Vorgehensmodell zur Auswahl von Exoskeletten für den Einsatz in Produktion und Logistik

Abstract

Der demografische Wandel stellt produzierende Unternehmen in Europa vor zentrale Herausforderungen in der Arbeitsgestaltung. Einer zunehmend älter werdenden Belegschaft steht eine immer geringer werdende Anzahl junger Erwerbstätiger gegenüber. Um Mitarbeiter langfristig im Unternehmen zu halten, ist die gesundheitsschonende Gestaltung der Arbeitstätigkeiten unabdingbar. Die mittel- bis langfristigen Automatisierungspotenziale stehen bei der Bewältigung der unmittelbaren Auswirkungen des demografischen Wandels nicht im Vordergrund. Vielmehr werden technische Assistenzsysteme der alternden Arbeitsgesellschaft als Unterstützung beiseite stehen. Sie bieten die Möglichkeit, Arbeitsplätze ergonomischer zu gestalten und körperliche Belastungen der Arbeitnehmer zu reduzieren. Insbesondere der Einsatz der am Körper getragenen Exoskelette stellt eine effektive Maßnahme zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen dar. Aufgrund der Komplexität dieses Assistenzsystems, sowie der sich aus dem Aufbau und der Anwendung von Exoskeletten ergebenden Variantenvielfalt, ergeben sich Schwierigkeiten in Bezug auf die Auswahl passender Exoskelette für den jeweiligen Anwendungsfall. In der vorliegenden Arbeit wird ein Vorgehensmodell entwickelt, welches zur Unterstützung von Produktions- und Logistikunternehmen bei der Auswahl eines zu ihrem Anwendungsfall passenden Exoskeletts anwendungsgerechte Verwendung findet. Das Modell besteht aus der systematischen Verknüpfung von Methoden zur Arbeitsablaufanalyse und Ermittlung objektiv vorhandener, physischer Arbeitsbelastungen mit den Ergebnissen einer umfangreichen Marktanalyse zum aktuellen Stand der Technik von Exoskeletten und deren Morphologie. Zur Validierung des Vorgehensmodells dienen zwei, in der TU Wien Pilotfabrik aufgebaute Use-Cases in den Bereichen Montage und Logistik. Mit Hilfe des Modells können für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Exoskelette identifiziert werden. Nach Durchführung der Use-Cases durch Studierende aus dem Ingenieursbereich folgt eine Anwenderbefragung mittels einer quantitativen Usability Analyse auf Basis des System Usability Scale Fragebogens. Die eingesetzten Exoskelette wurden von den Probanden als gut geeignet empfunden und bieten die, für die Arbeitsausführung nötige, Unterstützung. Durch den Einsatz des Assistenzsystems wird die Arbeitsdauer nicht erhöht. Alle Testpersonen geben an, dass sie das Exoskelett während ihrer Arbeitstätigkeit regelmäßig benutzen würden. Aufgrund des entwickelten Vorgehensmodells war es sohin möglich die passenden Exoskelette für den jeweiligen Use-Case zu bestimmen.

Demographic change is confronting manufacturing companies in Austria with central challenges in work organization. An increasingly aging population of employees is confronted with an ever-decreasing number of young workers. In order to keep employees in the company in the long term, it is essential that work activities are organized in a way that protects their health. The medium to long-term automation potential is not the main focus when dealing with the direct effects of demographic change. Rather, technical assistance systems will be available to support the aging work society. They offer the possibility of making workplaces more ergonomic and reducing physical stress on employees. In particular, the use of the novel exoskeletons worn on the body is an effective measure to improve working conditions. Due to the complexity of this assistance system, as well as the variety of variants resulting from the construction and application of exoskeletons, difficulties arise in the selection of suitable exoskeletons for the respective application. In this thesis a process model is developed, which is used to support Austrian companies in the selection of an exoskeleton suitable for their application. The model consists of the systematic combination of methods for workflow analysis and determination of objectively existing, physical workloads with the results of an extensive market analysis of the current state of the art of exoskeletons and their morphology. For the validation of the procedure model two use cases in the areas of assembly and logistics, which were built up in the TU Vienna pilot factory, are used. With the help of the model, suitable exoskeletons can be identified for the respective application case. After the implementation of the use cases by students from the engineering sector, a user survey follows by means of a quantitative usability analysis based on the System Usability Scale questionnaire. The exoskeletons used were found to be well suited by the test persons and offer the necessary support for the work execution. The use of the assistance system does not increase the work duration. All test persons state that they would use the exoskeleton regularly during their work activity. Due to the developed selection model it was possible to determine the appropriate exoskeletons for the respective use case.