Entwicklung eines Vorgehensmodells zur automatisierten Informationsversorgung visueller Werkerführungssysteme

Abstract

Der Wandel von der Massen- zur kundenorientierten Produktion impliziert unter anderem eine steigende Anzahl von Varianten und kleinere Losgrößen. Eine hohe Komplexität von Montageprozessen in Kombination mit der Forderung, kleinste Losgrößen wettbewerbsfähig zu produzieren, schließt eine vollständige Automatisierung von Montageabläufen aus. Damit manuell geprägte Montageschritte von Mitarbeitenden sowohl effizient als auch mit einer hohen Qualität ausgeführt werden, sind diese in standardisierten Arbeitsanweisungen dokumentiert.Während papierbasierte Arbeitsanweisungen in der Montage auf Grund Ihrer gedruckten Form nicht mehr die geforderte Flexibilität sowie Aktualität aufweisen, werden Mitarbeitende durch visuelle Werkerführungssysteme bei der Durchführung der Montageaufgaben unterstützt. Die ausgegebenen Informationen liegen in Form von Texten, Bildern, Videos, virtuellen 3D-Objekten oder binären Lichtsignalen vor und werden noch vor der Durchführung des Montageprozesses erstellt und in die Speichermedien der einzelnen Werkerführungssysteme übertragen. Dieser Vorbereitungsprozess ist zeitaufwendig und erfordert ein ausgeprägtes Spezialwissen in Programmierung und CAD-Modellierung. Im wissenschaftlichen Kontext wird von einer Vielzahl von Experten auf diesen Sachverhalt hingewiesen. Einzelne Methoden zur Lösung des Problems werden in aktuellen Entwicklungen und Veröffentlichungen aufgezeigt, es fehlt jedoch ein durchgängiger Ansatz mit hohem Automatisierungsgrad.In vorliegender Dissertationsschrift wird ein ganzheitliches Vorgehensmodell zur automatisierten Informationsversorgung visueller Werkerführungssysteme entwickelt, als softwarebasierter Prototyp implementiert und hinsichtlich Auswirkungen auf Effektivität sowie Effizienz des Arbeitsvorbereitungsprozesses untersucht. Darüber hinaus werden systematisch Effekte von einzelnen Automatisierungsmöglichkeiten hinsichtlich der erwirkten Zeiteinsparung im Informationsversorgungsprozess visueller Werkerführungssysteme quantifiziert.Durch die Anwendung des entwickelten Vorgehensmodells und Automatisierung von Teilprozessen wurde in untersuchten Anwendungsfällen eine signifikante Reduktion von erforderlichen benötigten Arbeitsvorbereitungsaufwände um bis zu 90% gemessen, wodurch visuelle Werkerführungssysteme auch bei kleinsten Losgrößen und hochvarianten Produkten wirtschaftlich einsetzbar werden.

Digitization and demographic change present enormous challenges for production companies. The trend from mass- to customer-oriented production implies an increasing number of variants and smaller lot sizes. The high complexity of assembly processes in combination with the requirement to be able to competitively produce smallest lot sizes precludes complete mechanic automation of assembly. Increased complexity of assembly processes leads to increasing cognitive load on human assembly operators and thus favors the occurrence of quality defects and an increase of the required assembly time. To ensure that these manual work processes can be carried out by employees both efficiently and with a high level of quality, they are documented in standardized work instructions.While paper-based work instructions no longer have the required flexibility, employees can be assisted by visual worker guidance systems to perform the assembly tasks with the desired quality. The output information of these systems may be in the form of texts, images, videos, 3D virtual objects or simple light signals and must be prepared and created in advance of production and transferred to the databases of the individual worker guidance systems. This preparation process is very time consuming and usually requires a lot of specialized knowledge in programming and CAD modelling. In scientific context, this problem is pointed out by various experts. Individual methods to mitigate the problem are highlighted in recent developments and publications, but no holistic and consistent approach has been presented so far.In course of this dissertation, a process model for an automated provision of information for visual worker guidance systems will be developed, implemented as a software-based prototype and evaluated with regard to the impact on effectiveness and efficiency of the work preparation process. In addition, the effects of the automation possibilities in the information supply process of visual worker guidance systems shall be systematically quantified.Due to the planned automation of sub-processes, in studied use cases a significant reduction of up to 90% of the required work preparation effort is possible, where by these visual worker guidance systems can be used economically even at smallest batch sizes and highly variant products.