WALZ 4.0 – KI-basierte Unterstützungssysteme im Pflasterhandwerk
Die Digitalisierung verändert zunehmend auch das Handwerk. Insbesondere KI-basierte Technologien eröffnen neue Möglichkeiten, Beschäftigte bei anspruchsvollen Tätigkeiten zu unterstützen, Arbeitsprozesse zu begleiten und den Wissenstransfer zwischen erfahrenen Fachkräften und dem Nachwuchs zu fördern. Gleichzeitig stellt sich die Frage, wie solche Technologien unter den Bedingungen handwerklicher Praxis eingesetzt werden können und welche Anforderungen sich dabei aus Sicht der Anwender ergeben.
Hintergrund und Ziel des Projekts
Ziel des Projekts WALZ 4.0 ist es, Erkenntnisse über die Anwendung und Weiterentwicklung KI-basierter Assistenzsysteme im Handwerk zu gewinnen. Im Fokus steht die Frage, wie digitale Technologien handwerkliche Tätigkeiten unterstützen können und welche Anforderungen für ihren erfolgreichen Einsatz in der Praxis erfüllt sein müssen.
Darüber hinaus soll das Projekt dazu beitragen, Potenziale digitaler Unterstützung in den Bereichen Orientierung, Fachkräftequalifizierung, Wissenstransfer und Baustellenorganisation sichtbar zu machen. Ergänzend werden Möglichkeiten der körperlichen Entlastung durch Exoskelette sowie Einsatzfelder robotischer Systeme betrachtet. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung und zukünftige Erprobung digitaler Unterstützungssysteme im Handwerk.
Vor diesem Hintergrund untersucht das Projekt WALZ 4.0 die Anwendung KI-basierter Assistenzsysteme im Pflasterhandwerk. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie digitale Unterstützungssysteme beim Verlegen von Natursteinpflaster eingesetzt und von Handwerkern unterschiedlicher Erfahrungsstufen wahrgenommen werden. Ergänzend werden weitere technologische Ansätze betrachtet, darunter robotische Unterstützungssysteme sowie Exoskelette zur körperlichen Entlastung.
Im Rahmen einer Probandenstudie am Building Lab der OTH Regensburg wurden fünf Szenarien untersucht: eine Referenzaufgabe ohne technische Unterstützung, ein Szenario mit Roboterhund, ein Szenario mit Exoskelett, ein Szenario mit KI-gestützter Platzierungshilfe sowie ein Szenario mit Mixed-Reality-Brille. Durch die Gegenüberstellung dieser Szenarien konnten unterschiedliche Formen digitaler, KI-basierter und ergonomischer Unterstützung unter vergleichbaren Bedingungen erprobt und bewertet werden.
Die Studie untersucht
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Einsatzmöglichkeiten KI-basierter Assistenzsysteme im Pflasterhandwerk.
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Die Wahrnehmung und Akzeptanz digitaler Unterstützungstechnologien durch Handwerker*innen mit unterschiedlicher Berufserfahrung.
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Potenziale KI-gestützter Orientierungshilfen bei der Verlegung von Natursteinpflaster und komplexen Verlegemustern.
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Möglichkeiten der Unterstützung von Auszubildenden und weniger erfahrenen Beschäftigten durch digitale Assistenzsysteme.
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Einsatzmöglichkeiten von Mixed-Reality-Technologien zur Visualisierung von Verlegemustern und Arbeitsinformationen.
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Anwendungsmöglichkeiten robotischer Systeme für Unterstützungs-, Transport- und Logistikaufgaben auf Baustellen.
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Möglichkeiten ergonomischer Unterstützung durch Exoskelette bei körperlich belastenden Tätigkeiten.
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Anforderungen an Nutzerfreundlichkeit, Integration und praktische Umsetzbarkeit digitaler Technologien im Arbeitsalltag des Handwerks.
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Zusammenhänge zwischen technologischer Innovation, Arbeitsschutz, körperlicher Belastung und Fachkräfteentwicklung im Bauhandwerk.
