Gamification in der Industrie 4.0

Jörg Niesenhaus Centigrade GmbH

Die Diskussion um die (r)evolutionäre Veränderung im Zuge der Industrie 4.0 konzentriert sich hierzulande häufig auf die Technologie und Prozesse und lässt dabei viel zu oft einen ganz entscheidenden Faktor außen vor: den Menschen. Der Einsatz von „Gamification“ kann hierzu einen beträchtlichen Beitrag leisten.

Die industrielle Produktion befindet sich in einem umfassenden Wandel: Maschinen beginnen direkt miteinander zu kommunizieren, Produktionsprozesse werden flexibler gestaltet und die Kleinserien können ohne hohe Zusatzkosten umgesetzt werden. Die Rolle der Menschen in der Industrie 4.0 ist somit vielen Änderungen unterworfen. Aufgrund der flexibleren Produktion wird auch von den Mitarbeitern eine erhöhte Flexibilität in ihren Einsatzfeldern immer wichtiger. Da viele einfache Prozesse von Maschinen übernommen werden, rückt der Nutzer immer mehr in die Rolle des Prozessmanagers: Er überwacht den Prozess und greift dann ein, wenn es Probleme gibt oder die Maschine auf seine Entscheidung angewiesen ist. Diese neue Rolle bringt viel Verantwortung mit sich und stellt auch die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine vor neue Herausforderungen.

Damit einher gehen auch veränderte Anforderungen an die Benutzerschnittstellen zwischen Mensch und Maschine: Intuitiv verständliche Eingabemasken, präzise Problembeschreibungen mit konkreten Handlungsempfehlungen und eindeutiges Feedback zum eigenen Handeln. Die Erreichung dieser Ziele steht im Mittelpunkt des Usability Engineerings, welches sich der Gestaltung effizienter, effektiver und zufriedenstellender Benutzerschnittstellen widmet (vgl. ISO 9241-110) und ein nutzerzentriertes Vorgehen vorsieht. Eng damit verbunden ist der Begriff der User Experience (UX), der das Gesamterleben der Nutzer mit den Benutzerschnittstellen im Bezug auf Produkte, Dienste oder die Umgebung betrachtet.

Spielelemente im Arbeitsalltag

Der Einsatz von Usability und User Experience Methoden spielt bei der Prozess- und Benutzerschnittstellengestaltung in der produzierenden Industrie eine immer größere Bedeutung, um Fehlerquellen zu minimieren, Prozesse effizienter zu gestalten und für Nutzer positive und motivierende Erfahrungen zu schaffen. Die Resultate stellen sich dabei in ganz unterschiedlichen Formen dar: 3D-Animationen zeigen ungelernten Nutzern, wie Maschinen gewartet oder bedient werden. Augmented Reality Anwendungen überlagern die Realität mit wertvollen Prozessinformationen, um den Nutzern einen schnellen Überblick über laufende Prozesse zu ermöglichen. Hinzu kommen aber auch immer mehr spielerische Elemente, die häufig unter dem Begriff „Gamification“ zusammengefasst werden. Gamification beschreibt die Integration spielerischer Elemente in einen spielfremden Kontext; d.h. es handelt sich nicht um ein eigenständiges Spiel mit angestrebten Mehrwerten jenseits der Unterhaltung (sog. „Serious Games“), sondern es finden nur einzelne Spielelemente Einzug in unseren Arbeitsalltag.

Ein zentrales Element digitaler Spiele ist das unmittelbare visuelle und auditive Feedback auf Nutzereingaben. Das Feedback bestätigt die Erkennung der Eingabe und verstärkt zudem durch die Art der Visualisierung oder Vertonung das Gefühl der Selbstwirksamkeit des Bedieners. Häufig werden auf den Bildschirmen nur statische Zustände visualisiert, innerhalb derer immer wieder Eingaben des Mitarbeiters gefragt sind. Diese Interaktion kann durch den gezielten Einsatz von Animationen und grafischen Hervorhebungen angereichert werden, um nicht nur ein Feedback anzuzeigen, sondern auch Zusammenhänge oder Prozesse deutlicher zu visualisieren.

„Liege ich über oder unter dem Durchschnitt?“

Auch der aktuelle Status kann durch spielerische Elemente ansprechend visualisiert werden: Was ist mein aktuelles Tagesziel? Wie viele Komponenten pro Stunde habe ich bearbeitet? Liege ich über oder unter dem Durchschnitt? Visualisierungen wie eine To-Do-Liste, ein sich Schritt für Schritt füllender Statusbalken bieten direktes Feedback über den eigenen oder den Team-Fortschritt.

