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1. aufrecht mit R ckenst tze ag leicht nach vorne oder Arme auf ber Schulterh he Brust oder Seite Arme ber Kopf A l Mi nie 06 45 63 105 115 gt 13 Ii nee 46i 105 15 3s i0 Me S E D lekti lt 10 m ie 15 stark 25 exiem 30 k mpemah bo FRIW 0 RW Am gestreckt gt gt Achtung Max Zeitdauer Taktzeit bzw Haltung E Zeilen 1 16 Dauer der T tigkeit oder 100 EAWS_V1 32c_de_20090731 doc IAD 2009 Seite 2 von 4 Anlagen 178 European Assembly Worksheet V 1 3 2c de Aktionskr fte pro Minute Schicht et Dauer oder Anzahl x Krafiniveau E Dauer oder Anzahl x Krafiniveau E k rperkr fte 2 E 1G Fai 13 Fras Kr fte Fmax P15 f r Planungs bzw P40 f r rn ans geschlechtsneutrale Analysen N MEJE A i Y l Hi E i s 4 1 Rg jit wa Hasia pi H3 ca hi rc A j Pr 2 zn a TUT p TEDE a m Ur uf SEE Fe E rn g M Fr Kapersumme B SENE ua rm tnesbene a g a ia T a Daten aus kraal ng smiti Pig ne Pis mi Montagespezifischer Kraftatas no Wakula Berg Schaub Glitsch Ellegast 2008 au PTE Ver ffentlichung in Vorbereitung Ta TEJE Daten k nnen sich bis zum endg ltigen Projektab JL am ss des Montagespezifischen Kraftallas ndem Bing prp Achtung Max Punktzahlen Zeile 17 350 Pkt Zeile 18 500 Achtung We
2. 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 61 3 1 1 Die komplexe technologische Verrichtung Komplexe technologische Verrichtungen sind Planungselemente welche der blichen Gedankenwelt des Planers entsprechen und jeweils fest definierte Arbeitsumf nge umfassen die mit einer Grundmenge an Parametern ausgestattet sind Anhand der Parameterbelegung lassen sich die notwendige Vorgabezeit planm ige Dauer wie auch die technisch und humanmotorisch korrekten 3D Visualisierungsinformationen beschreiben Typische Verrichtungen sind etwa e Werkst ck aus Beh lter entnehmen und in Vorrichtung einlegen e Bauteil mit n Schrauben an Werkst ck montieren oder e in das Fahrzeug einsteigen Die in Abbildung 16 dargestellte Szene zeigt die Verrichtung Setzen Schwei naht Minimal notwendige Parameter f r die eindeutige Beschreibung sind e Der Werker also das Menschmodell f r die Ausf hrung der Verrichtung e das Bauteil einschlie lich der Schwei naht als Konstruktionselement in Verbindung mit der Schwei richtung sowie e das zu verwendende Werkzeug Abbildung 16 Virtuelle Szene Setzen Schwei naht an Teil auf Tisch Leidholdt amp Bauer 2009 Die Verrichtung beinhaltet einen der technologischen Aufgabe immanenten Bewegungsablauf in diesem Fall das Zuf hren der Schwei pistole zum Werkst ck des Bewegen entlang der zu f genden Schwei naht und das Absetzen des We
3. Die digitale Fabrikplanung bringt vielf ltige Vorteile mit sich so unterst tzt sie etwa die Parallelisierung von Arbeitsschritten was zu einer schnelleren Produkteinf hrung f hrt Die Aufwandsverschiebung in fr he Planungsphasen das sog Frontloading erm glicht eine aufwandsarme Bewertung von Gestaltungsvarianten Bracht Geckler amp Wenzel 2011 In Studien konnten Nutzenpotentiale in Zeit Qualit t und Kosten quantifiziert werden Abbildung 7 Der gr te Nutzen ist dabei die Erh hung der Planungsqualit t welche sich durch eine Reduzierung von Planungsfehlern um bis zu 70 im Gegensatz zu konventioneller Planung ohne Unterst tzung der digitalen Fabrik zeigt Dies spiegelt sich auch in reduzierten Kosten wieder so lassen sich etwa Investitionskosten um bis zu 10 reduzieren Reduzierung Reduzierung Reduzierung Steigerung Produkt Reduzierung Reduzierung Planungsfehler Planungszeit Anderungskosten Anlagenreifegrad Investitionskosten Herstellkosten 70 30 15 12 10 Abbildung 7 Nutzenpotentiale der Digitalen Fabrik Bracht amp Spillner 2009 Der Einsatzbereich der Digitalen Fabrik umfasst die vier Bereiche Produktentwicklung Fabrik und Produktionsplanung Inbetriebnahme und Anlauf der Produktion sowie Produktionsbetrieb und Auftragsmanagement K hn 2006 Die wohl wichtigste Anwendung ist die Simulationstechnik denn sie erlaubt es kosteng nstig gefahrlos und mit geringem Aufwand wichtige Erkenntnis
4. Evolution of the PDCA Cycle Abgerufen am 4 April 2012 von http pkpinc com files NAO1_Moen_Norman_fullpaper pdf Morr D R Wiechel J F amp Metzler S A 2009 Instrumentation in Support of Dynamic Digital Human Modeling In V G Duffy Handbook of Digital Human Modeling Research for Applied Ergonomics and Human Factors Engineering S 33 1 33 34 Boca Raton CRC Press Motus D 2009 Referenzmodell f r die Montageplanung in der Automobilindustrie Dissertation M nchen Herbert Utz Verlag M hlstedt J 2011 Entwicklung eines Modells dynamisch muskul rer Arbeitsbeanspruchungen auf Basis digitaler Menschmodelle Dissertation Chemnitz Universit tsverlag Chemnitz M nhlstedt J amp Spanner Ulmer B 2009 Homo Sapiens Digitalis ber den Praxiseinsatz digitaler Menschmodelle In A Lichtenstein C St el amp C Clemens 8 Berliner Werkstatt Mensch Maschine Systeme S 7 8 D sseldorf VDI Verlag M hlstedt J Kau ler H amp Spanner Ulmer B 2008 Programme in Menschengestalt Digitale Menschmodelle f r CAx und PLM Systeme Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 02 2008 S 79 86 N ser P 2007 Methode zur Entwicklung und kontinuierlichen Verbesserung des Anlaufmanagements komplexer Montagesysteme Dissertation Chemnitz Wissenschaftliche Schriftenreihe des Institutes f r Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Naumann A amp Israel J H 2006 Potenzial der Anwendung von VR
