Digitised lifelong learning – the need for interdisciplinary sustainability modules in doctoral programmes

Ensuring long-term qualified employees and specialists is a key objective of a sustainable development and lifelong learning. At the same time, international competitiveness and technological capability is mainly connected to the countries’ education and science systems as well as of academia. Major industrialised countries such as Germany, for example, have recently increased their efforts to implement sustainably and institutionally lifelong learning courses at higher education institutions (HEI). In particular, creating offers for new target groups such as persons with family or care responsibilities, job-returnees, dropouts or experts are addressed. A main focus is the development of interdisciplinary courses in engineering and natural sciences in order to ensure the availability of skilled workforce during the transformation towards green economy. Therefore, strategies and (business) models for a sustainable, long-term implementation of part-time study and further education offers for new target groups at universities are still largely neglected. In addition, the adequate design of new and further development of existing qualification structures, curricula, modules, advanced study and specialised courses as well as the integration of digital (interactive) contents are accompanied by new challenges that have been largely ignored by research so far. So, both, fostered sustainable implementation of programs on an institutional basis and the subject-specific topic of sustainability is becoming increasingly important within the scope of interdisciplinary offers and courses. Moreover, new working and living environments need innovative and digitised learning backgrounds and conditions. However, a brief comparison between Germany, Austria and Switzerland, for example, reveals strong differences in the types, scope and degree of implementation at present. So a bunch of questions is still unanswered: How do innovative, interdisciplinary and part-time study platforms and programs have to be designed, structured and implemented? Which prerequisites, framework conditions, (quality) criteria and design forms are specifically relevant for advanced training courses and platform contents in engineering and natural sciences? Which subject-specific and cross-disciplinary competences as well as knowledge must be imparted to new target groups taking into account rapidly changing requirements in professionals’ social environment (e.g., labour market; product, service and technology management)? How can such innovative lifelong learning opportunities be designed allowing for increasing digitization efforts? Our research involves benchmark analyses, surveys and expert workshops in order to derive systemic, organizational and individual criteria and elements for the design and structure of sustainable, interdisciplinary further education programs and study platforms. Their characteristics will be illustrated using a three-level model. In addition, the effects of an increasing digitization of lifelong learning are to be analysed and specific methodological and didactic concepts are to be developed (e.g. blended learning). On this basis, recommendations for the flexible design, implementation and quality assurance of continuing education and training offers are derived. These results are developed in close cooperation with experts and decision-makers from politics, education/science and business in order to ensure a high level of practical applicability of the research findings. At the same time, the research is expected to strengthen the positioning of universities involved in international comparison.

Mehr Zeit für Innovationen durch Digitalisierung

Jeder von uns hat das Gefühl, dass die Zeit immer schneller vergeht bzw. Arbeiten immer kurzfristiger fertiggestellt sein müssen. Besonders deutlich wird dies im Spannungsfeld von täglich abzuarbeitenden Routineaufgaben und der Anforderung immer innovativer und kreativer Denken zu müssen. Parallel ergeben sich durch die neuen IT-Technologien Möglichkeiten durch Digitalisierung Routineaufgaben zu automatisieren. Wir als IT-Lösungsanbieter sehen uns als Partner und Umsetzer solcher Digitalisierungsprojekte und unterstützen unsere Kunden bei der Erschließung von Produktivitätsreserven oder der Entwicklung neuer datengetriebener Geschäftsmodelle.Im Fokus des Beitrages stehen sowohl der Engineering-Bereich als auch datengetriebene Services und die Automatisierung der Produktion. Anhand 5 konkreter Digitalisierungsszenarien werden erzielte Potenziale zur Produktivitätssteigerung aufgezeigt und Anregungen zur Optimierung von Bestandsprozessen gegeben, welche maßgeblich zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit führen.

Real.L – Lehre vor Ort (ein Praxisbeispiel)

Das Projekt Real.L ist als inter- und intradisziplinäres Projekt (Reallabor) in Kooperation zwischen unterschiedlichen Fachbereichen an der Universität Leipzig und der HTWK Leipzig sowie verschiedenen Praxispartnern durchgeführt worden. Real.L setzte sich aus insgesamt 9 Teilprojekten an 5 Stadträumen/Standorten entlang der Leipziger Magistrale Georg-Schumann-Str. zusammen. Nach der Konzeptentwicklung erfolgte im Rahmen eines öffentlichen Aktionstages die Umsetzung der Projekte in Form verschiedener symbolischer Interventionen wie beispielsweise die Bespielung leerstehender Ladenlokale durch einen Popup Store in Kooperation mit den Unternehmen vor Ort, die Belebung von öffentlichen Plätzen durch ein Freilichtkino, eine Bouleaktion und Vorträge oder die Aktivierung der Nachbarschaften entlang der Magistrale durch Platzgestaltung und die Erstellung individueller thematischer Stadtkarten. Außerdem wurde das Prinzip eines offenen „Shopping-Centers“ als Konzept für die Geschäftslage diskutiert. Den Initialprojekten liegen wirtschaftlich tragfähige und langfristig umsetzbare Konzeptionen zugrunde.

