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Das Wesen der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen

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cris.virtual.department Fertigungstechnik
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dc.contributor.advisor Wulfsberg, Jens P.
dc.contributor.author Lange, Luisa
dc.contributor.grantor Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg
dc.contributor.referee Schmitt, Robert
dc.date.issued 2025-02-04
dc.description.abstract Ausgangssituation: Der zunehmende Fachkräftemangel, dessen Intensität durch den demografischen Wandel noch verstärkt wird, übt bereits jetzt einen maßgeblichen Einfluss auf die Produktions- und Fertigungslandschaft in Deutschland aus. Der Mangel an Fachkräften mit entsprechender Ausbildung, die zur Bedienung von Werkzeugmaschinen in der Lage sind, wird immer größer. Als Konsequenz wird vermehrt auf ungelerntes Personal zurückgegriffen. Dies führt zu einer erhöhten Nachfrage nach Maschinen, welche eine einfache und intuitive Bedienbarkeit aufweisen und somit auch durch ungelerntes Personal gehandhabt werden können. Gleichzeitig ist eine fortlaufende Intensivierung von Automatisierung und Digitalisierung auch im Bereich der Werkzeugmaschinen zu beobachten. Der Anteil integrierter Sensorik und Aktorik in Maschinen nimmt zu, sei es zur Überwachung, Steuerung oder Optimierung von Prozessen. Dadurch werden die Maschinen immer komplexer, was sich wiederum auf die Bedienbarkeit auswirkt, die ebenfalls immer anspruchsvoller wird. Einerseits wird also nach einfach bedienbaren Maschinen verlangt, andererseits stellt die Bedienung der immer komplexeren Maschinen wiederum auch höhere Anforderungen an die Nutzer:innen. Diese Entwicklung führt zu einer Diskrepanz, mit der sowohl Entwickler:innen, Nutzer:innen als auch Ausbilder:innen konfrontiert sind. Forschungsbedarf: Für die Zukunft des Fertigungsstandortes Deutschland ist es essenziell, diese Problematiken anzugehen. Dies erfordert jedoch zunächst ein umfassendes Verständnis der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen. Trotz aktueller Forschungsarbeiten, die auf die Optimierung von Prozessen und die Steigerung der Effizienz von Werkzeugmaschinen und Produktionsprozessen abzielen, fehlt es häufig an einer ganzheitlichen Betrachtung des Phänomens. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen aus verschiedenen Perspektiven grundlegend zu untersuchen. Dabei werden die Sichtweisen von Nutzer:innen, Entwickler:innen und Ausbilder:innen einbezogen, um die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen im Hinblick auf Mensch, Maschine und Organisation zu beleuchten. Methodologie: Im Rahmen dieser Studie wurde ein qualitativer, explorativer Forschungsansatz gewählt. Diese Vorgehensweise erweist sich insbesondere dann als zielführend, wenn Forschungsgegenstände, wie im vorliegenden Fall, von Grund auf erschlossen und erfasst werden sollen. Diese Forschungsarbeit wurde unter Anwendung der Grounded Theory Methodologie nach Glaser und Strauss konzipiert und durchgeführt. In diesem Kontext wurden semi-strukturierte Interviews mit Entwickler:innen und Ausbilder:innen von Werkzeugmaschinen sowohl aus der Industrie, als auch dem Open-Source Bereich durchgeführt. Zusätzlich wurden teilnehmende Beobachtungen bei den Anwendern:innen während der Benutzung der Werkzeugmaschinen durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine umfangreiche Primärdatenbasis generiert, die anschließend mittels der Grounded Theory Methodologie einer systematischen Analyse unterzogen wurde. Erkenntnisse: Auf Basis dieser Analyse konnten weiterführende, holistische Erkenntnisse hinsichtlich der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen abgeleitet werden. In einem ersten Schritt wurde das Konstrukt der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen als mehrdimensionales Phänomen mit einer physischen, einer kognitiven und einer affektiven Dimension erarbeitet. Darauf aufbauend wurde der Regelkreis der Bedienbarkeit erarbeitet sowie ein dynamisches Modell entworfen, das Nutzer:innen in den Fokus der Betrachtung stellt. In der Folge wurden zudem praxisorientierte Handlungsfelder identifiziert und definiert, welche in einer Maßnahmensystematik, die bewusst offen gestaltet wurde, kategorisiert und systematisiert wurden. Eine zentrale Erkenntnis dieser Untersuchung ist, dass die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen als ein Konstrukt aufgefasst wird, das sich aus verschiedenen Dimensionen zusammensetzt: der affektiven, der kognitiven und der physischen Dimension. Eine weitere grundlegende Erkenntnis ist, dass jegliche Interaktion mit der Maschine stets durch die Nutzer:innen definiert wird. Die Bedienbarkeit einer Werkzeugmaschine ist daher maßgeblich davon abhängig, ob es gelingt, die Nutzer:innen und deren Bedürfnisse hinreichend zu verstehen und sie zur Handhabung der Maschine zu befähigen. In dieser Arbeit konnte somit die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen mit Hilfe der entwickelten grundlegenden Modelle eingehend erfasst und dargestellt werden. Ausblick: In der vorliegenden Arbeit wird die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen grundlegend erforscht und beschrieben und trägt dazu bei, das wenig deterministische Feld der Bedienbarkeit technischer Produktionseinrichtungen greifbar und beherrschbar zu gestalten und entsprechende Modellierungsmethoden und Systematiken vorzustellen. Die präsentierten Ansätze und Modelle haben zum Ziel, das Phänomen der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen in seiner Ganzheit zu erfassen. Daraus folgend werden praxisorientierte Maßnahmen erörtert, die für Fachkräfte von Nutzen sein können. Diese Arbeit bildet somit eine fundierte Grundlage für die weitere wissenschaftliche Auseinandersetzung mit dem Thema. Eine Weiterentwicklung und Vertiefung der hier vorgestellten theoretischen Ansätze ist insbesondere im Rahmen quantitativer Forschungsdesigns zu empfehlen, um die hier vorgestellten qualitativen Ansätze zu verfeinern.