5. Interaktionstechniken im Usability Testing MMI Interaktiv 11 S 85 97 Nitsch J R 1986 Zur handlungstheoretischen Grundlegung der Sportpsychologie In H G bler amp J R Nitsch Einf hrung in die Sportpsychologie Teil 1 Grundthemen S 188 270 Schorndorf Verlag Karl Hofmann Ohno T 1993 Das Toyota Produktionssystem Frankfurt am Main Campus Pahl G Beitz W Feldhusen J amp Grote K H 2004 Konstruktionslehre Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Springer Park W 2003 Memory based Human Motion simulation Dissertation Michigan University of Michigan Paulsen F amp Waschke J 2010 Sobotta Atlas der Anatomie des Menschen M nchen Elsevier Pawellek G 2008 Ganzheitliche Fabrikplanung Grundlagen Vorgehensweise EDV Unterst tzung Berlin Springer Literatur 148 Raschke U Kuhlmann H amp Hollick M 2005 On the Design of a Task Based Human Simulation System SAE transactions 114 S 760 766 REFA Bundesverband e V 2002 Ausgew hlte Methoden zur prozessorientierten Arbeitsorganisation Darmstadt REFA Reinberg A amp Hummel M 2003 Steuert Deustchland langfristig auf einen Fachkr ftemangel zu N rnberg Institut f r Arbeitsmarkt und Berufsforschung Reinhart G amp Zah M F 2003 Marktchance Individualisierung Berlin Springer Reinhart G Schack R amp M ller S 2006 Anwendungsorientierte
6. Schulterh he 1 aufrecht Arme ber Kopfh he Knien oder Hocken 13 I nach vorn gebeugt 14 1 Arme ber Schulterh he Liegen oder Klettern 15 Liegen Arme Re ber K pf Summe Zeilen 1 16 Haltung Rumpfdrehung und neigung Reichweite Haltung Summe Zeilen 1 16 182 Anlagen Aktionskr fte 4u Fingerkr fte 17 m Dauer oder Anzahl x Kraftniveau z B Clipse Stecker Arm Ganzk rperkr fte 18 Dauer oder Anzahl x Kraftniveau keine Lasten Kr fte Zeilen 17 18 Manuelles Handhaben von Lasten PL men ER AE Te I A ee eo P Lasten Summe Zeile 1077 O Lasten Summe Zeile 19 Extra Punkte Beeintr chtigung durch Arbeit an sich bewegenden Objekten Zug nglichkeit z B Motor oder Passagierbereich Schwingungen Impulse ar Anzahl x Int tat R ckschlagkr fte ma 232 u Dauer ODER Anzahl x Intensit t u insb Handhelenk Andere k rperliche Belastungen separat anzugeben Extra Summe Zeilen Oa 0e 183 Lebenslauf Lebenslauf Pers nliche Daten Geburtsdatum Geburtsort Berufspraxis Seit 05 2011 07 2008 04 201 1 Ausbildung Seit 04 2009 10 2002 09 2008 09 2001 06 2002 06 2001 Publikationen 184 11 12 1982 Leipzig Industrial Engineer bei Volkswagen Sachsen GmbH Motorenwerk Chemnitz Berater Produkt und Prozessmanagement bei imk automotive GmbH in Chemnitz Doktorand im Rahmen des Verbundprojektes System zur Bewegungssyn
7. Daumen K ontaktgriff oder moderater Fingerzufassungsgnff nierbreshung sehr lang dauemde stelische Aktionen fasi 75 keine sonderlich schnellen Armbeweg ungen lang dauemde statische Aktionen fast 50 mittlere Greifbedingungen langsame Anmbewegungen regelm ige kurze Unterbrechungen relativer Zeitanteil Unserbrechunge sehr hohe Frequenzen absohn keine starker Fingerzufassungsgniff Daumen auf 1 oder 2 Finger erheblicher Umdang sietischer Aktionen 33 sehr geringer Umlang statischer Aktbonen 5 Kraft amp Frequenz Dauer Griff x Kraft amp Frequenz Dauer Griff geringer Umfang statischer Aktionen 10 sehr schnelle Ambewegungen Mangelan en Eat gue Greifbedingungen schlechte Graifbedingungen Ambewegungen selten LE 7 7 57 DE 707 057 E DE 707 57 91 eem wo leichter Druck durch Finger oder Hand Handhabung kleiner Lasten D ETTET TTET h Handhabung kleinerer Lasten oder kleiner manueller Werkzeuge Krafaus bung mit kleinen manuellen Werkzeugen 3 m t l l m E E ha in i i CE EE BETEREN EE EIEE i i 1 i CEE E E MEE EEEE EE 714 3 10 6 ia en m m mia js Ka j i i zus PAREEN EEEN PANE SEOSE Li i I ET nn nn jE NENN a u I I ann ES EE EEE 1 unmm m i 0 i nn a Junmummunmmm L L E E cn ch cc a i F pr 5 j m i i i i 7 Achtung Punkte verdreifa chen wenn Akt
