Entwicklung und Untersuchung eines Konzepts zur interaktiven Erhebung von Arbeitsprozessen

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1 EntwicklungundUntersuchungeinesKonzepts zurinteraktivenerhebungvonarbeitsprozessen vorgelegtvon DanielFeiser,geb.Ley,M.A. geb.inbadneuenahr VonderFakultätV VerkehrsundMaschinensysteme dertechnischenuniversitätberlin zurerlangungdesakademischengrades DoktorderPhilosophie Dr.phil. genehmigtedissertation. Promotionsausschuss: Vorsitzender: Prof.Dr.ManfredThüring Gutachter: Prof.Dr.Ing.MatthiasRötting Gutachter: Prof.Dr.Ing.ChristopherM.Schlick Gutachter: Prof.Dr.Ing.FrankO.Flemisch TagderwissenschaftlichenAussprache:28.September2015 Berlin2015

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3 Industrial Engineering and Ergonomics Band 19 Daniel Feiser Entwicklung und Untersuchung eines Konzepts zur interaktiven Erhebung von Arbeitsprozessen D 83 (Diss. TU Berlin) Shaker Verlag Aachen 2015

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2015 Copyright Shaker Verlag 2015 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

5 Danksagung Die Betreuung der Promotion übernahmen zielgerichtet und motivierend Prof. Dr.Ing. Matthias Rötting, Prof. Dr.Ing. Christopher M. Schlick sowie Prof. Dr.Ing. Frank O. Flemisch.Prof.Dr.ManfredThüringübernahmdenVorsitzdesPromotionsausschusses. Fachlich wurde ich unermüdlich von Prof. Dr.Ing. Bernhard Döring in zahlreichen DiskussionenundvonDipl.Inf.(FH)AlbertBaumhauerdurchdieImplementierungdesPI SystemsundvieleGesprächeunterstützt.Dr.Ing.AlexanderNielenunterstütztepersönlich und durch die von ihm geleisteten Vorarbeiten zu Prozessanalysen. Bei der UntersuchungsplanungwarmirvorallemDipl.Psych.JessicaSchwarzeineguteRatgeberin unddarüberhinausdipl.ing.jessicaconradiunddr.phil.heinowiddel. Organisatorische Unterstützung erhielt ich von meiner Abteilungsleiterin, Dipl.Ing. AnnetteKaster,undmeinemForschungsgruppenleiter,Dipl.Ing.FlorianMotz.DieAkquise von Untersuchungsteilnehmer(inn)en ermöglichte Prof. Dr. Peter Kaul, unterstützt von Christopher Becher, der Hochschule BonnRheinSieg. Bei der Beschaffung von Literatur warenfrankjezewskiunduteflottmannstetsbehilflich.prof.dr.ulrichschadesetztesich ineinerherausforderndenphasefürdaspromotionsprojektein. Moralische Unterstützung erhielt ich von weiteren Kolleg(inn)en und Freund(inn)en. Zu nennen sind hier vor allem Sandra Berger, Dipl.Math. Elena Dalinger, PhD Eric Holder, Dr.phil.HimehHoroufchin,LaurentKam,FrancoisKruger,Dr.Ing.JanA.Neuhöfer,Daniel Schimikowski,M.Sc.Comp.Sc.EnricoTappertundDr.med.dent.MatthiasWauer. Verständnis für die wenige gemeinsame Freizeit besaß vor allem meine Familie: Meine Mutter,RoselLey,meineSchwester,MelanieCoels,meineNichte,RosalieFranssinaCoels, meinegroßmutter,marthaley,meineschwester,sonaley,undmeinvater,albrechtley. ZurfamilienseitigenUnterstützungzähleninzwischenauchProf.Dr.Ing.JohannesFeiser, Marion Feiser, Dr. med. Judith Feiser, Torsten Stahl sowie Lotte, Emma und Markus Kaußen. Unermüdlich erfuhr ich Verständnis, Unterstützung und Motivation von meiner Frau,Dr.phil.HannaSophieFeiser. AllenmeinherzlichstesDankeschön! I DanielFeiser,geb.Ley,imOktober2015

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7 Vorwort Die Analyse, Modellierung und kontinuierliche Optimierung von Arbeitsprozessen in Entwicklung, Produktion und Service wird für Unternehmen immer wichtiger, um im globalen Wettbewerb erfolgreich bestehen zu können. Mittlerweile stehen ausdrucksstarke und erwartungskonforme graphische Modellierungsmethoden zur Verfügung. Während große Unternehmen häufig auf qualifizierte Analysten zugreifen können, übertragen kleine und mittelständische Unternehmen die Prozessanalyse aus KostengründenoftmalsaufnuringeringemUmfanggeschultePersonen.Grundsätzlichist daher eine werkzeugseitige Unterstützung bei der Überführung von Prozessdaten in Prozessmodelle wünschenswert. Doch nicht nur die fehlende Methodenkompetenz, sondernauchdievielzahlverfügbarermodellierungssprachenundwerkzeugestellteine Herausforderung für nicht vollumfänglich ausgebildete Analysten dar. Beim Einsatz qualifizierter externer Analysten hingegen ergibt sich eine zeit und somit kosten aufwändige Einarbeitung in die betreffende Arbeitsdomäne. Weitere Herausforderungen sind die unterschiedlichen Perspektiven auf Arbeitsprozesse durch einerseits Prozess experten, die das für die Analyse notwendige prozedurale Wissen besitzen, und andererseits Prozessanalysten, die über das für eine Analyse notwendige konzeptionelle Wissen verfügen, sowie das Auftreten sozialpsychologischer Methodenartefakte vor alleminderphasederprozessdatenerhebung. DieseundweitereHerausforderungenbildendenAusgangspunktdervorliegendenArbeit. Darin wird ein Konzept zur Software unterstützten Erhebung und Modellierung von Arbeitsprozessen entwickelt und untersucht, das den identifizierten Problemstellungen entgegenwirkensoll.beiderkonzeptionwerdendiegütekriterienobjektivität,reliabilität, Validität und Utilität berücksichtigt. Das prototypisch umgesetzte SoftwareSystem Process Interviewer (PISystem) wird in einer empirischen Untersuchung mit einer herkömmlichen, manuellen Methode (mittels Whiteboard und Schablonen) hinsichtlich der menschlichen Leistung, Zuverlässigkeit und mentalen Beanspruchung verglichen. Im Ergebniskannfestgehaltenwerden,dassdieModellierungmitdemPISystemVorteileim Vergleich zur manuellen Modellierung bietet und bis auf eine Ausnahme qualitativ mindestens gleichwertige Prozessmodelle entstehen. Aufgrund dieser Untersuchungs ergebnisse kann das Konzept des PISystems als tragfähig bezeichnet werden. Neben anschließend aufgezeigten Verbesserungsvorschlägen und Einsatzmöglichkeiten des PI III

