MÜNCHEN (CW) - Das Wort "Standard" ist bei CAD/CAM/ PPS-Softwarepaketen keine Gewähr für Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit. Viele Anwender, insbesondere in mittleren und kleineren Unternehmen klagen über unzureichende Unterstützung und daraus resultierende unwirtschaftliche Arbeitsabläufe. Welchen Beitrag Entwickler von Standardsoftware für den Konstruktions- und Produktionsbereich leisten können, um "in der Fabrik von morgen" zu humanen und wirtschaftlichen Arbeitssystemen zu gelangen, erklären Siegfried Schreuder, Rainer Upmann und Roy Marcus.

Die hohen Erwartungen, die mit der Einführung rechnergestützter Informations- und Kommunikationstechnologie häufig auf seiten der Anwender und Nutzer verbunden sind - nicht zuletzt geschürt durch die fortlaufenden Meldungen über immer größere Rechnerleistungen - werden im Betriebsalltag nicht selten enttäuscht. Wie etliche Betriebsuntersuchungen zeigen, werden Mitarbeiter in der Konstruktion und Arbeitsvorbereitung in kleinen und mittleren Maschinenbau-Unternehmen bei ihrer Arbeit von derzeit verfügbaren Standard-Anwendungs-Softwarepaketen (insbesondere solche auf Lowcost-Basis) aufgrund ihrer mangelnden Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit nur unzureichend unterstützt.

Mögliche Folgen im betrieblichen Alltag: Der Leistungsumfang von Standardsoftware wird meistens nicht vollständig genutzt. Die Konstruktion komplexer Werkzeugmaschinen wird in der Praxis häufig anstatt mit dem CAD-System nach wie vor auf herkömmlichen Zeichenbrettern durchgeführt. Ferner werden die Ablauf- und Arbeitsorganisation mitunter den Aufgaben und dem Nutzen nicht gerecht. Dadurch entstehen unzweckmäßige und unwirtschaftliche Arbeitsabläufe, die einerseits lange Durchlaufzeiten zum wettbewerbswirtschaftlichen Nachteil des Unternehmens hervorrufen, andererseits die Arbeitsteiligkeiten zu Lasten der Arbeitsinhalte und Kooperationsmöglichkeiten des einzelnen Mitarbeiters erhöhen.

Ungeübte Anwender klagen zudem über schwer erlernbare Funktions- und Handhabungsweisen der eingesetzten CAD/ CAM/PPS-Software. Selbst geschulte Nutzer müssen häufig feststellen, daß sie ihre Fähigkeiten im Umgang mit dem DV-System nach längeren Arbeitspausen verlernt haben und eine Einarbeitung von neuem erforderlich wird.

Hieraus können Konsequenzen für die Arbeitssituation des Mitarbeiters und dessen weiterer Berufslaufbahn resultieren. So läßt sich beispielsweise in Konstruktionsabteilungen mit Parallelbetrieb (CAD-Systeme und Zeichenbretter werden nebeneinander eingesetzt) beobachten, daß manche Mitarbeiter den Kontakt zum CAD-System völlig verlieren, weil meistens die geübtesten (jüngeren) Konstrukteure eingesetzt werden, um die relativ teueren Anlagen möglichst effektiv zu nutzen.

Welchen Beitrag können Entwickler von Standardsoftware für die Produktion, also beispielsweise CAD/CAM/PPS-Software leisten, um "in der Fabrik von morgen" zu humanen und wirtschaftlichen Arbeitssystemen zu gelangen? Wie kann der Software-Entwickler solche Arbeitssysteme fördern? Welche Software-Gestaltungselemente stehen ihm zur Verfügung, und auf welche Gestaltungsaspekte hat er dabei zu achten?

Durch Anwendung weicher Formen der Benutzerbeteiligung kann der Software-Entwickler bereits während des Software-Entwicklungsprozesses dafür Sorge tragen, daß seine Produkte auf eine hohe Nutzeraktzeptanz treffen? Welche Anforderungen sind aus arbeitswissenschaftlicher Sicht an den Software-Entwicklungsprozeß und dessen Produkte zu stellen?

Antworten auf diese und ähnlich gelagerte Fragestellungen zu finden, gaben den Anstoß zu einem vom Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT), im Rahmen des Programms "Humanisierung des Arbeitslebens" geförderten Forschungsprojektes mit dem Titel "Erarbeitung und Erprobung von anwenderorientierten Methoden zur menschengerechten Gestaltung integrierter CAD/CAM/PPS-Systeme auf Low-cost-Basis".

Durchgeführt wurde dieses Projekt von einem Standard-Software-Entwickler der Firma Marcus Computer Systeme in Zusammenarbeit mit dem Institut für Arbeitswissenschaft (IWA) der RWTH Aachen. Ziele des Vorhabens waren die Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens zur partizipativen Gestaltung von Standard-Anwendungs-Software, sowie von arbeitswissenschaftlichen und softwareergonomischen Arbeitsanalyse-Instrumentarien und -methoden.

