Virtuelles Teamtraining ist ein Begriff, der sich aus der Synthese von klassischem Teamtraining und der virtuellen Realität (VR) als Trainingsumgebung ergibt. Innerhalb virtueller Realitäten vermittelt das Teamtraining jedem Teammitglied aufgabenspezifische Fertigkeiten sowie die notwendige Teamkompetenz (Kooperation, Kommunikation, Koordination) mit dem Ziel, die Leistungsfähigkeit nicht nur des einzelnen Mitarbeiters sondern des gesamten Teams zu erhöhen. Essenziell ist dabei die Stärkung des Bewusstseins von Zusammenhängen und Regelkreisen.

Die virtuelle Realität bezeichnet eine durch „high-fidelity-Simulationen“ gekennzeichnete Mensch-Maschine-Schnittstelle, die Interaktionen in Echtzeit und über multiple sensorielle Wirkdimensionen ermöglicht. Überwiegend wird dabei auf Kombinationen visueller, haptischer und auditiver Reize zurückgegriffen.

Die Nutzung der VR zu Qualifizierungszwecken erscheint dann relevant, wenn das Training in realen Umgebungen zu aufwändig (finanziell und/oder zeitlich) oder risikobehaftet ist. Ebenso sind mit Hilfe des virtuellen Teamtrainings Ausbildungsszenarien vorstellbar, die als präventive Qualitätssicherungsmaßnahme zukünftige Eventualitäten abzudecken helfen.

Ziel des Wissenserwerbs in virtuellen Welten ist die verbesserte Erfüllung von Aufgaben in der Wirklichkeit. Aufgaben werden hierbei als eine Reihe zusammenhängender und zielgerichteter Aktivitäten begriffen. Um diese durchzuführen, ist einerseits spezifisches Faktenwissen notwendig und andererseits die Kenntnis, wie dieses Faktenwissen umzusetzen ist.

Jede systematische Personalqualifizierung erfolgt daher phasenweise: sequenziell muss dem Trainingskandidaten zunächst das Basiswissen einer Aufgabe vermittelt werden (kognitive Phase). Zu einem späteren Zeitpunkt wird die Anwendung dieser diskreten Kenntnisse vermittelt und diese zu Handlungsketten verknüpft (assoziative Phase). Anschließend fixieren bzw. automatisieren sich diese Handlungsketten durch ausreichende Wiederholung (autonome Phase) [Hawkins1993], [Stark1989].

Für die Vermittlung reinen Faktenwissens kommt die Anwendung des virtuellen Teamtrainings jedoch nicht in Betracht. Künstliche Lernumgebungen zeigen während der kognitiven Ausbildungsphasen keinen Vorteil gegenüber den traditionellen Instruktionsmethoden [Schwan2002].

Wie zahlreiche (meist militärisch beauftragte) Studien dagegen vorweisen, stellt sich dies bei der Einübung von Handlungsabläufen in den Folgephasen der Personalqualifizierung anders dar. Unabhängig vom intellektuellen Anspruch der Aufgaben zeigt die militärische Kollektivausbildung in virtuellen Trainingsumgebungen einen teilweise bemerkenswerten Positivtransfer prozeduralen Wissens in die reale Arbeitswelt. Dies erstreckt sich sowohl auf die Fertigkeiten des Einzelnen als auch des Teams [Goldman1997]. Genauso kann sich bei inadäquater Gestaltung von Trainingssimulationen jedoch auch ein negativer Transfer einstellen. Bei der Implementierung effektiven virtuellen Teamtrainings muss der Identifizierung von Anforderungen für ein positives Lernerlebnis daher besondere Beachtung geschenkt werden und sollte vorzugsweise interdisziplinär erfolgen [Rose2000].

Das virtuelle Teamtraining löst sich von der Notwendigkeit realer Objekte und führt über die räumlich -zeitliche Autonomie seiner Durchführung zu einer weitgehenden Flexibilisierung von Qualifikation. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil in den Phasen der Vorinbetriebnahme dar, um designierte Mitarbeiterteams auf ihre neue oder abgewandelte Arbeitsumgebung vorzubereiten und somit die Anlaufzeiten der Produktion erheblich zu verkürzen. Auch müssen kostenintensive Produktionsressourcen nicht mehr zeitweilig zu Trainingszwecken verwendet werden, da aktuell erforderliche Fertigkeiten in synthetischen Ausbildungsumgebungen vermittelt werden können. Eine hohe Verfügbarkeit solcher Qualifikationsmöglichkeiten wirkt sich zudem positiv auf die Beherrschung kritischer Handlungsabläufe aus und führt somit zu höherwertiger Prozessqualität.

Vernetzte VR-Technologie unterstützt den Wunsch nach geringeren Abwesenheitszeiten sowie die Idee virtueller Teams, indem benötigte Informationen verteilt sowie bedarfsorientiert und permanent am Arbeitsplatz verfügbar gemacht werden (verteiltes Lernen). Ad hoc bereitgestellte Lerninhalte machen es im Sinne von Null-Fehler-Strategien darüber hinaus denkbar, die Fertigkeiten verschiedener Teams noch während laufender Produktionsprozesse (in-line) an geänderte Randbedingungen anzupassen (bspw. zur Korrektur von Fehlern).