Multimodale Testumgebung zum barrierearmen Bauen und Wohnen

Der fortschreitende demografische Wandel, verbunden mit einer Überalterung der Gesellschaft, führt in naher Zukunft dazu, dass die Kapazitäten für stationäre Pflegeplätze nicht ausreichen werden. Pflegeprozesse werden zunehmend in der Häuslichkeit stattfinden. Es ist von essentieller Bedeutung, dass Personen in jeder Lebenslage (aktive Senioren, Menschen mit Unterstützungsbedarf, Pflegebedürftigkeit oder Behinderungen sowie Familien, Singles und Paare) weitestgehend selbstbestimmt in ihrer vertrauten Wohnumgebung leben können. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, dass professionellen und paraprofessionellen Akteuren die Möglichkeiten des barrierearmen und assistierten Wohnens aufgezeigt werden. Dazu soll eine interaktive, multimodale Erlebniswelt mit einem entsprechenden Planungs- und Ausstattungskonzept geschaffen werden. Die einzelnen Bedarfe der professionellen Akteure (z. B. Pflegekräfte, Handwerk, Wohnungswirtschaft), die dabei unterstützen, konnten innerhalb des Projektes Chemnitz+ erhoben werden. Durch die Wissensvermittlung der relevanten Themen über mehrere Sinneskanäle besteht der Ansatz darin, die vorhandenen Kompetenzen der Akteure zu erweitern und somit die berufliche Handlungskompetenz zu stärken. Den Teilnehmenden und Besuchern des Test- und Demonstrationszentrums WohnXperium werden durch verschiedene interaktive und multimodale Zugänge (Sinnestunnel, Testflächen, AAL) die Methoden und Konzepte zum barrierearmen Bauen und Wohnen näher gebracht.

Workshop »Arbeit 4.0: Gesundheit erhalten – Arbeit gestalten«

„Arbeiten 4.0 ist ein Kürzel für die Veränderungen in der gesamten Arbeitswelt und ihre Folgen für die Gesellschaft.“ (BMAS, 2017) Bei Diskussionen um die „Vierte industrielle Revolution“ stehen technikzentrierte Visionen, die Technologien und technischen Lösungen bis hin zu komplexen Prozessarchitekturen in cyber-physischen Systemen vielfach im Mittelpunkt. Problemstellungen zur Gestaltung guter Arbeitsbedingungen treten oftmals in den Hintergrund und werden häufig vernachlässigt. Vor diesem Hintergrund sollte unser Workshop »Arbeit 4.0: Gesundheit erhalten – Arbeit gestalten« zum einen zur Sensibilisierung für eine gesundheitsfördernden Arbeitsgestaltung beitragen und zum anderen nach Ansätzen für eine ergonomische und rechtsichere Ausgestaltung von stationärer Telearbeit suchen und dabei Anregungen aus der Praxis aufgreifen. Der erste Schwerpunkt lag auf der Arbeit mit dem Analyseinstrument INQA-Check „Gesundheit“ durch die Teilnehmer mit dem Fokus einer Weiterentwicklung des Instrumentariums für die Anforderungen einer „Arbeit 4.0“. Im Ergebnis liegen Erfahrungen und Anregungen für die Fortentwicklung des INQA-Check „Gesundheit“ und eine Checkliste als Ausgangspunkt für eine Gefährdungsbeurteilung einer stationären Telearbeit vor. Im zweiten Teil des Workshops konnten die Teilnehmer zum Thema Work-Life-Balance mit Lego®-Steinen hantieren und das „Lego® Serious Play®“ (LSP) ausprobieren.

