TU ChemnitzForschungProjekteeMANIII - Entwicklung eines ganzheitlichen Systems zur Planung der Zusammenarbeit von Maschinen und Menschen in einer industriellen Fertigungsumgebung und Expertensystem zur automatischen Analyse

eMANIII - Entwicklung eines ganzheitlichen Systems zur Planung der Zusammenarbeit von Maschinen und Menschen in einer industriellen Fertigungsumgebung und Expertensystem zur automatischen Analyse

eMANIII - Entwicklung eines ganzheitlichen Systems zur Planung der Zusammenarbeit von Maschinen und Menschen in einer industriellen Fertigungsumgebung und Expertensystem zur automatischen Analyse

Teilthema:

Entwicklung von arbeitswissenschaftlichen Modelierungs- und Bewertungsverfahren für kraftbasierte und wechselnde Belastungen in industriellen Produktionen.

Finanzierung

BMWi/AiF

Projektpartner

imk automotive GmbHdmc-ortimProfessur Graphische Datenverarbeitung und VisualisierungInstitut für Mechatronik e.V.

Projektlaufzeit

März, 2015 bis Mai, 2017

Motivation und Zielstellung


Aktuell bieten digitale Menschmodelle Möglichkeiten zur Bewegungsmodellierung nur durch das aneinanderreihen von Bewegungsbausteinen. Die Bewegungen wirken deshalb häufig „roboterhaft“. Natürliche Abweichungen aus den Bewegungspfaden, durch z.B. Ermüdung, erhöhte Lasten oder natürliche Streuung, werden nicht berücksichtig. Eine Idee diese besser zu berücksichtigen basiert auf der Modellierung von wirkenden Gelenkmomenten.
Im Forschungsprojekt soll deshalb ein arbeitswissenschaftliches Modellierungs- und Bewertungsverfahren für kraftbasierte und wechselnde Belastungen entwickelt werden, welches zur Generierung besserer Bewegungspfade und zur arbeitswissenschaftlichen Auswertung der Prozesse beitragen soll.

Vorgehensweise


  1. Theoretische Vorbetrachtungen zu Faktoren der Belastung, Entwicklung einer ersten Modellierung
  2. Wissenschaftliche Vorbereitung der Laborversuche, Entwicklung des Versuchstandes und Erprobung
  3. Durchführung der Laboruntersuchungen
  4. Entwicklung der physisch-energetischen Verhaltensmodellierung
  5. Modellentwicklung für Ermüdungs- und Erholungsphasen
  6. Entwicklung der automatischen EAWS-Bewertung mit Reporting
Versuchstand zur Untersuchung menschlicher Maximalkräfte und Dauerleistungen
Versuchstand zur Untersuchung menschlicher Maximalkräfte und Dauerleistungen

Ergebnisse


Die Ergebnisse des Projektes beinhalten ein Modell zur Berechnung maximaler Muskelmomente bei quasi-statischen Muskelkontraktionen. Es können damit die maximalen Aktionskräfte durch den Oberarm in beliebiger Gelenkstellung und in beliebige Kraftrichtung berechnet werden. Das Modell wurde an etwa 3600 Messungen an einem Probanden erstellt und anschließend an 366 Messungen mit anderen Ansätzen zur Kraftprognose verglichen. Im Mittel konnten die gemessenen Werte auf 2 % genau wiedergegeben werden, wobei 95 % der Daten in einem maximalen Streubereich von etwa 50 % Unter- bis 50 % Überschätzung liegen. Die mittleren Abweichungen von etwa 20 % sind doppelt so hoch wie die akzeptierten Abweichungen von 10 % bei aufwändigeren standardisierten Kraftmessungen.
Das Projekt liefert dazu eine strukturierte und nachvollziehbare methodische Vorgehensweise, so dass das Modell auch für andere Probanden aufgestellt werden kann.
Durch den Vergleich maximaler Muskelmomente mit wirkenden Muskelmomenten können detailliertere Aussagen über die Beanspruchung eines Menschen durch die Anwendung digitaler Menschmodelle getroffen werden.

Videos


Kraftmodellierung im digitalen Menschmodell

Ansprechpartner


Konferenzbeiträge


Spitzhirn, M. (2017). Erhebung von Nutzeranforderungen an eine digitalisierte EAWS-Auswertung mittels Online-Umfrage. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V. (Hrsg.), Soziotechnische Gestaltung des digitalen Wandels - kreativ, innovativ, sinnhaft, 63. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft. (S. 1-6). Dortmund: GfA-Press.

Kaiser, A.Spitzhirn, M. (2016). Für bessere Ergebnisse in der Batteriemontage. Arbeitsplatzgestaltung und Ablaufplanung mit ema auf den Punkt gebracht. ema Anwenderforum, Tagungsband imk industrial competence (IIC).
21.09.2016 bis 22.09.2016
, Leipzig (S. ).

Kaiser, A. Spitzhirn, M. Dittrich, F. Bullinger, A.C. (2016). Gelenkwinkelabhängige Kraftmodellierung für den Einsatz in digitalen Menschmodellen . Untersuchung der unabhängigen Variablen zur Erzeugung multivariater Gelenkmomentpolynome am Beispiel der Ellbogen-Flexion und -Extension. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e.V. (Hrsg.), Arbeiten in komplexen Systemen - Digital, vernetzt, human?!, 62. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft. (S. ). Dortmund: GfA-Press.

Kaiser, A. Wimmer, P. Bullinger, A. C. (2015). Gelenkwinkelabhängige Untersuchung von Maximalkraft und Dauerleistung zur Definition ergonomisch effizienter Arbeitsbereiche im digitalen Menschmodell. Tagungsband 61. Frühjahrskongress der GfA.
25.02.2015 bis 27.02.2015
, Karlsruhe (S. ).

Buchbeiträge


Kaiser, A.Spitzhirn, M.Bullinger, A. C. (2016). Joint Angle Depending Representation of Maximum Forces in Digital Human Models. Investigating Multivariate Joint-Torque Polynomials for Elbow Flexion and Elbow Extension. In: Schlick et al. (Hrsg.), Advances in Ergonomic Design of Systems, Products and Processes (S. 349-366). Berlin Heidelberg: Springer. ISSN 978-3-662-53304-8