Auch komplexe Intralogistikprozesse wie die Kontrolle und Steuerung einer Vielzahl von autonomen Transportfahrzeugen in Werkshallen kann spielerisch gelöst werden. Für die Firma SEW-EURODRIVE entwickelten wir eine Augmented Reality-Anwendung, die in einer Vogelperspektive, aufgenommen von Kameras an der Decke der Werkshalle, die Fahrzeuge und Kisten mit virtuellen Objekten überlagert, um per Touch auf die Kiste die Ladung zu prüfen. Darüber hinaus können per Touch-Interaktion einzelne Kisten priorisiert und die Fahrwege der autonomen Fahrzeuge in Echtzeit angepasst werden. Sowohl in der Gestaltung als auch Steuerung bedienten wir uns dabei spielerischer Elemente, wie sie häufig in Echtzeitstrategiespielen Anwendung finden.

Selbstgesetzte Ziele

Eine weitere Stärke digitaler Spiele ist die Flexibilität in der Zielsetzung. Spieler können sich anhand der Auswahl von Spielabschnitten (Level) oder Schwierigkeitsstufen selbst aussuchen, wie stark sie vom Spiel herausgefordert werden wollen. Überträgt man diese Idee in die industrielle Produktion, so können Mitarbeiter beispielsweise zu Beginn eines bestimmten Prozesses selbst auswählen mit welcher durchschnittlichen Präzision sie eine Verschraubung vornehmen wollen, um dann durch Sensordaten eine zeitnahe Bestätigung Ihrer Schätzung zu erhalten. Auch können Mitarbeiter sich eine perfekte Reihe an Fertigungsschritten zum Ziel setzen (20 Verschraubungen ohne Materialverlust), deren Erfüllung besonders viel Punkte im System generiert. Auf diese Weise können die Mitarbeiter sich eigene Ziele definieren, um sich selbst herauszufordern und dadurch Schritt für Schritt zu verbessern.

„Nimmt der Bediener seine Pause in diesem Zeitraum, so erhält er dafür zusätzliche Pausenzeit.“

Ein weiteres Beispiel für die Anwendung von spielerischen Elementen ist die Gestaltung der Pausenzeiten. An Fertigungsanlagen mit mehreren Mitarbeitern ist es meist nachteilig, wenn zwei oder mehr Bediener zeitgleich Pausen nehmen, da dann der Durchsatz der Maschinen durch fehlendes Personal beeinträchtigt wird. Ein Mechanismus des Gamification-Systems kann die Berechnung von optimalen Pausenzeiten sein, die auf Anfrage des Bedieners ermittelt werden. Das System erlaubt zudem auch weiterhin den sofortigen Start einer Pause, ermittelt aber zusätzlich einen optimalen Pausenbeginn für die Fertigungsstraße, der freiwillig gewählt werden kann. Wählt der Bediener den optimalen Beginn, startet ein Countdown, der den Anfang der optimalen Pausenzeit visualisiert. Nimmt der Bediener seine Pause in diesem Zeitraum, so erhält er dafür zusätzliche Pausenzeit. In einer durch uns gamifizierten Produktionsstraße konnte auf diese Weise trotz zusätzlicher Pausenzeiten der tägliche Durchsatz erhöht werden.

Derartige nutzerzentrierte Ansätze dienen also nicht nur der Zufriedenheit der Mitarbeiter, sondern verbessern die Effizienz auch in den Arbeitsprozessen merklich. Es ist daher nicht verwunderlich, dass immer mehr Unternehmen im Zuge der evolutionären Veränderungen durch die Digitalisierung ihrer Prozesse auch stärker nutzerzentriert angehen. So können sie nicht nur die technische Basis für die Zukunft ihrer Prozesse etablieren, sondern auch das Zusammenspiel von Mensch und Maschine optimieren. Damit Mehrwert entsteht, der weit über eine reine technische Optimierung der Prozesse hinausgeht.

Autor

Jörg

Dr. - Ing. Jörg Niesenhaus

Dr.-Ing. Jörg Niesenhaus koordiniert für die Centigrade GmbH die Aktivitäten am Standort Nord-West und ist zudem für die Themenbereiche Gamification und Interaktionsdesign zuständig. Als Head of Gamification liegt sein Fokus auf der Evaluation und Konzeption von benutzerfreundlichen Schnittstellen und Interaktionsformen unter Berücksichtigung spielerischer Gestaltungselemente. Vor seiner Zeit bei Centigrade war er 11 Jahre lang in der Spieleindustrie bei den Firmen Blue Byte, Similis und Ubisoft tätig.

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