Nachfolgend zusammengefasste Kriterien bestimmen die Anwendbarkeit virtuellen Teamtrainings nachhaltig.

Neben einer reinen Machbarkeitsuntersuchung anhand einer exemplarischen Anwendung für die Industrie ist es das primäre Ziel der Entwicklungsgemeinschaft, ein möglichst offenes System zu schaffen, das jederzeit als Grundlage für Weiterentwicklungen verwendet werden kann, ohne sich durch die Systembeschaffenheit selbst einschränken zu müssen (s. Abb. 2). Dazu muss die Anwendung inter-operabel (betriebssystemunabhängig) sein und größtmöglichen Freiraum hinsichtlich des erwünschten Datenaustausches bieten. Angesprochen sind damit jegliche Schnittstellen zur Kommunikation mit dem Anwender, Komponenten aus der realen Welt, anderen Simulationen sowie Software zur Datenverwaltung und -analyse. Um im Kontext industrieller Trainingsanwendungen zu bleiben, sind somit multi-user-fähige Qualifikationssysteme mit beliebiger Hardwareausstattung hinsichtlich Mensch-Maschine-Interaktion denkbar, die u.a. mit Informationen real existierender Anlagen oder bspw. Materialflusssimulationen gespeist werden können. Zur Erfüllung dieser Anforderungen basiert der Datenaustausch der umgesetzten Entwicklungsplattform auf der „High Level Architecture“ (HLA), einem internationalen Standard für verteilte Echtzeit-Simulationen [Straßburger2001], [Dahlmann1998].

Die Anforderungen stellen sich im Überblick wie folgt dar:

Abbildung 2: Exemplarischer Systemaufbau

Als Testanwender des Simulationswerkzeuges zeichnet sich der Elektronikdienstleister Zollner dadurch aus, dass sowohl Produkte mit einer hohen Variantenvielfalt (low-volume-high-mix) als auch die Fertigung in hohen Stückzahlen (high-volume-low-mix) im Leistungsspektrum enthalten sind. Dabei muss das Unternehmen in der Lage sein, die starke Volatilität des Marktes zu beherrschen. Um bei diesen Randbedingungen in den betroffenen Bereichen dennoch profitabel zu bleiben, wurde eine extrem anpassungsfähige Fertigung aufgebaut. Entsprechend der aktuellen Auftragslage können dazu kurzfristig aus Einzelarbeitsplätzen bestehende modulare Fertigungsinseln gebildet werden. Die Arbeitsinhalte der dort tätigen Teammitglieder bestehen aus produkt- und arbeitsplatzabhängigen Montageabläufen, die jeweils durch eine hohe Anzahl an Einzelarbeitsschritten gekennzeichnet sind. Jede Bearbeitungsstation innerhalb der Fertigungsinsel ist dabei vom Arbeitsergebnis des Vorgängers abhängig. Bisher sind den individuellen Bearbeitungsstationen Spezialisten zugeordnet. Um zusätzliche Flexibilität, Motivation und eine Erhöhung der Qualität zu erlangen, ist geplant, sämtliche Mitarbeiter für das gesamte Spektrum an erforderlichen Tätigkeiten innerhalb existierender Fertigungsprozesse weiterzubilden. Jeder Mitarbeiter wird kontinuierlich auf alle sich geregelt ändernden Aufgaben seines Fertigungsteams vorbereitet.

Mit herkömmlichen Instruktionsmethoden würde dieses Vorhaben einen erheblichen Mehraufwand an notwendiger Qualifizierung bedeuten. Außerdem wäre die Ausbildung am Arbeitsplatz mit einem nicht zu vernachlässigenden Produktivitätsrückgang verbunden.

Fasst man alle Einzelaspekte zusammen, bietet sich hier ein nahezu ideales Szenario für die Umsetzung einer virtuellen Teamtrainingsanwendung: Die unter 2.3 genannten Voraussetzungen zur effizienten Anwendbarkeit virtuellen Teamtrainings gelten als erfüllt. Insbesondere bietet sich in diesem Umfeld die Möglichkeit eines direkten Vergleichs zwischen virtuellem Teamtraining und herkömmlichen Instruktionsmethoden, um eine aufwandsarme Nutzenbewertung zu ermöglichen.

Abbildung 3: Virtuelle Fertigungsinsel

Gegenstand der Trainingssimulation ist die Endmontage einer umfangreichen elektronischen Baugruppe innerhalb einer modularen Fertigungsinsel, die in einer Prozedur von über 60 Arbeitsschritten mit fester Reihenfolge realisiert wird (Abb. 3). Jeder Handlung im virtuellen Raum ist dabei eine entsprechende Mindestdauer zugeordnet, die sich aus den Soll-Vorgaben der Arbeitsplanung ableitet. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich Trainingskandidaten bei einzelnen Aufgaben, die sie gut beherrschen „schnell durch das Trainingsprogramm klicken“ und somit ihre gesamtheitliche Trainingsleistung, die das System während der Trainingsdurchläufe mitprotokolliert, verfälschen.