Außerdem sollten Kriterien zur Gestaltung integrierter CAD/CAM/PPS-Systeme auf Low-cost-Basis und Methoden der Benutzerbeteiligung im Rahmen des Software-Entwicklungsprozesses sowie exemplarische Softwaremodule aus den Anwendungsbereichen CAD/ CAM/PPS entwickelt und erprobt werden. Unter diesem Grundsatz stand die Durchführung des Projekts.

Ihm liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Informationstechnik und ihre Anwendung die Rolle des Menschen im Produktionsprozeß von Grund auf verändern werden. Software ist ein wesentliches Element dieses Veränderungsprozesses, der zur Informatisierung der Arbeit führt. Demnach ist Softwaregestaltung immer gleichzeitig auch Arbeitsgestaltung.

Bei der Gestaltung von Software darf der Entwickler sein Augenmerk folglich nicht nur auf technisch-funktionale Aspekte richten. Ebenso sind die möglichen Auswirkungen der Software auf den Menschen und dessen Arbeitsbedingungen im vorhinein zu berücksichtigen. Software wirkt über die (Arbeits-)Organisation, die Funktionalität (Technik) und die vorhandene beziehungsweise benötigte Qualifikation auf den Menschen ein.

Unterschiede zur herkömmlichen Entwicklung

Für die Gestaltung der rechnergestützten Arbeit in informellen Arbeitssystemen (CAD-Arbeitsplatz in der Konstruktion) sind grundsätzlich die drei Gestaltungsbereiche Organisation, Qualifikation und Technik sowie deren Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Im Rahmen der Einführung rechnergestützter Arbeitssysteme muß Gestaltungsarbeit in allen drei Bereichen geleistet werden, die sich als: Organisationsentwicklung, Technik- (insbesondere Software-)Entwicklung und Personalentwicklung umschreiben lassen.

Eingedenk dieser Aspekte wurde im Rahmen des Vorhabens eine Vorgehensweise zur Softwaregestaltung entwickelt und erprobt, die sich vom herkömmlichen Software-Entwicklungsprozeß hinsichtlich der angewandten Verfahren und Methoden sowie der berücksichtigten Aspekten in mehrerlei Hinsicht unterscheidet. Zu Beginn wurde mit Hilfe einer Kriterienliste und zum Teil anhand von Vorgesprächen aus einem Pool von etwa 50 Unternehmen zehn Firmen ausgewählt, in denen dann eine Ist-Zustandsanalyse durchgeführt wurde.

Sie verfügte zum Untersuchungszeitpunkt über eine ausreichende Anzahl an rechnergestützten Arbeitsplätzen mit Anwendungen aus den Bereichen CAD, CAM und PPS. Die Ist-Zustandsanalyse dient dem Zweck, die Arbeitssituation der an den CAD/CAM/PPS-Systemen arbeitenden Menschen und deren Bestimmungsfaktoren umfassend zu untersuchen. Dazu wurden wettbewerbswirtschaftliche Umfeldbedingungen jedes Unternehmens sowie Aufbau-, Ablauf- und Arbeitsorganisation in den einzelnen Abteilungen, Qualifikations- und Tätigkeitsstruktur der Mitarbeiter, Ziele des EDV-Einsatzes und Ablauf des Einführungsprozesses erhoben.

Die Ist-Zustandsanalysen in den geprüften mittelständischen Industriebetrieben haben gezeigt, daß mit dem DV-Einsatz verbundene Schwachstellen nicht nur technischer Art sind. Ebenso wurden organisatorische und qualifikatorische Mängel festgestellt:

Organisation

CAD/CAM/PPS-Systeme werden häufig eingeführt, ohne hinreichende organisatorische Vorbereitungsmaßnahmen wie die Reorganisation des Daten und Unterlagenwesens zu treffen. Auch werden DV-Systeme zumeist in vorhandene Organisationsstrukturen eingeführt; es findet keine bewußte Entscheidung über die DV-Nutzungsorganisationsform statt.

Neue Aufgaben, die mit dem Einsatz beispielsweise von DV-Systemen entstehen wie die Systembetreuung und Datensicherung, werden nicht ausdrücklich organisatorisch verändert. Häufig werden Anwender und Betriebsrat nur unzureichend am DV-Einführungsprozeß aktiv beteiligt.

Qualifikation

Bei betrieblichen Entscheidungsträgern (Geschäftsleitung,

Betriebsrat, Abteilungsleiter) bestehen oft Wissensdefizite hinsichtlich der technischen Möglichkeiten derzeitiger DV-Systeme; Aspekte der DV-Einführung und Nutzungsorganisationsform sowie der Kommunikationsergonomie und deren Auswirkungen auf die Arbeitssituation der Nutzer bleiben unberücksichtigt.