8. Ibrahim Shannon Scott amp Eyles 2001 Yeung Genaidy Deddens Shoaf amp Leung 2003 aber auch auf weitere Faktoren wie Qualit t Eklund 1997 Lin Drury amp Kim 2001 Bauer Kittel amp Paulus 2004 Fritzsche 1 Einleitung 16 2010 und letztlich Wirtschaftlichkeit Beevis amp Slade 2003 Hendrick 2003 aus Demzufolge werden ergonomisch gestaltete Arbeitspl tze sowohl zur Gesunderhaltung der Mitarbeiter als auch zur Produktivit tsverbesserung sowie zur Personalrekrutierung ben tigt F r die Automobilindustrie typisch ist eine mehrj hrige Latenzphase zwischen der Gestaltung der Produkte und deren sp terer Herstellung weshalb Belastungen welche bereits durch das Produktdesign hervorgerufen werden durch arbeitsgestalterische Ma nahmen sp ter nur schwer kompensiert werden k nnen Luczak 1991 Daher ist es notwendig m glichst fr hzeitig im Entwicklungs und Planungsprozess t tig zu werden um mit vergleichsweise geringem Aufwand einen hohen Nutzen zu erzielen Ehrlenspiel Kiewert amp Lindemann 1998 Um eine durchg ngige Ber cksichtigung ergonomischer Belange beginnend in fr hen Phasen und sich fortsetzend bis in den Serienbetrieb hinein zu realisieren sind geeignete Analysemethoden und dar ber hinaus auch zugeh rige Prozessbeschreibungen zu entwickeln Kugler et al 2009 Es gilt einerseits die Qualit t der Ergonomiebewertung zu erh hen und andererseits den notwendigen Aufwand daf r zu verri
9. Schneider M 2008 Logistikplanung in der Automobilindustrie Konzeption eines Instruments zur Unterst tzung der taktischen Logistikplanung vor Start of Production im Rahmen der Digitalen Fabrik Wiesbaden Gabler Literatur 150 Sch nherr R Fritzsche L amp Schmickartz S 2013 Praxis digitaler Arbeitsplanung Validierungsstudie zum Einsatz des Editors menschlicher Arbeit ema In Chancen durch Arbeits Produkt und Systemgestaltung Zukunftsf higkeit f r Produktions und Dienstleistungsunternehmen S 339 342 Dortmund GfA Press Schramm D Hiller M amp Bardini R 2010 Modellbildung und Simulation der Dynamik von Kraftfahrzeugen Heidelberg Springer Schuh G St lzle w amp Straube F 2008 Anlaufmanagement in der Automobilindustrie erfolgreich umsetzen Ein Leitfaden f r die Praxis Berlin Springer Schultetus W 1980 Montagegestaltung Daten Hinweise und Beispiele ergonomischer Arbeitsgestaltung K ln Verlag TUV Rheinland Seidl A 1994 Das Menschmodell RAMSIS Analyse Synthese und Simulation dreidimensionaler K rperhaltungen des Menschen Dissertation M nchen Technische Universit t M nchen Seitz T Marcos P Rodriguez Flick D Vereczkei A Wichert A Bubb H amp Feussner H 2004 Ans tze zur Analyse und Verbesserung eines Operationsarbeitsplatzes in der minimal invasiven Chirurgie Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 3 2004 S 227 231 Sendler
10. Teilbewegungen In imk automotive GmbH System zur Abbildung handlungsbezogener Informationen auf geometriebezogene Bewegungsdaten Sachbericht zum Verbundprojekt System zur Bewegungssynthese f r digitale Menschmodelle S 13 15 Chemnitz Beck M amp Fr lich W 2010 Durchg ngiger Ergonomieprozess in Planung und Produktion In Mensch und prozessorientierte Arbeitsgestaltung im Fahrzeugbau Herbstkonferenz 2010 der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 83 86 Dortmund GfA Press Beevis D amp Slade I M 2003 Ergonomics costs and benefits Applied Ergonomics 34 S 413 418 Berufsgenossenschftliches Institut f r Arbeitsschutz BGIA 2005 Fachgespr ch Ergonomie 2004 Beth T Boesnach l Haimerl M Moldenhauer J B s K amp Wank V 2002 Analyse Modellierung und Erkennung menschlicher Bewegungen In 1 SFB Aussprachetag Human Centered Robotics HCRS 2002 5 6 Dezember 2002 Tagungsband S 17 24 Karlsruhe Universit t Karlsruhe Blickhan R 1997 Bewegungskontrolle imd Kinetik In B amp Hrsg Biomechnaik und Motorik Nachwuchsworkshop der dvs Sektionen Biomechanik und Sportmoitorik vom 9 13 10 1995 in Jena Hamburg Czwalina Bokranz R amp Landau K 2006 Produktivit tsmanagement von Arbeitssystemen Stuttgart Sch ffer Poeschel Verlag Bortot D Ding H G nzkofer F Stengel D Bengler K Schiller F amp Stursberg O 2010 Effizienzsteigerung durch
11. U 2009 Das PLM Kompendium Referenzbuch des Produkt Lebenszyklus Managements Berlin Springer Shewhart W A 1939 Statistical Method from the Viewpoint of Quality Control The Graduate School Department of Agriculture Siemens PLM 2012 Abgerufen am 3 April 2012 von http www plm automation siemens com en_us products tecnomatix assembly _planning jack Simonidis C A 2010 Methoden zur Analyse und Synthese menschlicher Bewegungen unter Anwendung von NMerhk rpersystemen und Optimierungsverfahren Dissertation Karlsruhe Universit t Karlsruhe Spanner Ulmer B 2006 Welchen Beitrag leistet die Ergonomie zum Gesundheitsmanagement In T Kohstall Gesundheit im Total Management S 72 83 Wiesbaden Universum Verlag Spanner Ulmer B 2009 Industrial Engineering ein interdisziplin rer Ansatz In B Spanner Ulmer E M ller amp H Fischer 3 Symposium Wissenschaft und Praxis Industrial Engineering Worth lse oder Erfolgsrezept Chemnitz Institut f r Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Spanner Ulmer B amp Hensel R 2010 Die MTM Normleistung die Konstante unter den Variablen In B Britzke MTM in einer globalisierten Wirtschaft S 43 64 M nchen mi Wirtschaftsbuch FinanzBuch Verlag Literatur 151 Spanner Ulmer B amp M hlstedt J 2009 Virtuelle Ergonomie mittels digitaler Menschmodelle und anderer Softwarewerkzeuge In M Schenk 22 HAB Forschungsseminar S 151 174 B