Um es zu ermöglichen, auch ungeschultes Personal in der virtuellen Welt einzuarbeiten, kann die Simulation zur Laufzeit weitere Informationen einblenden. Aktuell durchzuführende Arbeitsschritte erscheinen dann als Textanweisung ergänzt durch die farbliche Hervorhebung manipulierbarer Objekte und deren Einbauorte.

Handlungen, die der Arbeitsprozedur nicht entsprechen, lässt die prototypische Anwendung dagegen in der ersten Umsetzungsphase nicht zu. Realisiert wird dies, indem am virtuellen Arbeitsplatz zu jedem Zeitpunkt nur definierte Objekte manipuliert werden können. Andersartige Systemeingaben ignoriert die Simulation.

Vor- sowie nachgelagerte Bearbeitungsstationen sind bereits in die Simulation integriert, finden jedoch bei der ersten und nachfolgend dargestellten Evaluation dieses Demonstrators noch keinen Eingang.

Um eine reibungslose Integration der Software in den bestehenden IT-Unterbau des Unternehmens zu garantieren, werden relativ geringe Systemanforderungen festgelegt:

Besonders für die Visualisierung mit ausreichender Detaillierung in Echtzeit ist dies eine herausfordernde Zielsetzung, die jedoch durch konsequente Anwendung polygonreduzierender Techniken wie der vereinfachten Modellierung komplexer Strukturen oder der Texturierung erfüllt werden konnte.

Durch die Beschränkung von Systemeingabe und -ausgabe auf Standardkomponenten müssen gegenwärtig noch sämtliche Aktionen innerhalb der virtuellen Welt abstrakt angestoßen werden. Die Positionierung der Baugruppe sowie einzelner Bauteile oder die Verwendung von Werkzeugen erfolgt durch Verwendung einer Computermaus.

Abbildung 4: Virtuell zu montierende Baugruppe

Um die Effizienz virtueller Teamausbildung gegenüber herkömmlichen Qualifizierungsmethoden vergleichen zu können, wurden verschiedene Versuchsreihen mit hinsichtlich ihrer Ausbildung unterschiedlichen Mitarbeitergruppen durchgeführt. Hierbei wurden drei Parameter qualitativ bewertet: Qualifizierungskosten und -dauer sowie Ausbildungsqualität.

Es konnte gezeigt werden, dass das realisierte, virtuelle Trainingsbeispiel sowohl zur Einarbeitung neuen Personals wie auch zur kontinuierlichen Aus- und Weiterbildung des bestehenden Mitarbeiterstamms eignet. Herkömmliche und virtuelle Maßnahmen ergänzen sich dabei. Eine völlige Ablösung des Trainings „on-the-job“ wird jedoch als nicht zielführend erachtet, da praktisches Know-how für den Umgang mit Montagewerkzeugen oder sonstigen Hilfsmitteln nicht erlernt werden kann. Die entwickelte Simulationsumgebung eignet sich dagegen gut zur Vermittlung der Handlungsabläufe abgebildeter Arbeitsprozesse.

Durch eine Verbesserung der Verfügbarkeit (zeitlich-räumlich ungebundene Einsetzbarkeit) von Aus- und Weiterbildung mit Hilfe des virtuellen Teamtrainings verspricht man sich eine Reduzierung der Qualifizierungsdauer bei gleichzeitig erhöhter Qualifizierungsqualität. Mit der teilweisen Entlastung der Fertigungs- und Montageabteilungen durch Entkopplung von Qualifizierungsmaßnahmen und produktivem Betrieb wird eine Steigerung der Produktivität prognostiziert.

Bedingt durch den häufigen Produktwechsel variiert der Qualifizierungsbedarf von Fertigung und Montage im Unternehmen z.T. sehr kurzfristig. Die vernetzte Systemarchitektur der realisierten Anwendung erlaubt eine ortsunabhängige Skalierung des Nutzerkreises und könnte nach Ansicht der für Personalplanung und -entwicklung Verantwortlichen ein adäquates Mittel zur Bewältigung zukünftig steigender Bildungsanforderungen darstellen. Gelöst werden könnte dies durch die Etablierung werks- sowie landesübergreifender Teamtrainingsprogramme, womit sich notwendige Qualifizierungsmaßnahmen weiter flexibilisieren und standardisieren lassen. Außerdem vermutet man hinter einer solchen Dezentralisierung der Personalausbildung zusätzliche Kostensenkungspotenziale, bspw. durch die Reduzierung von Reisezeiten und -kosten.

Neben der reinen Nutzung virtueller Teamtrainingsumgebungen zu Ausbildungszwecken wurde ein erhebliches Potenzial im Einsatz solcher Systeme zur Planung und Absicherung von Teamaktivitäten in manuellen sowie halbautomatisierten Prozessen identifiziert.