Vorgehensmodell zur Planung und Evaluierung digitaler Assistenzsysteme in der Montage

Abstract

Durch den Trend stetig wechselnder und kurzzyklischer Arbeitsinhalte in Montage-systemen steigt das Risiko kognitiver Belastungssituationen für den Menschen, welches durch den Einsatz von Assistenzsystemen reduziert wird. Die Integration von digitalen Assistenzsystemen führt zu einem steigenden Digitalisierungs- und Vernetzungsgrad, wodurch digitalen Assistenzsystemen eine zentrale Rolle in zukünftigen Montagesystemen, sogenannten cyber-physischen Montagesystemen, zukommt. Der positive Einfluss digitaler Assistenzsysteme auf die Reduktion kognitiver Belastungen ist in der wissenschaftlichen Literatur vielfach beschrieben worden. Der quantitative Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und Produktivität von Werkern sowie auf das Arbeitssystem der Montage wird hingegen nur ansatzweise verfolgt. Auf ein ganzheitliches Modell zur Planung und Evaluierung digitaler Assistenzsysteme kann gegenwärtig in der Arbeitsvorbereitung nicht zugegriffen werden. Auf Grund der hohen Komplexität der Komponenten digitaler Assistenzsysteme hin zu einem ganzheitlich digitalen Assistenzsystem-Design stellt diese Arbeit die Entwicklung eines Vorgehensmodells zur Planung und Evaluierung digitaler Assistenzsysteme in der Montage dar, welche einer Verbindung von werkerspezifischen, technischen und organisatorischen Anforderungen und Ausprägungen entlang des MTO-Konzeptes in Form von mathematisch beschreibbaren Parametern folgt. Vor diesem Hintergrund werden in dieser Arbeit zunächst aus drei verschiedenen Bereichen (Mensch – Technology – Organisation, MTO-Konzept) zentrale Beschreibungsparameter identifiziert und dahingehend analysiert, auf welche Art und Weise diese Beschreibungsparameter auf der Grundlage von Informationen, welche in frühen Phasen der Montageplanung (mit Schwerpunkt auf die Arbeitsmethodenbeschreibung Methode Time Measurement – MTM) gewonnen werden, ein menschenorientiertes und gleichzeitig produktives digitales Assistenzsystem-Design bestimmbar ist mit dem Ziel, eine quantifizierte Investitionsentscheidungsgrundlage zu finden. Hierzu wird ein mathematisches Framework entwickelt und aufgezeigt, mit dessen Hilfe monetär bewertete Aussagen zur Definition und Festlegung einer Investitionsentscheidung für ein digitales Assistenzsystem getroffen werden. Das Modell wurde unter Laborbedingungen in der TU Wien Pilotfabrik Industrie 4.0 (FFG: Nr. 852105 und Nr. 852103) in Form eines softwarebasierten Proof-of-Concept Demonstrators getestet und im Rahmen des österreichischen Leitprojektes MMAssist II (FFG: Nr. 858623) in mehreren Use Cases in der Praxis validiert.

The trend towards constantly changing and short cycle work tasks in assembly sys-tems increases the risk of cognitive work load of assembly operators, which can be reduced by digital assistance systems. The integration of digital assistance systems fellows an increasing degree of digitalization and connectivity, whereby digital assis-tance systems have a central role in the context of cyber-physical assembly sys-tems. The positive influence of digital assistance systems on the reduction of cogni-tive work load of assembly operators is described in the scientific literature. However, the quantitative influence on productivity of the assembly operators and of the assembly work systems is mentioned in the scientific literature just fundamentally. A holistic and applicable model for planning and evaluating of digital assistance systems is currently not described in the scientific literature. Due to the high complexity of components and different designs of digital assistance systems, this work represents the development of a procedure model for planning and evaluation digital assistance systems with regard to "mixed model assembly systems". Thereby, the model follows a combination of individual operator, technical and organizational requirements – formulated by mathematically describable parameters. In this way, this thesis focused three different domains: Human, Technology and Organization. According to these domains central description parameters are identified according to the state of the art. Hereafter, these description parameters are analyzed in order to figure out how and in which way a quantitative determination is possible based on information, which can be generated in early stages of assembly planning phases. The thesis emphasis work task description information based by motion time systems, method time measurement (MTM), determining a human-oriented and at the same time a productive digital assistance system design, with the objective to identify a qauntitive investment decision. Based on the gained knowledge and results, a set of mathematical rules is developed and described in form of a holistic model. The developed model clarifies, how a quantified and monetary evaluated investment decision for the use and the implementation of a digital assistance can be made. The model was tested under laboratory conditions at the TU Wien Pilot Factory Industry 4.0 (FFG project no. 852105 and FFG project no. 852103) in the form of a software-based proof-of-concept demonstrator and evaluated in practice in several industrial use cases as part of the Austrian lead project MMAssist II (FFG project no. 858623).