12. Zalpour C 2006 F r die Physiotherapie Anatomie Physiologie M nchen Elsevier Zeitler J amp Simon G 1998 Physik f r Techniker und technische Berufe Leipzig Carl Hanser Verlag Zoike E Bungard S Ganske V Grothaus F J Hertle D Tewes C Kliner K 2011 BKK Gesundheitsreport 2011 Zukunft der Arbeit Essen BKK Bundesverband Z lch G 2009 Perspektiven der Menschmodellierung als Werkzeug der digitalen Fabrikplanung In M Schenk 22 HAB Forschungsseminar S 105 124 Berlin GITO Verlag Anlagen 155 Anlagen Anlage 1 Dokumentation zur Motion Capturing Studie 1 Die Ausf hrung der Verrichtung begann bzw endete jeweils in der Grundhaltung Stehen W hrend der Ausf hrung w hlte der Proband seine K rperstellung den Abstand zum Objekt etc intuitiv lt 23 K rperbewegungen Hinknien beidseitig Hinknien einseitig Hinsetzen Komforth he Hinsetzen Sitzh he 0 53m Anlagen 156 Aufnehmen und Platzieren von Objekten Objekt aufnehmen einh ndig Gewicht 1kg H he Om Objekt aufnehmen einh ndig Gewicht 5kg H he Om Objekt aufnehmen einh ndig Gewicht 7 5kg H he Om Objekt aufnehmen einh ndig Gewicht 5kg H he 0 8m Anlagen Objekt aufnehmen einh ndig Gewicht 5kg H he 0 8m Objekt aufnehmen beidh ndig Gewicht 1kg H he Om Objekt aufnehmen beidh ndig Gewicht 8kg H he Om Objekt aufnehmen beidh ndig Gewicht 15kg H
13. der Werkzeug Handhabung erfolgt Umschlagzonen Abbildung 32 Die Auslegung des Probek rpers diente zur Untersuchung dieser Hypothese 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 83 Abbildung 32 M gliche Umschlagzonen bei der Handhabung von motorisch angetriebenen links und manuell bet tigten Werkzeugen rechts F r die Ausf hrung der Verrichtungen wurde ferner eine Stellfl che vor dem Probek rper festgelegt so dass keine beliebige Zug nglichkeit zum Applikationspunkt m glich war Dies entspricht den Bedingungen welche auch in einer realen Arbeitsumgebung vorherrschen Vor der eigentlichen Aufnahme fand zun chst eine umfassende Vorbereitung einschlie lich probeweiser Durchf hrung der Verrichtungen analog der sp teren Aufnahme im Weiteren als Simulationstag bezeichnet statt Dabei wurden s mtliche Versuchsaufbauten realisiert und das Vorgehen getestet Insbesondere diente der Simulationstag der Herleitung spezifischer Hypothesen zur Ausf hrung der jeweiligen Verrichtungen wobei die typischen umschlagfreien Zonen festgelegt und die zu ber cksichtigenden Bohrungen sowie deren Reihenfolge ermittelt wurden W hrend dieser Vorversuche wurde der Werker f r den Ablauf des folgenden Aufnahmetages trainiert d h mit dem Aufnahmeprozedere vertraut gemacht und f r die Kriterien der Bewegungsausf hrung sensibilisiert um die humanmotorische Richtigkeit der sp ter erfassten Be
14. e Hantel sowie e Schrauben Gewindebuchsen N gel und Brett f r N gel Neben den K rperbewegungen wurden auch die Bewegungen der Werkzeuge und sonstigen Arbeitsgegenst nde erfasst 3 3 4 Ergebnisse Zur Auswertung stand eine Spezialsoftware Ergo Tool Anlage 3 zur Visualisierung der aufgenommenen Daten zur Verf gung in welcher die Bewegungssequenzen auf digitale Abbilder der Probanden bertragen wurden Zur Darstellung diente das Menschmodell Dynamicus ein AddOn zum Mehrk rper Simulations Werkzeug alaska Institut f r Mechatronik e V 2009 Die Probanden wurden anthropometrisch vermessen und mit ihren Daten individuell im Modell abgebildet Au erdem lagen die erfassten Gelenkwinkel im Zeitverlauf in tabellarischer Form vor Bereits die blo e Visualisierung verdeutlicht die Auswirkung der jeweiligen Variablen auf die resultierende Bewegung Abbildung 25 macht die Auswirkung des Gewichts eines zu handhabenden Objektes auf die Form des B ckens deutlich mit zunehmendem Gewicht erfolgt das Beugen mittels der Beine und weniger ber den Rumpf 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 76 Abbildung 25 Auswirkung des Lastgewichtes auf die K rperhaltung beim Aufnehmen der Last links leicht rechts schwer Weiterhin k nnen mit Hilfe der Visualisierung komplexe Abl ufe in einzelne Teilbewegungen zergliedert werden bspw die Handhabung eines Akkuschraube