Die DV-Qualifikation der Benutzer erstreckt sich vielfach nur auf das Wissen um die Bedienung des Systems beziehungsweise des DV-Anwendungsprogramms. Es fehlen vielfach, Kenntnisse über DV-Grundlagen (zum Beispiel Hard- und Softwareaufbau) und Anwendungsprogrammierung, um das DV-System wirklich als Arbeitsmittel entsprechend seinen Bedürfnissen einsetzen zu können.

Technik (Hard- und Software)

Derzeitige DV-Systeme stellen Insellösungen dar; es ist eine Integration im Sinne der Daten- und Programmintegration notwendig und - insbesondere aus Nutzersicht - auch eine Vereinheitlichung der Dialogstrukturen bei unterschiedlichen Anwendungen. Dialogsysteme sind häufig nicht hinreichend selbsterklärungsfähig. Es fehlen systemseitige Hilfsinstrumente, die stärker auf den Kenntnisstand des Nutzers und der jeweiligen Dialogsituation zugeschnitten sind.

Handbücher sind nicht immer anwendergerecht und Dialogstrukturen sind häufig zu starr, so daß (individuelle) Arbeitsweisen der Nutzer eingeschränkt werden. Es mangelt an anwenderfreundlichen Systemhilfen (bei CAD-Systemen: Symbol- und Zeichenverwaltungsprogramme mit entsprechenden Schlüsseln oder grafischen Symbolen).

Gegenwärtige CAD-Systeme unterstützen in der Regel nur

eine rechnergestützte Zeichnungserstellung, jedoch nicht rechnergestütztes Konstruieren. Auf Low-cost-Basis verfügen sie zumeist über 19-Zoll-Grafik-Bildschirme, die von Nutzern (insbesondere bei komplexen Konstruktionsaufgaben) als zu klein empfunden werden. PPS-Systeme ermöglichen häufig nicht hinreichend flexible und zugleich komfortable Abfragemöglichkeiten, die sich an dem spezifischen Informationsbedürfnis des Nutzers orientieren.

Die Abteilung zum Entwurf von Spezifikationen für die neu zu gestaltenden Softwaremodule aus den Anwendungsbereichen CAD/CAM/PPS arbeitete auf der Grundlage der ausgewerteten Ergebnisse der Ist-Zustandsanalysen in den mittelständischen Industriebetrieben. Dabei wurde bei der Softwaregestaltung "von außen nach innen" vorgegangen.

Vor der Festlegung von Systemfunktionalität und Maskenlayouts stand der Aspekt, sinnvolle Arbeitsorganisationsformen - wie Team- und Gruppenarbeit in der Konstruktion - durch Softwaregestaltungsmerkmale, wie beispielsweise Netzwerkfähigkeit, Portabilität von Programmen und Daten zu unterstützen und zu fördern. In der Vergangenheit ließ sich vereinzelt bei Anwendern die Tendenz beobachten, daß die Anschaffung einzelner (relativ teuerer) 3D-CAD-Systeme dem abteilungsweiten Einsatz von (preisgünstigeren) 2D-CAD-Systemen vorgezogen wurde.

Eine stärkere Arbeitsteilung in der Konstruktion dürfte die Folge gewesen sein. Der Entwurf und die Detaillierung entstanden dann konventionell auf dem Zeichenbrett. Die Ausarbeitung und Eingabe ins CAD-System wurde durch systemtechnisch geschulte Mitarbeiter vollzogen, die den Kontakt zu konstruktionstechnischen Aufgaben zu verlieren drohten. Durch den dezentralen Einsatz von CAD-Systemen direkt an den einzelnen Arbeitsplätzen hätten dagegen gruppenorientierte Arbeitsorganisationsformen, wie sie bei konventioneller Ausstattung bestanden, erhalten werden können.

Ein wesentlicher Aspekt der Softwaregestaltung ist die Fragestellung, welche Teile der Arbeitsaufgaben von der Software ausgeführt werden, und welche dem Nutzer vorbehalten bleiben sollen. Als Gestaltungsleitlinie kann hier der Grundsatz dienen, die durch die gewählte Arbeitsorganisationsform geschaffenen persönlichkeitsförderlichen Arbeitsinhalte durch eine Rechnerunterstützung zu erhalten und zu fördern.

Dem Nutzer sollten demnach alle Teilaufgaben vorbehalten

bleiben, die menschliche Fähigkeiten wie Planen, Bewerten, Lernen aus Erfahrung, Entwickeln von Lösungsstrategien und Heuristiken und das Denken in Zusammenhänge fordern und fördern. Der Rechner sollte den Nutzer von Routineoperationen (Datensuche-, -aufbereitung, -zusammenstellung und -ausgabe) entlasten. Insbesondere bei erhöhter Aufmerksamkeitsbindung führen diese schnell zu Monotonie und Fehlern in der Arbeitstätigkeit.