dc.description.abstract Background: The growing scarcity of qualified personnel, intensified by demographic changes, is already affecting the production and manufacturing landscape in Germany to a considerable extent. The deficit of personnel with the requisite training and proficiency in operating machine tools is intensifying. As a result, there is an increasing reliance on unskilled labour. This results in an increased demand for machines that are simple and intuitive to operate, thereby enabling unskilled personnel to also handle them. Concurrently, the machine tool sector is undergoing a sustained process of intensified automation and digitalisation. The proportion of integrated sensors and actuators in machines is increasing, whether for monitoring, controlling or optimising processes. As a result, machine tools are becoming more complex, which also affects their usability, which is also getting more challenging. The demand for machines that are easy to operate is increasing, but so is the demand for operators to be able to operate increasingly complex machines. This development leads to a discrepancy that developers, users and trainers alike are confronted with. Research Interest: Addressing these issues is essential for the future of the manufacturing location Germany. However, this requires a comprehensive understanding of the usability of machine tools. Despite current research aimed at optimising processes and increasing the efficiency of machine tools and production processes, there is often a lack of a holistic view of the phenomenon. The objective of this study is to conduct a comprehensive analysis of machine tool usability from a variety of perspectives. In order to gain insights into the nature of machine tool usability with regard to the human operator, the machine tool and the organisational context, the views of users, developers and trainers have been included in the study. Methodology: A qualitative, explorative research approach was chosen for this study. This approach proves to be particularly expedient when research objects are to be explored and recorded from the ground up, which corresponds to the research intention in this case. The present research work was designed and conducted within the framework of the grounded-theory-methodology according to Glaser and Strauss. In this context, semi-structured interviews were conducted with machine tool developers and trainers from both industry and the open source community. In addition, participant observations of machine tool users were implemented as part of field research. In this way, a comprehensive primary database was generated, which was then systematically analysed using the grounded theory methodology. Findings: Based on the analysis, various, holistic insights were gained with regard to the description of the nature of machine tool usability. In a first step, the construct of machine tool usability was recognised as a multidimensional phenomenon with a physical, a cognitive and an affective dimension. Building on this, the control loop of usability was developed and a user-centred, dynamic model was derived. This was followed by the identification and definition of practical fields of action, which were categorised and systematised in a deliberately open-ended system of measures. A central finding of this study is that machine tool usability is to be understood as a construct that is made up of different dimensions: the affective, the cognitive and the physical dimension. Another fundamental realisation is that any interaction with the machine tool is always defined by the user. The usability of a machine tool is therefore largely dependent on whether it is possible to sufficiently understand the users and their needs and enable them to operate the machine. Based on the fundamental models developed in this thesis, the usability of machine tools could be captured and presented in detail. Outlook: In this thesis, the nature of machine tool usability is fundamentally explored and described and contributes to making the less deterministic field of the operability of technical production facilities tangible and controllable and to presenting corresponding modelling methods and systematics. The approaches and models presented aim to capture the phenomenon of machine tool usability in its entirety. As a result, practice-orientated measures are presented that can be of benefit to specialists. This work thus forms a sound basis for further scientific analysis of the topic. Further development and consolidation of the theoretical approaches presented here is recommended, particularly in the context of quantitative research designs, in order to refine the qualitative approaches presented here.
dc.description.version VoR
dc.identifier.doi 10.24405/17376
dc.identifier.uri https://openhsu.ub.hsu-hh.de/handle/10.24405/17376
dc.language.iso de
dc.publisher Universitätsbibliothek der HSU/UniBw H
dc.relation.orgunit Fertigungstechnik
dc.relation.orgunit DTEC.bw
dc.rights.accessRights open access
dc.subject Werkzeugmaschinen
dc.subject Bedienbarkeit
dc.subject Mensch-Maschine-Interaktion
dc.subject Usability
dc.subject Machine tools
dc.subject dtec.bw
dc.subject.ddc 620 Ingenieurwissenschaften
dc.title Das Wesen der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen
dc.title.alternative Unraveling machine tool usability
dc.type Dissertation
dcterms.bibliographicCitation.originalpublisherplace Hamburg
dcterms.dateAccepted 2025-01-31
dspace.entity.type Publication
hsu.thesis.grantorplace Hamburg
hsu.title.subtitle Eine integrierte Entwickler:innen-, Ausbilder:innen- und Nutzer:innen-Perspektive auf Mensch, Maschine und Organisation
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