15. geblichen Einflussgr en abgeleitet werden Die Aufzeichnung der Versuche auf Video erleichterte die Auswertung und diente zur Dokumentation der Ergebnisse Mit Hilfe der Aufzeichnungen lie en sich entsprechende Schl sselposen identifizieren und Hypothesen zu Bewegungsverl ufen ableiten wie beispielhaft in Abbildung 20 dargestellt ist Untersucht wurde die Pose beim Entnehmen eines Objektes aus einem Ladungstr ger erh ht oder auf dem Boden stehend Erkennbar ist bspw dass zum Erreichen des Objektes zun chst ausschlie lich der Oberk rper nach vorn gebeugt wird bei niedrigerem Lagerpunkt die Beine erg nzend eingesetzt werden und der R cken zus tzlich gekr mmt wird Ferner kann der gew hlte Abstand zum Ladungstr ger abgesch tzt werden Abbildung 20 Laborversuche zum Entnehmen eines Objektes aus einem Ladungstr ger erh ht 1 und am Boden 2 Die Grenzen dieser Versuche liegen in der Auswertbarkeit der Daten Konkrete Gelenkwinkel und K rperstelluingen k nnen nur abgesch tzt werden weitere Kennzahlen etwa Geschwindigkeiten Beschleunigungen oder Kr fte und Momente k nnen den Videos nicht entnommen werden Jedoch sind Voruntersuchungen zur Ableitung detaillierter Schwerpunkte problemlos und ohne gro e Voraussetzungen bzgl der Hardware m glich 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 71 3 2 3 Bewegungserfassung F r Bewegungsstudien eignen sich Systeme zu
16. he Om 157 Anlagen Objekt aufnehmen beidh ndig Gewicht 8kg H he 0 8m Objekt aufnehmen beidh ndig Gewicht 8kg H he 1 2m Objekt platzieren einh ndig Gewicht 1kg H he Om Objekt platzieren einh ndig Gewicht 5kg H he Om 158 Anlagen Objekt platzieren einh ndig Gewicht 7 5kg H he Om Objekt platzieren einh ndig Gewicht 5kg H he 0 8m Objekt platzieren einh ndig Gewicht 5kg H he 1 2m Objekt platzieren beidh ndig Gewicht 1kg H he Om 159 Anlagen Objekt platzieren beidh ndig Gewicht 8kg H he Om Objekt platzieren beidh ndig Gewicht 15kg H he Om Objekt platzieren beidh ndig Gewicht 8kg H he 0 8m Objekt platzieren beidh ndig Gewicht 8kg H he 1 2m 160 Anlagen Medium umsch tten Gewicht 0 5kg H he 0 9m Medium umsch tten Gewicht 1kg H he 0 9m Werkst ckhandhabung Schrauben heften horizontal H he 0 9m Schrauben heften vertikal H he 1 4m 161 Anlagen Schrauben heften vertikal H he 1 7m Werkzeughandhabung Handhabung Akkuschrauber Pistolengriff horizontal H he 0 9m Handhabung Akkuschrauber Pistolengriff vertikal H he 1 4m Handhabung Akkuschrauber Pistolengriff vertikal H he 1 7m 162 Anlagen Handhabung Schraubendreher horizontal H he 0 9m Handhabung Schraubendreher vertikal H he 1 4m Handhabung Schraubendreher vertikal H he 1 7m Handhabung Schraubenschl
17. korrekten EAWS Implementierung Anschlie end wurden zw lf Beispielszenarien von drei Experten hinsichtlich der humanmotorischen Richtigkeit beurteilt und die EAWS Bewertungen der drei Beobachter mit den automatisch erzeugten Bewertungen verglichen Nach Abschluss der Studie konnte best tigt werden dass die bislang implementierten EAWS Module 0 3 formal korrekt umgesetzt wurden Die qualitative Einsch tzung der Experten zur Humanmotorik der Simulationen zeigte dass ema als Werkzeug zur Planung und Ergonomieabsicherung angewandt werden kann Anhand des Vergleichs der manuellen und automatisiert gewonnenen Ergonomiebewertungen konnte die Vorhersageg te von ema beurteilt werden Es wurde ein mittlerer signifikanter Zusammenhang ermittelt Abweichungen resultierten einerseits aus verst rkten Bewertungen asymmetrischer K rperhaltungen und andererseits aus der f lschlichen Interpretation von Ganzk rperkr ften als Fingerkr fte Die Erkenntnisse wurden an die Softwareentwicklung bermittelt und flie en in die Weiterentwicklung k nftiger Versionen ein Insgesamt best tigte die Studie die Praxistauglichkeit des ema f r die Plausibilisierung von Planungsalternativen sowie zur pr ventiven Ergonomiebewertung 6 Zusammenfassung und Ausblick 135 6 2 Ausblick Die vorgestellten Untersuchungen zur Bewegungserfassung und analyse erfolgten auf Basis ausgew hlter Verrichtungen und decken keinesfalls alle denkbaren Bewegungsmuster ab Die Bewegung
18. r die Durchf hrung ist ergonomisch geschultes Personal erforderlich Verfahren der Stufe 3 sind komplexe Untersuchungen welche wissenschaftliiches Fachpersonal sensible technische Ausstattung und umfassende Planung erfordern Hierbei kommen Messungen von Herzfrequenz K rpertemperatur und weiterer K rperwerte ebenso zum Einsatz wie arbeitspsychologische Verfahren Orientierende Methoden erlauben es zwar relativ schnell und ohne umfassendes Fachwissen vorliegende Risikofaktoren zu ermitteln und zu beurteilen sto en aber bei komplexeren T tigkeiten rasch an ihre Grenzen und sind zur Beurteilung vielschichtiger Belastungssituationen ungeeignet Wissenschaftliche Untersuchungen hingegen liefern sehr detaillierte Ergebnisse welche aber nur f r die jeweils betrachteten Labor Bedingungen und Personengruppen g ltig sind Zudem ist der Bedarf an Personal Ausstattung und Zeit zu hoch um viele Arbeitspl tze zu untersuchen Auch sind st rende Eingriffe in die Arbeitsabl ufe kaum zu vermeiden Aus diesen Gr nden haben sich in der Praxis vor allem Verfahren der Stufe 2 durchgesetzt Einem vertretbaren Zeitaufwand stehen hinreichend genaue Ergebnisse gegen ber auf deren Basis Arbeitspl tze gestaltet und betriebliche Abl ufe geplant werden k nnen In der Vergangenheit wurden berwiegend Methoden entwickelt welche der Berechnung fester Grenzwerte etwa f r Aktionskr fte oder zu handhabende Lasten dienten Burandt 1978 Schultetus 1980 W
