Softwarebasierte Evaluierung menschlicher Arbeit in der industriellen Baustellenmontage

Abstract

Mit der zunehmenden Digitalisierung und dem Voranschreiten des demographischen Wandels ist es nötig den Aspekten der individuellen Arbeitsplatzgestaltung besondere Beachtung zu schenken. Mit virtuellen Werkzeugen können daher ganze Fabriken dargestellt werden, um so die Arbeitsabläufe zu planen, kontrollieren und zu adaptieren. Darüber hinaus können mit diesen virtuellen Werkzeugen einzelne Arbeitsplätze simuliert und mit diversen Bewertungsmethoden analysiert werden. Ziel dieser Arbeit ist es zu bestimmen, welches Softwarepaket zur Evaluierung menschlicher Arbeit in der industriellen Baustellenmontage, anhand von ergonomischen und wirtschaftlichen Parametern, bessere Ergebnisse liefert. Dies soll den Einsatz von virtuellen Arbeitsplatzanalysen in Zukunft rechtfertigen.Als Grundlage dient eine Videoaufnahme des realen Arbeitsplatzes, welche einen Laminierungsprozess einer Flugzeugtriebwerkhalbschale zeigt. Dieser Prozess wurde zum einen in Siemens Tecnomatix – Process Simulate und zum anderen in EMA Work Designer (imk automotive) nachmodelliert. Zuerst bildet ein Referenzmodell mit einem identischen Digitalen Menschmodell die Basis für das weitere Vorgehen. Da bereits in diesem Vergleich zwischen beider Softwarepakete und realem Versuch ein hohes ergonomisches Risiko auftritt, wurde die Datenlage durch die Simulation mit je zwei weiteren Digitalen Menschmodellen erweitert. Während die ökonomischen Parameter wie Laufwege, Prozesszeit und Verschwendung sich als sehr brauchbar herausstellten, kam es bei der Betrachtung aus ergonomischer Sicht zu Schwierigkeiten bezüglich der Erreichbarkeit. Daraufhin wurde ein überarbeitetes Konzept des Arbeitsplatzes entwickelt. Diese Überarbeitung stellt sicher, dass ein Werker jeglicher Körpergröße den Laminierungsprozess ohne ergonomisches Risiko vollziehen kann. Die Bewertung der Ergonomie eines Softwarepaketes liefert eine sehr große Übereinstimmung mit der Bewertung des realen Versuches.Ohne der Betrachtung mit virtuellen Instrumenten wäre die unzureichende Erreichbarkeit und vor allem die hohen ergonomischen Belastungen dieses use cases nicht beachtet worden. Die Validität der Bewertung der Ergonomie ist zumindest bei einem Softwarepaket gegeben. Dies erlaubt es aus einer diskretisierten, manuellen Bewertungsmethode eine kontinuierliche Bewertung bereitzustellen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, um über einen gesamten Prozess Kenntnis über die Ergonomie zu erlangen. Weiters kann eine Simulation mit verschiedenen anthropometrischen Variablen durchgeführt werden, was eine Individualisierung des Arbeitsplatzes in Aussicht stellen kann. Fraglich bleibt, wie die Gelenkstellungen und kinematischen Zusammenhänge des Individuums das Ergebnis beeinflussen. Diese Beurteilung obliegt den Toleranzen der eingesetzten Bewertungsmethode.

The ways of increasing digitalization and the progress of the demographic change leads to develop working areas, which are adaptive concerning the individual needs and parametric of the worker. With virtual tools it is possible to illustrate whole factories for planning, controlling and adapting the workflow. Moreover, these virtual tools are capable to simulate single workstations and analyze them with evaluation methods. The aim of this work is to determine, which software package is more suitable for evaluating human work in the industrial site assembly, concerning ergonomic and economic characteristics. This should justify the application of virtual workplace analyses in the future.A video recording of the real workplace serves as a basis, which shows the laminating process of the half-shell from a jet-propulsion engine. This process was simulated on the one hand with Siemens Tecnomatix – Process Simulate and on the other hand with EMA Work Designer (imk automotive). At first a referencing model with the identical digital human model from every software, serves as base for further actions. Even in the first comparison between the two software packages and the real experiment, high ergonomic risks occurred. Therefore, the amount of data was extended with two different digital human models for each software package. Whereas the economic parameters like covered distance, process time and wastage are convenient, the view on the ergonomic aspects show difficulties concerning reachability. Subsequently, a revised concept of the workplace was developed. The revision ensures, that every worker with any height can execute the laminating process without any ergonomic risk. The evaluation concerning ergonomic aspects of the software packages yields high evidence with the ergonomic evaluation of the real experiment.Without the consideration by virtual tools an insufficient reachability and especially the high ergonomic loads in this use case would be neglected. At least one software package provides validity on evaluation of the ergonomic aspects. Which allows the user to create continuous evaluation from a discretized and manual evaluation. This opens new opportunities to gain knowledge throughout the whole process. Furthermore, the simulation can be executed with different anthropometrical variables. The question of the influence from joints and the kinematic coherence between every individuum on the evaluation remains. This assessment is subject to the tolerances of the evaluation method which is used.