Kompetenzverbund Humanzentrierte Automation
Der Kompetenzverbund Humanzentrierte Automation zwischen der Universität Bielefeld und dem Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo vereint die grundlagenorientierte Forschung der Universität Bielefeld mit der anwendungsorientierten, industriebezogenen Forschung des Fraunhofer IOSB-INA. Diese Kombination von Kompetenzen ermöglicht die Entwicklung innovativer und praxisnaher Lösungen für die Industrie, beispielsweise im Bereich der kollaborativen Robotik (Cobots) sowie die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Automation, und eröffnet den beteiligten Wissenschaftler*innen neue Forschungsperspektiven und -potenziale.
Motivation
Die aktuellen Herausforderungen durch die zunehmende Digitalisierung, die Forderung nachhaltiger Produktions- und Produktstrategien sowie den Fachkräftemangel erfordern neuartige Arbeitsprozesse und -umgebungen, die durch eine hohe Flexibilität und Effizienz sowie den Einsatz von Methoden der KI gekennzeichnet sind. An der Universität Bielefeld werden im Profil der sozio-technischen Welt die Gestaltungsprinzipien und die Konzepte intelligenter interaktiver Systeme auf Basis aktueller Fortschritte im maschinellen Lernen und der kognitiven Robotik erforscht. Das Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo nimmt eine Schlüsselrolle in der Entwicklung von Innovationen in der industriellen Automation ein, verbunden mit dem Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die Wirtschaft. Aktuelle Innovationssprünge wie beispielsweise im Zusammenhang mit generativer KI führen zu neuartigen sozio-technischen Systemen, in denen die Stärken von menschlichen und technischen Agenten in synergetischer Weise kombiniert werden. Die Anwendung von Methoden der KI, Robotik und Automation aus einer menschzentrierten Perspektive heraus bezeichnen wir als humanzentrierte Automation.
Ziel
Die Humanzentrierung zielt auf die Optimierung der Interaktion zwischen Mensch und Maschine ab. Dies umfasst die gemeinsame Gestaltung von Prozessen, Systemen und Arbeitsumgebungen mit dem Ziel, das Engagement, die Sicherheit, das Wohlbefinden und die Produktivität der Mitarbeitenden zu verbessern und gleichzeitig die Rolle des Menschen durch die Integration von Technologie zu stärken. Mensch und Maschine bilden somit ein hybrides Team, in dem Beschäftigte ihre Kompetenzen optimal einbringen bzw. erweitern können. Menschen werden nicht als noch zu automatisierender Aspekt der Fertigung, sondern als Treiber von Kreativität und somit Innovation gesehen.
Aus wissenschaftlicher Sicht ist es essenziell, die Fähigkeiten und Mechanismen zu untersuchen und weiterzuentwickeln, die Agenten – seien es Menschen, Roboter oder dialogbasierte KIs – dazu befähigen, in komplexen Umgebungen eigenständig oder in Kooperation mit Menschen zu agieren, zu kommunizieren und zu lernen. Aus praktischer Sicht gilt es, die Balance zwischen Anpassungsfähigkeit und Verlässlichkeit der Agenten in neuartigen Arbeitsprozessen und ihrer Beiträge zur Wertschöpfung und Nachhaltigkeit über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg zu untersuchen. Zudem muss der Nutzbarkeit und Anpassungsfähigkeit dieser Systeme durch kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) besondere Beachtung geschenkt werden, so dass neben einer höheren Zufriedenheit der Beschäftigten auch eine Steigerung der Produktivität erreicht wird.
Angebote
Der Kompetenzverbund Humation bietet Wissenschaftler*innen und Studierenden verschiedener Fachdisziplinen eine gemeinsame Plattform zur Erforschung aktueller Fragestellungen im Bereich der humanzentrierten Automation. Beispielsweise dem Wandel der Robotik durch KI Foundation Models, der kommunikativen Kopplungen zwischen den Agenten, dem verteilten Rechnen sowie Safety & Security. Zudem folgt der Kompetenzverbund dem Ansatz der Integrierten Forschung. Das heißt, dass ethische, rechtliche und soziale Aspekte zusammen mit den technischen Entwicklungen betrachtet werden.
Für Unternehmen, insbesondere kleinen und mittelständischen Betrieben (KMU), stellt der Kompetenzverbund eine Anlaufstelle für alle Herausforderungen der humanzentrierten Automation dar, in denen Fragestellungen der Produktivität gemeinsam mit der Innovationsfähigkeit betrachtet werden sollen. Hier können Lab-Touren an den Standorten der beiden Institute, der Austausch in einer Interessengemeinschaft sowie konkrete Beratungsleistungen und Umsetzungsprojekte angeboten werden.
Umsetzungsprojekte
Um die Humanzentrierung der Automation wissenschaftlich voranzutreiben und in die Anwendung zu bringen, arbeiten die Universität Bielefeld und das Fraunhofer IOSB-INA in verschiedenen Projekten zusammen.
Humation Collaboratory.OWL
Im Projekt “Humation Collaboratory.OWL“ wurde ein gemeinsames Forschungslabor für KI-basierte kollaborative Robotik aufgebaut, welches zwei digital vernetzte Standorte verbindet. Zum einem ist es Teil der SmartFactoryOWL am Fraunhofer IOSB-INA, zum anderen ist es im Forschungsinstitut für Kognition und Robotik (CoR-Lab) der Universität Bielefeld integriert. Das Verbundlabor liefert Unternehmen einen niedrigschwelligen Zugang zur Expertise der Forschenden aus Bielefeld und Lemgo und präsentiert, welche Lösungen menschzentrierter Automation schon heute nutzbar sind. Ein demonstrierbarer Anwendungsfall sind Prozess-Schritte in der Produktion von Wärmepumpen, bei der Menschen durch einen intelligenten Roboter in der Ausführung von Montagetätigkeiten kooperativ unterstützt werden. So können Teilschritte automatisiert, dem Mangel an Fachkräften begegnet und damit die Produktivität bei der aktuell steigenden Nachfrage erhöht werden.
EXPLORE
Im aktuell laufenden Projekt „EXPLORE“ wird eine Plattform für die Entwicklung und Optimierung von digitalen Zwillingen geschaffen, die intelligente Automationssysteme und menschenzentrierte KI in realitätsnahen Simulationen abbilden können. Dabei handelt es sich um die erste Forschungsinfrastruktur für Digitale Zwillinge in Ostwestfalen-Lippe. Für das Ziel werden leistungsfähige Simulations- und Rendering-Plattformen an der Universität Bielefeld mit modernen Automatisierungstechnologien in der SmartFactoryOWL in Lemgo verbunden. Die neue Infrastruktur ermöglicht es Industrieunternehmen, digitale Zwillinge von Maschinen und Anlagen zu erstellen, reale Szenarien in der Simulationen nachzubilden und somit effiziente Lösungen für technische Fragestellungen sowie die Weiterentwicklung physischer Maschinen und Anlagen zu finden.
T-IRMA
Im Projekt T-IRMA (Transformerbasiertes Imitationslernen für robotergetriebene Montage und Manipulationsanwendungen) wird, durch die Einbeziehung moderner Ansätze wie ProgrammingByDemo, die niederschwellige Anwendung von Robotik in der Industrie erforscht. Geleitet wird das Projekt von Prof. Klaus Neumann, der neben der Professur für Kollaborative Robotik an der Universität Bielefeld den Forschungsbereich Kognitive Automation am Fraunhofer IOSB-INA leitet.