19. rperstellung also die Lage der K rperteile zueinander Saziorski Aruin amp Selujanow 1984 Zur Bewegungsanalyse kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz Loosch 1999 e Bildgebende Verfahren o Film und Foto o Lichtspur oder Impulslichtaufnahmen e Messverfahren o Kinemetrie Messung kinetischer Gr en z B mit Hilfe von Lichtschranken Inklinometern Goniometern o Dynamometrie Messung dynamischer Gr en z B mit Hilfe von Dehnungsmesstreifen oder Kraftmessplatten o Erfassung neurophysiologischer Prozesse z B Elektroenzephalografie EEG zur Erfassung von Hirnaktivit ten o Erfassung muskelphysiologischer Prozesse z B Elektromyografie EMG zur Messung der elektrischen Muskelaktivit t e Beobachtung und Befragung e Tests oder Experimente e Modellbildung und Simulation Eine weitere M glichkeit ist die Auswertung von Folgeerscheinungen welche auf die Bewegung zur ckzuf hren sind etwa um Anstrengungswirkungen von Bewegungen zu untersuchen Hierf r k nnen K rperfunktionswerte wie Herzfrequenz Atemfrequenz oder Hauttemperatur erfasst werden Scherf Leitner Mai B rner amp Spanner Ulmer 2010 wobei auch eine Kombination mit anderen Messmethoden m glich ist Weber B 2010 Eine sehr exakte Methode f r die Analyse realer Bewegungen ist die Erfassung des Bewegungsvorganges in digitalisierter Form das so genannte Motion Capturing Sturman 1994 definiert Motion Capturing MoCap als das Au
20. ssel horizontal H he 0 9m 163 Anlagen Handhabung Schraubenschl ssel vertikal H he 1 4m Handhabung Schraubenschl ssel vertikal H he 1 7m Handhabung Drehmomentschl ssel horizontal H he 0 9m Handhabung Drehmomentschl ssel vertikal H he 1 4m 164 Anlagen Handhabung Drehmomentschl ssel vertikal H he 1 7m Handhabung Hammer horizontal H he 0 9m Handhabung Hammer vertikal H he 1 4m Handhabung Hammer vertikal H he 1 7m 165 Anlagen Schreiben mit Stift horizontal H he 0 9m Schreiben mit Stift vertikal H he 1 5m Medium auftragen Medium mit Spr hdose auf Fl che auftragen horizontal H he 0 9m Medium mit Spr hdose auf Fl che auftragen vertikal H he 1 5m 166 Anlagen Medium mit Pinsel Fl che auftragen horizontal H he 0 9m Medium mit Pinsel Fl che auftragen vertikal H he 1 5m Medium mit Rolle Fl che auftragen horizontal H he 0 9m Medium mit Rolle Fl che auftragen vertikal H he 1 5m auf auf auf auf 167 Anlagen Medium mit Lappen auf Fl che auftragen horizontal H he 0 9m Medium mit Lappen auf Fl che auftragen vertikal H he 1 5m 168 Anlagen 169 Anlage 2 Dokumentation zur Motion Capturing Studie 2 Handhaben Akkuschrauber mit Pistolengriff horizontal Knieh he vertikal H fth he vertikal Brusth he vertikal Augenh he Anlagen 170 vertikal berkop
21. 0 01 deutlich w hrend sich bei den asymmetrischen K rperhaltungen mit 7T 0 264 p gt 0 05 kein signifikanter Zusammenhang ergibt Lasten und Aktionskr fte wurden jeweils in 4 von 12 Simulationen bewertet wobei in beiden F llen starke Zusammenh nge ermittelt werden konnten Die Punkte korrelieren f r Aktionskr fte mit T 0 874 hoch signifikant mit p lt 0 001 f r Lasten mit T 0 789 hoch signifikant mit p lt 0 001 Die erkannte H herbewertung von K rperhaltungen seitens ema im Vergleich zu den Experten l sst sich darauf zur ckf hren dass ema mit exakten Gelenkwinkeln rechnet und somit geringf gige Verdrehungen des Rumpfes sicher erkennt wohingegen ein Beobachter hier Probleme hat insbesondere wenn nur ein Video mit genau einer Perspektive zur Verf gung steht Abbildung 54 zeigt eine geringf gige Rumpfdrehung des ema Menschmodells in einem der Beispielszenarios Keiner der drei Beobachter hat hier Punkte f r asymmetrische K rperhaltungen vergeben in ema jedoch wurden etwa 13 Punkte ermittelt Abbildung 54 Geringf gige Rumpfdrehung in einem Beispielszenario Hier zeigt sich ggf auch Verbesserungspotential der EAWS Methode da zwischen den qualitativen Formulierungen wie bspw bei der Rumpfverdrehung mittel und den quantitativen Winkelangaben im genannten Bsp 15 offenbar eine Diskrepanz besteht Eine solch geringf gige Verdrehung ist kaum erkennbar vgl Abbildung 55 ob tats chlich eine physische Bela
