Simulationsbasierte Gestaltung und Modellierung einer Abfüllstation in der chemischen Produktion

Abstract

Das Thema Assistenzsysteme in der Produktion ist in den letzten Jahren mehr in den Fokus vieler Firmen gerückt. Damit eng verbunden ist das ergonomische Arbeitsumfeld der MitarbeiterInnen. Es gibt Möglichkeiten einer digitalen Simulation menschlicher Arbeit. Mit solchen Programmen können vor der Umsetzung eines Projekts die ergonomische Belastung, die Prozesszeiten und Arbeitsreihenfolgen ermittelt werden.Ziel dieser Arbeit ist es, die theoretischen Grundlagen zu den Themen Ergonomie und Assistenzsystemen zu erarbeiten und diese anhand eines praktischen Beispiels anzuwenden. Hierfür wurde der Abfüllprozess der Chemiefirma DIC Performance Resins GmbH gewählt. Anfangs werden der Themenkomplex und die Notwendigkeit dieser Arbeit vorgestellt, genauso wie die zugrunde liegende Methode. Anschließend folgt die Präsentation der theoretischen Grundlagen in Bezug auf digitale Simulation und Arbeit, Assistenzsysteme in der Produktion, Mensch-Robotik-Kollaboration und den Stand der Technik in der Chemieindustrie. Der Arbeitsplatz wird modelliert, simuliert und bewertet. Am Anfang wird auf den Ist-Zustand eingegangen, bevor die Ausarbeitung von Konzepten im Mittelpunkt steht, um die derzeitige Situation zu verbessern. Abschließend folgt die Ausarbeitung der geeignetsten Variante. Eine finale Diskussion der Resultate und ein Ausblick auf weiterführende Forschungsansätze finden im letzten Kapitel statt.Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine Übersicht der vorhandenen Assistenzsysteme mit einer Analyse deren Vor- und Nachteile und des Einsatzes in einer explosionsfähigen Atmosphäre (Ex-Bereich). Bei der Ausarbeitung des praktischen Beispiels wurde erkannt, dass die Simulation eines Exoskeletts oder eines biegeschlaffen Körpers derzeit nicht möglich ist. Des Weiteren wurde anhand der Bewertung der ausgearbeiteten Konzepte ersichtlich, dass eine vollautomatisierte Anlage nicht die geeignetste Wahl darstellt, da die Flexibilität verloren geht. Die Ausarbeitung des Konzeptes zeigte, dass die Umstellung von einer komplett manuellen Arbeitsweise auf eine teilautomatisierte Anlage eine ergonomische und finanzielle Erleichterung darstellt. Durch die finanzielle Bewertung des Konzeptes ist zu erkennen, dass sich diese Investition binnen 2,57 Jahren rechnen wird.In dieser Arbeit wird somit ein Überblick über die derzeitigen Hürden der digitalen Simulation und den Einsatz von Assistenzsystemen in der chemischen Industrie gegeben. Diese Hindernisse werden mithilfe eines praktischen Beispiels verdeutlicht.

In recent years, the topic of assistance systems in production has become more important for many companies, and the ergonomics of employees are closely related to this topic. There is the possibility of conducting digital simulations of human work, through which the ergonomic load, process times and work sequences can be addressed before the implementation of a project.The aim of this work is to provide an overview of the theoretical principles in the topics of ergonomics and assistance systems and to apply these principles using a practical example the filling process of the chemical company DIC Performance Resins GmbH. At the beginning, the complexity of the topics, the necessity of this work, and the underlying methodology are discussed. This is followed by a presentation of the theoretical foundations in relation to digital simulation and work, assistance systems in production, human-robotic collaboration and the state of the art in the chemical industry. Subsequently, modelling, simulation and evaluation of the workplace are presented. At the beginning, the current state of the workplace is addressed. The next step is the elaboration of concepts to improve the current situation. Finally, the most suitable variant is determined. A final discussion of the results and an outlook regarding the future are provided in the last chapter.The results of this work include an overview of the existing assistance systems, an analysis of their advantages and disadvantages and an analysis of their use in a potentially explosive atmosphere (Ex area). Through the elaboration of the practical example, it was found that the simulation of an exoskeleton or a flexible body is currently not possible. Furthermore, the evaluation of the elaborated concepts showed that a fully automated system is not the most suitable choice because flexibility is lost. The elaboration of the concept also demonstrated that changing from a completely manual mode of operation to a partially automated system would be ergonomically and financially beneficial. The financial analysis of the concept shows that this investment would pay for itself within 2.57 years.Overall, this paper gives an overview of the current obstacles to digital simulation and the use of assistance systems in the chemical industry. These obstacles are illustrated using a practical example.