Wie die Betriebsuntersuchungen gezeigt haben, müssen in der Praxis vom Konstrukteur, aufgrund von Kundenwünschen oder infolge des technischen Fortschritts, häufig konstruktive Änderungen an Einzelteilen einer Baugruppe vorgenommen werden, die wiederum Folgeänderungen an weiteren Bauteilen nach sich ziehen. Herkömmliche CAD-Systeme unterstützen den Nutzer bei den zeitraubenden Routineaufgaben wie dem Zusammenstellen der notwendigen geometrischen und funktionalen

Informationen, Erkennen der Tragweite und der mechanischen Ausführung der Folgeänderungen nur unzureichend.

Hier kann eine regelbasierte Rechnerunterstützting, wie sie zur Zeit am Institut für Arbeitswissenschaft (IAW) der RWFH Aachen entwickelt wird, zu einer persönlichkeitsförderlichen Arbeitsgestaltung beitragen, indem sie den Nutzer von Routinetätigkeiten entlastet - eine Voraussetzung dafür, daß der Konstrukteur in seiner Arbeitszeit in größerem Umfang konstruktive Tätigkeiten wahrnehmen kann.

Mit Hilfe eines solchen, auf Konstruktionsregeln und technologischen Wissen aufbauenden regelbasierenden Systems können Folgeänderungen und deren Auswirkungen vom Rechner erkannt werden.

Dem Nutzer bleibt die anspruchsvollere Aufgabe vorbehalten, die angezeigten Folgeänderungen gedanklich nachzuvollziehen und anhand vorgegebener Konstruktionskriterien geeignete Maßnahmen zu treffen. Die mechanische Aktualisierung der betroffenen Datensätze soll in einer späteren Ausbaustufe vom System ausgeführt werden.

Aus der konzeptionellen Ausgestaltung der Teilaufgaben von Mensch und Rechner sowie der Qualifikationsstruktur der Nutzer lassen sich die Anforderungen an die Struktur der Anwendungssoftware ableiten. Dazu zählen unter anderem Funktionsumfang, Programmablaufstruktur, Interaktionsformen, Maskenaufbau und Hilfsinstrumente.

Die aus den Arbeitsanalysen abgeleiteten Gestaltungsmerkmale wurden in einem Prototyping-ähnlichen Verfahren von zukünftigen Nutzern evaluiert. Dazu wurden Maskenfolgen und einzelne Programmodule erstellt, mit denen sich charakteristische rechnergestützte Arbeitsabläufe simulieren lassen.

Nützliche Hinweise von Schulungsteilnehmern

Es hat sich gezeigt, daß gerade Teilnehmer von DV-Schulungsmaßnahmen eine Vielzahl von konstruktiven Gestaltungshinweisen geben können, die der einfacheren Handhabung und schnelleren Erlernbarkeit des Systems dienen.

Erst nach Auswertung und Umsetzung der Evaluationsergebnisse sollte dann das vollständige Programm erstellt werden, das vor Markteinführung bei Pilotanwendern im betrieblichen Alltag unter realen Bedingungen getestet werden sollte, um den Nutzern unnötige Releases zu ersparen.

Ein aus den Ergebnissen des Projekts hervorgegangenes Softwareprodukt stellt das Produkt "Babcad" dar, das als ein objektorientiertes, menügesteuertes CAD-System konzipiert und entwickelt wurde. Aufgrund seiner einheitlichen, erwartungskonformen Benutzerführung und weitgehenden Selbsterklärungsfähigkeit ermöglicht es auch dem ungeübten Nutzer eine leichte Erlernbarkeit der Systembedienung. Die Benutzung eines Handbuches kann beim anwendungsorientierten Arbeiten damit weitgehend entfallen.

Flexible, aufgabenangemessene Bemessungstechniken und Systemhilfen wie ein Texteditor ermöglichen eine nutzergerechte Arbeitsweise bei der Zeichnungserstellung. Bis zum Projektende wird das CAD-System "Babcad" bei Pilotanwendern unter realen Einsatzbedingungen erprobt und evaluiert werden. Die im Rahmen des Vorhabens gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich in Anforderungskatalogen zur Softwaregestaltung dokumentiert und der Öffentlichkeit vorgestellt.

Dr. - Ing. Siegfried Schreuder leitet das FIR + IAW-Arbeits- und Betriebsorganisatorische Computerzentrum, Aachen.

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Rainer Upmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Arbeitswissenschaft der RWTH Aachen und am FIR + IAW-Arbeits- und Betriebsorganisatorischen Computerzentrum.

Roy Marcus fungiert als Geschäftsführer der Firma Marcus Computer Systeme, Meckenheim.