22. Dauer oder Anzahl x Intensit t insb Handgelenk ee en De Andere k rperliche A ls Andere k rperliche Belastungen Belastungen k j bitte beschreiben astun Bitte EAWS Einstufungsanlei tung beachten Achtung Max Punktzahl Zeilen 0a amp De je 15 Pkt Achtung Werte kormigieren extra E Zeilen Da e Zeilen c amp 0d je 40 Pkt und Zeile 0b 10 Fkt wenn Taktzeit 80s Bemerkungen Verbesserungsvorschl ge Berechnung Belastungsdauer nur f r Bewertung hoch repetitiver T tigkeiten i Beschreibung Tats chliche Schichtdauer min Resultierender Wert Obere Extremit ten Zeile 20 EAWS_W132c_de 2009 0731 doc IAD 2009 Seite 1 von 4 Anlagen 177 European Assembly Worksheet V 1 3 2c de K rperstellung sowie pro Minute Schicht au Rumpf und Armhaltungen Zeitdauern l Fa f r statische Rumpf und Armhaltungen F r Taktzeiten e 60s sind die Werte in den Zeilen sec min min h 1 16 wie folgt zu korrigieren 0 0 33 67 67 u I Zeitdauer O nu 12 MD gt 40 0 3 w K x Gp i sec 25 30 100 160 320 gt 320 4 Dauerx H he Dauer x H he Dauer x H he inkl Lasten Aktionskr ften von 30 40N Aufrecht Stehen amp Gehen ggf leicht nach vorne oder Stehen Abst tzung Fr r nkungen zu Ex SE nach vorm net eo aufrecht Arme ber Kopfh he m e e e ya o Im m mo o y HE o a m o o o o oj mn mn m m
23. Die Flexion im Schultergelenk dient dem Nachvornstrecken des Arms wobei erkennbar ist dass der kleinste Proband die deutlichste Streckung ben tigt Unterschiede sind auch im seitlichen Abspreizend des Arms zu sehen Proband 3 gro nimmt mit ausgepr gter Abduktion eine andere Haltung ein als die beiden anderen Probanden Eine Rotation des Armes erfolgt kaum ebenso wird der Gelenkwinkel im Ellbogen kaum ver ndert Der Vergleich der Gelenkwinkelverl ufe zwischen den Wiederholungen der Verrichtungen einerseits und zwischen den drei Probanden andererseits zeigt dass typische wiederkehrende Muster identifiziert werden k nnen und dass es jeweils Gelenkwinkel gibt die w hrend einer Teilbewegung ver ndert werden w hrend andere nahezu unver ndert bleiben und folglich bei der Bewegungssynthese vernachl ssigt werden k nnen Es ist erkenntlich dass die Bewegungen von Proband 3 nahezu gleichartig erfolgen w hrend bei Proband 2 eine leichte und bei Proband 1 eine deutliche Streuung zu erkennen ist Daraus l sst sich schlussfolgern dass die Probanden 1 und 2 nicht ber die notwendige bung in der Werkzeuganwendung verf gen 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 78 N oO h O1 ih O Schulter rechts Pronation Supination Schulter rechts oO i O1 10 O O 00 O D
24. Drehrichtungen bewegen Dabei sind einerseits unterschiedliche Endzust nde des Systems m glich 2 Theoretischer Hintergrund 25 andererseits kann sich auch die zeitliche nderung der Freiheitsgrade unterscheiden diese kann au erdem sowohl simultan als auch konsekutiv erfolgen Be er Abbildung 1 Alternative Gelenkkonfigurationen eines Industrieroboters Das Beispiel verdeutlicht die Notwendigkeit einer Komplexit tsreduzierung wenn menschliche Bewegungen modelliert werden sollen In der Physik werden zur vereinfachten Beschreibung Modellannahmen getroffen Die h chstm gliche Idealisierung stellt hierbei der Massepunkt dar wobei ein K rper auf einen einzelnen Punkt reduziert wird der lediglich eine Lage und eine Masse besitzt Weitere Eigenschaften etwa Volumen Form oder Masseverteilung werden vernachl ssigt Ein Punkt besitzt im Raum drei Freiheitsgrade d h drei unabh ngige Ver nderliche n mlich Translation entlang der drei Achsen x y und z Zeitler amp Simon 1998 Die Raumkurve entlang derer sich ein Punkt bewegt wird als Trajektorie bezeichnet Sie wird durch den Ortsvektor r t beschrieben Eine Ansammlung einzelner Massepunkte wird als starrer K rper bezeichnet Ein starrer K rper besitzt insgesamt sechs Freiheitsgrade neben der Translation entlang der drei Achsen x y und z auch die Rotation um eben diese Zur Beschreibung der Lage eines starren K rpers werden zwei Koordinatensysteme ben tigt einers
25. EAWS Ganzk rperbewertung ein Konzept zur semiautomatischen Bewertung f r digitale Mensch Simulationen entwickelt Semiautomatisch bedeutet dass der Gro teil der f r die Beurteilung notwendigen Daten bspw K rperhaltungen oder Zeitdauern automatisch der Simulation entnommen werden kann und der Anwender nur wenige manuelle Eingaben erg nzen muss Insbesondere die aufwendige Berechnung der Punkte erfolgt allein durch die Software Eine rein automatische Erfassung aller Einflussgr en ist anhand der blo en Bewegungssimulation nicht m glich Durch das im Projekt eMAN entwickelte Verrichtungskonzept k nnen jedoch fehlende Informationen abgeleitet werden Lediglich eine geringe Anzahl manueller Eingaben etwa von Kraftwerten