Vorgehen
Für die Untersuchung wurde eine standardisierte Versuchsumgebung geschaffen, die einen Vergleich verschiedener Unterstützungsformen beim Verlegen von Natursteinpflaster ermöglichte. Die Pflasterarbeiten fanden in vorbereiteten Pflasterboxen statt, die mit Quarzsand befüllt waren. Als Material wurden gespaltene Granit-Mosaikpflastersteine verwendet. Den Teilnehmenden standen die im Pflasterhandwerk üblichen Werkzeuge zur Verfügung, sodass die Aufgaben möglichst praxisnah durchgeführt werden konnten.
An der Studie nahmen vier Handwerker*innen mit unterschiedlicher Berufserfahrung teil. Jede*r Teilnehmer*in bearbeitete dieselbe Grundaufgabe des Pflasterns in allen fünf Szenarien. Nach jedem Durchlauf wurden die Erfahrungen und Einschätzungen der Teilnehmenden in Interviews dokumentiert und durch Beobachtungen während der Arbeit ergänzt. Darüber hinaus kamen Bewegungs- und EMG-Sensoren zur Erfassung von Bewegungsabläufen und Muskelaktivitäten zum Einsatz.
Ergebnisse
Die Probandenstudie zeigt, dass die Teilnehmenden die eingesetzten Technologien unterschiedlich bewerteten und dabei verschiedene Anforderungen ihres beruflichen Alltags hervorhoben. Über alle Szenarien hinweg spielten insbesondere körperliche Belastungen, Arbeitsschutz, Ausbildungsprozesse, die Zusammenarbeit auf Baustellen sowie eine möglichst einfache Bedienung technischer Systeme eine wichtige Rolle.
Das Exoskelett wurde von mehreren Teilnehmenden insbesondere mit einer Entlastung beim Aufstehen sowie einer angenehmeren Arbeitshaltung in Verbindung gebracht. Gleichzeitig wurden Fragen zum Gewicht des Systems, zur Wärmeentwicklung und zum langfristigen Tragekomfort diskutiert.
Die KI-gestützte Platzierungshilfe wurde vor allem als Orientierungshilfe bei Verlegemustern wahrgenommen. Mehrere Teilnehmende sahen mögliche Einsatzfelder insbesondere in der Ausbildung, Einarbeitung und Unterstützung weniger erfahrener Beschäftigter. Gleichzeitig wurde darauf hingewiesen, dass die individuellen Formen von Natursteinpflaster besondere Anforderungen an entsprechende KI-Systeme stellen.
Die Mixed-Reality-Brille wurde insbesondere bei der Herstellung komplexerer Verlegemuster wie Kreisbögen als hilfreiche zusätzliche Orientierung beschrieben. Darüber hinaus wurden Anwendungsmöglichkeiten in Ausbildung und Anlernprozessen diskutiert. Als Weiterentwicklungsbedarf nannten die Teilnehmenden unter anderem die Integration in bestehende Schutzausrüstung sowie Aspekte des Sichtfeldes und der Augenbelastung.
Der Roboterhund wurde überwiegend nicht als Unterstützung für den eigentlichen Verlegeprozess betrachtet. Stattdessen sahen die Teilnehmenden mögliche Einsatzfelder vor allem im Bereich von Material- und Werkzeugtransporten sowie weiteren unterstützenden Tätigkeiten auf Baustellen.
Die Ergebnisse verdeutlichen, dass KI-basierte Assistenzsysteme, Mixed-Reality-Anwendungen, Robotik und ergonomische Unterstützungssysteme unterschiedliche Funktionen im Arbeitsalltag des Handwerks erfüllen können. Gleichzeitig zeigen die Rückmeldungen der Teilnehmenden, dass Verständlichkeit, Praxistauglichkeit und die Integration in bestehende Arbeitsabläufe zentrale Voraussetzungen für eine erfolgreiche Nutzung darstellen.
In Kooperation mit
Die sozialwissenschaftliche Begleitung des Projekts wird in Kooperation mit der projektverantwortlichen Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH Regensburg) durchgeführt. Die Probandenstudie fand am Building Lab der Hochschule statt.
Gefördert durch:
Interreg Alpenrhein-Bodensee-Hochrhein (Europäische Union - Fördermittelgeberstadt)