Leitfaden zur Gestaltung einer gebrauchstauglichen instruktiven Mensch-Roboter-Kollaboration am Produktionsarbeitsplatz

Steigende Bedarfe, kürzer werdende Produktlebenszyklen und zunehmende Variantenvielfalt führen zu einer erhöhten Komplexität in Produktionsprozessen. Eine Möglichkeit, diesen Herausforderungen zu begegnen, ist die Kombination manueller und automatisierter Arbeit in Form einer instruktiven Mensch-Roboter-Kollaboration (iMRK). Ein Assistenzroboter erhält Instruktionen, wo und wie die nächsten Produktionsschritte durchzuführen sind. Der Roboter wird von einem Mitarbeiter flexibel für Paralleltätigkeiten eingesetzt, ohne die ursprüngliche Roboterprogrammierung anzupassen. Notwendig dafür sind jedoch gebrauchstaugliche Mensch-Roboter-Schnittstellen (MRS). Gestaltungskonzepte für gebrauchstaugliche iMRK an einem Produktionsarbeitsplatz sind aktuell weder in der Wissenschaft noch in der Praxis zu finden. Verortet im Forschungsparadigma der gestaltungsorientierten Forschung präsentiert der Beitrag die Grundlagen und Voraussetzungen zur Umsetzung einer iMRK. Diese dienen als Basis für einen theoriegeleiteten Leitfaden zur nutzerzentrierten Gestaltung solcher Systeme. Die strukturierte und methodisch ausgestaltete Vorgehensweise unterstützt Planer und Entwickler von Produktionsassistenzsystemen in der industriellen Automobilproduktion. Der Beitrag zeigt die theoriegeleite Konzeption als Grundlage für die Instanziierung des Leitfadens zur Entwicklung eines Assistenzroboters in der Anwendungsdomäne.

Smart Learning Platform 4.0 - Vermittlung von neuen Kompetenzen und Qualifikationsprofilen im Hinblick auf Industrie 4.0

Obwohl heutige Studierende mit Computern und dem Internet groß werden, fehlt ihnen häufig der Bezug zu grundlegenden Technologien. Dieser wird allerdings von Nachwuchsingenieurinnen und -ingenieuren erwartet, um neue Impulse für Forschung und Praxis liefern zu können. Aufgrund der geänderten Anforderungen einer digitalisierten Arbeitswelt hat sich der Studiengang Informationslogistik, der Hochschule für Technik Stuttgart das Ziel gesetzt, den Studierenden eine realitätsnahe Industrieumgebung, in Form eines Industrie 4.0 Labors mit mobilen, stationären und virtuellen Bestandteilen einzurichten. Studierende erwerben in der hybriden Laborumgebung in praxisnahen Übungen ein fundiertes theoretisches und praktisches Wissen über das Zusammenspiel von Hardware, Software und Telekommunikation. Didaktisch flankiert wird der Kompetenzerwerb der Studierenden auf der Smart Learning Platform 4.0 (SLP), einer virtuellen Lernplattform, die als studienbegleitendes Element im Pflichtcurriculum des Studiengangs verankert werden soll. Um den Lernprozess der Studierenden durch unterschiedliche Feedbackformen zu verbessern, sowie um die laborbasierte Lernumgebung weiterzuentwickeln, wird auf der SLP aktuell der Einsatz von Learning Analytics erprobt. Langfristig ist geplant das vorgestellte Modell auf weitere Studiengänge zu übertragen, um die vorgestellten Lösungsansätze vollumfänglich auszuschöpfen und um einen optimalen Wissenstransfer zwischen Studium und Berufspraxis zu gewährleisten.

Untersuchung der ergonomischen Eigenschaften von handbetätigten Mechanismen mittels Ebenen Force Feedback Interface (EFFI)

Bei der Entwicklung handbetätigter Produkte mit ebenen Mechanismen spielen haptische Eigenschaften eine wichtige Rolle für die Kaufentscheidung des Kunden und sollten demnach so früh wie möglich in den Produktentwicklungsprozess einbezogen werden. Da CAD- und MKS-Modelle für die Simulation dieser nur bedingt geeignet sind, werden Prototypen hergestellt, welche hohe Kosten verursachen und bei Variantentests einen großen Zeitaufwand bedeuten. Deshalb kommen sogenannte haptische Feedbacksysteme als Werkzeug der virtuellen Produktentwicklung zum Einsatz. Hiermit lassen sich die ergonomischen Eigenschaften für verschiedene Modellvarianten frühzeitig ermitteln und mittels Nutzerstudien vergleichen. Das an der Professur Montage- und Handhabungstechnik entwickelte Ebene Force Feedback Interface (EFFI) wurde auf seine Eignung in dieser Hinsicht untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die zuvor berechneten Bahnkurven vom Interface dargestellt werden können. Des Weiteren werden die haptischen Eigenschaften des Modells erfahrbar, wenn Nutzerkräfte am Griff angebracht werden. EFFI bietet somit das Potential ergonomische Studien bereits in einer frühen Entwicklungsphase durchführen zu können.