8 SystemswirdauchKritikanderangewendetenErhebungsmethodikgeübt.Diesefließtin FormvonVorschlägenmöglicherzukünftigerForschungsarbeitenein. ChristopherM.Schlick IV

9 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Ausgangssituation Problemstellungen Zielsetzungen Vorgehensweise Grundlagen SystemundorganisationstheoretischerHintergrund SystemtheoretischeundanalytischeGrundlagen ArbeitssystemnachSchlicketal.(2010) GrundlagenderOrganisationslehrenachKosiol(1962)...17 AufgabenalsInputOutputSystemenachFerstl&Sinz(2008) TerminologiezurModellierungvonProzessen Prozess Modellierungskontext...30 Modellierungsmethode...32 Erhebungsmethode...34 Modellierungssprache...35 Modellierungswerkzeug...38 Prozessmodell MethodenzurDatenerhebung Methodenüberblick Interviews Fragebogen Beobachtungen Workshops Dokumentenanalysen Protokolle Messverfahren...55 V

10 2.4 SprachenzurProzessmodellierung BusinessProcessModelandNotation(BPMN) EreignisgesteuerteProzessketten(EPK) Koordination Kooperation Kommunikation(K3) UnifiedModelingLanguage(UML) SoftwareWerkzeugezurProzessmodellierung KonzeptEntwicklung EntwicklungeinerMethodezurProzessklassifizierung ZielsetzungundVorgehen InterneMerkmaleundihreAusprägungen ExterneMerkmaleundihreAusprägungen ExemplarischeAnwendungderProzessscheibe SpezifizierungvonProzessenfürdasPISystem EntwicklungeinesArbeitssystemMetamodells SpezifizierungdesNutzungskontexts BeschreibungderBenutzer BeschreibungderArbeitsaufgabe BeschreibungderArbeitsmittel BeschreibungderUmgebung ErarbeitungeinesVorgehenszurProzesserhebung Prozessdekomposition KonzeptzurProzesserhebungmitdemPISystem BegrenzungderArbeitsschrittDekomposition AuflösungverschachtelterXORStrukturen ErhebungparallelerArbeitsschritteeinesExperten ZurMotivationdesPISystemBenutzers ErmittlungvonInformationsanforderungen Methodenvergleichundabgrenzung VergleichzuundAbgrenzungvonDatenerhebungsmethoden VergleichzuundAbgrenzungvonModellierungswerkzeugen VI

11 4 SystemEntwicklung Datenstruktur DatenklassenzurProzessstruktur SonstigeDatenklassen Ablaufstruktur FestsetzungderBefragungsschritte EntwicklungdesProgrammablaufplans Prozessvisualisierung Prozesselementeundkomponenten KombinationvonProzesselementenundkomponenten ErgonomischeGestaltungdergraphischenBenutzungsschnittstellen GebrauchstauglichkeitalsGestaltungsanforderung GestaltungderBenutzungsschnittstellezurProzessstrukturierung EmpirischeUntersuchungen Planung VorarbeitenvonFettke(2009a)undNielen(2014) BegriffsdefinitionundOperationalisierung Modellierungssprache Modellierungsbeispiel FragebogenundTests Fehlerklassifikation Modellierungsaufgabe Hypothesen Versuchsaufbau Stichprobe Versuchsablauf Ergebnisse Eingangsvoraussetzungen ErgebnissezuH1:Bearbeitungsdauer ErgebnissezuH2:Auslassungsfehler ErgebnissezuH3:Ausführungsfehler ErgebnissezuH4:Labelqualität ErgebnissezuH5:SubjektiveBeanspruchung ErgebnissezumAbschlussfragebogen VII

12 5.3 Diskussion BeantwortungderForschungsfragen KritikanderUntersuchung SystemVerbesserungsvorschläge EinsatzmöglichkeitenundAnwendungsbeispiel ZusammenfassungundAusblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang A. Informationsanforderungen B. Untersuchungszweckundablauf C. Einverständniserklärung D. DefinitionenvonGrundbegriffenundGeniproxima E. OperationaleDefinitionen F. HilfestellungenzurModellierung G. AufgabenzurProzessmodellierung H. Referenzprozesse I. BefragungsschritteundzuerhebendeDaten J. AnwerbungvonUntersuchungsteilnehmerInnen K. BerechnungoptimalerStichprobengrößen L. Untersuchungsablauf M. ErgebnissezudenqualitativenFragendesAbschlussfragebogens VIII