the Four Levels: A Practical Guide for Effective Evaluation of Training Programs: Easyread 2009.