Augmented Reality als Lernmedium: Potenziale und Implikationen

Durch den technischen Fortschritt der letzten Jahre rücken Augmented Reality – Anwendungen (AR) als Lernmedien immer mehr in den Fokus der aktuellen Lehr-Lern-Forschung. Aus didaktischer Sicht besitzt AR als Lernmedium Potenziale, die es von bisherigen Medien unterscheidet. Andererseits ergeben sich durch die Nutzung von AR jedoch auch neue Herausforderungen, die noch zu lösen sind. Am Beispiel eines konkreten Lernszenarios werden die didaktischen Potenziale von AR vorgestellt und die sich ergebenden Herausforderungen beschrieben. Das Lernszenario wurde mit Hilfe der App AugView realisiert und in die Lehre im Fachbereich Umweltingenieurwesen integriert. Die App stellt im Untergrund verborgene leitungsgebundene Wasserinfrastruktur dar. Zu den positiven didaktischen Eigenschaften zählt u.a. die zeitlich und örtlich kohärente, gemeinsame Darstellung von Objekt und erklärenden Zusatzinformationen (Kontiguitätsprinzip). Durch kollaboratives Arbeiten mit der App im Rahmen von Exkursionen wird situatives Lernen und gemeinsame Wissenskonstruktion gefördert. Zu den ungelösten Herausforderungen zählt aktuell noch der technische Aufwand. Da die GPS-Positionierung auf handelsüblichen Tablets nicht ausreichend genau ist, sind vergleichsweise teure Zusatzsysteme zur exakteren Positionierung notwendig. Weitere Herausforderung ist der Datenschutz. Digitale Repräsentationen der Leitungsnetze sind zwar beim lokalen Versorger vorhanden. Jedoch gibt es Sicherheitsbedenken, diese für die Lehre vollständig öffentlich verfügbar zu machen.

Der Entwurf eines ziel- und nutzerorientierten Druckspeichers in Abhängigkeit des Services

Der Produktentwicklungsprozess (PEP) von Mobilitätszellen, vom Entwurf bis zur Serien-reife, ist ein komplexer Prozess. Die zunehmenden Kundenanforderungen und Wettbewerbern führen zu einer Verkürzung des Entwicklungs- und Innovationszyklus von Produkten. In dem bisherigen PEP war die Definition von technischen Anforderungen eines neuen Produktes von großer Bedeutung. Sowohl eine Erweiterung des bestehenden Prozesses als auch die Ableitung von Kundenservice in technische Merkmale und Eigenschaften stellt die Verkehrssparte vor eine zu lösende Herausforderung.Eine weiterer wichtiger Aspekt für die Mobilitätsindustrie sind die zunehmenden äußeren Einflüsse, wie beispielsweise die Senkung der maximal zulässigen Emissionsraten sowie der zunehmende Wettbewerb auf den etablierten Absatzmärkten. Diese erfordern beispielsweise die Entwicklung und Anwendung von neuen Antriebstechnologien. Resultierend aus dem Wandel von konventionellen Antriebssystemen hin zur Elektromobilität ist sowohl die Integration von neuen Komponenten, wie beispielsweise Batterien oder Druckspeichern, in bestehende Bauräume von konventionellen Plattform-/ Modulstrategieansätzen, als auch die Auslegung der resultierenden Systemeigenschaften im zeitlichen Verlauf der Produkt-entwicklung notwendig. Um den Reifegrad des Bauteils, beispielsweise Druckspeicher, der Baugruppe sowie des Produkts definieren zu können, ist eine stetige Analyse und Synthese der Merkmale und Eigenschaften erforderlich. Dies ermöglicht der CPM Ansatz nach Weber. Durch eine Analyse von Systemparametern können die wichtigsten Einflussfaktoren auf das Gesamtsystem abgeleitet werden. Die Simulation basiert auf den gewonnenen Erkennt-nissen und ermöglicht einen ziel- bzw. anwendungsorientierten Entwurf. Des Weiteren wird der Reifegrad des Produkts im PEP definiert. Die Parameter des Services können zudem auf die Systemeigenschaften des Produkts übertragen werden. Dies wird in dem Beitrag am Beispiel eines Druckspeichers näher diskutiert.