oder Lastgewichten ist notwendig wobei eine Vorbelegung dieser Werte sinnvoll ist Au erdem ist es denkbar diese Parameter den jeweiligen Interaktionsobjekten direkt zuzuweisen so dass eine mehrmalige Eingabe nicht notwendig ist 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 118 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation Das experimentell erlangte Wissen zur humanmotorischen Ausf hrung menschlicher Bewegungen wie auch die Konzeption der semiautomatischen EAWS Bewertung flossen in die Entwicklung einer 3D Simulationssoftware zur Planung Gestaltung und ergonomischen Analyse der menschlichen Arbeit ein den Editor menschlicher Arbeit ema Die realisierte Software wurde hinsichtlich der funktionalen Umsetzung
26. O Ellbogen rechts Flexion Extension D O Schulter rechts Abduktion Adduktion N O oO Abbildung 28 Vergleichende graphische Darstellung der Gelenkverl ufe der drei Probanden f r die Verrichtung Handhabung Akkuschrauber gr n Proband 1 klein blau Proband 2 mittel orange Proband 3 gro Die Darstellung weist f r die Bewegungen der drei Probanden vergleichbare Bewegungsverl ufe auf was auf die Richtigkeit der Hypothese dass es typische verrichtungsimmanente Bewegungsmuster gibt hindeutet vgl Kapitel 2 6 Jedoch unterscheiden sich die Absolutwerte der Gelenkwinkel was durch die Abh ngigkeit der Bewegung von der relativen Lage des Wirkpunktes zum Menschen erkl rt werden kann Bez glich der Grundausrichtung des K rpers zum Wirkpunkt w hrend der Ausf hrung einer Verrichtung konnten interindividuelle Unterschiede beobachtet dennoch aber ein grundlegender Typus identifiziert werden Abbildung 29 Deutlich wird dass die Probanden eine Schrittstellung einnehmen und der Schulterg rtel nicht frontal sondern etwa 30 zum Wirkpunkt verdreht ist 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 79 Abbildung 29 Ausrichtung der drei Probanden zum Wirkpunkt w hrend der Handhabung Akkuschrauber Die im Rahmen der Studie gewonnenen Daten wurden aufbereitet in Algorithmen umgesetzt und in einen Demonstrator zur Bewegungssynth
27. Pose ber cksichtigt werden m ssen Ein Industrieroboter hingegen dessen Bewegungen bereits automatisiert erzeugt werden k nnen hat in der Regel maximal sieben Achsen was einen erheblichen Komplexit tsunterschied bedeutet Um bei der Betrachtung eine fl ssige Bewegung wahrnehmen zu k nnen sind entsprechend viele Zwischenposen notwendig was neben exakten Zielposen auch einen realistischen Bewegungsverlauf notwendig macht Als Basis der T tigkeitsbeschreibung wird zun chst ein Beschreibungsmodell entwickelt welches sowohl t tigkeitsabh ngige als auch rein bewegungsbezogene Elemente beinhaltet 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 60 Anschlie end wird anhand von Bewegungsstudien eine Methodik entwickelt mit welcher real erfasste Bewegungsdaten in Verrichtungsdaten berf hrt und anschlie end zur Bewegungssynthese aufbereitet werden k nnen Erkenntnisse aus diesem Kapitel wurden bereits in Form von Konferenzbeitr gen bzw Ver ffentlichungen in Fachzeitschriften publiziert Jendrusch amp Bauer 2010 Fritzsche et al 2011 Jendrusch et al 2011 Leidholdt Jendrusch amp Fritzsche 2011 3 1 Hierarchisches Beschreibungsmodell zur Bewegungssynthese Um Menschmodelle f r Planungsaufgaben effizient anwenden zu k nnen muss deren Modellierung der Gedankenwelt des Planers entsprechen d h sie darf nicht wie bislang h ufig im Stile einer Zeichentrickanimation
28. Scherf amp Sjuts 2010 In der arbeitswissenschaftiichen Normung werden Aussagen zu den Bewegungsspielr umen einzelner Gelenke in Form von Grenz und Vorzugsbereichen beschrieben Demzufolge k nnen aus der Vielzahl m glicher 2 Theoretischer Hintergrund 24 K rperstellungen und Bewegungshandlungen solche identifiziert werden die im Rahmen der Arbeitsgestaltung als f rderlich angesehen werden Deutsches Institut f r Normung 2009 Langfristige Exposition hoher Belastungen durch einseitige Bewegungsmuster kann zu Erkrankungen f hren Geschieht dies im Rahmen der Arbeitsausf hrung so handelt es sich um Berufskrankheiten wobei unter anderem Erkrankungen in den Gelenken oder der Bandscheiben auftreten k nnen Deutscher Bundestag 2009 Demzufolge ist bei der Arbeitsgestaltung darauf zu achten dass berlastende K rperstellungen und Bewegungsmuster vermieden werden Die Ausf hrungen zur Physiologie zeigen dass menschliche Bewegungen u ert komplex und vielf ltig sind weshalb zur Kl rung der Fragestellung bzgl der Bewegungssimulation vereinfachende Modelle zu nutzen sind Hierf r dient die physikalische Beschreibung von Bewegungen welche im nachfolgenden Abschnitt diskutiert wird 2 1 3 Physikalische Grundlagen Im physikalischen Sinne beschreibt Bewegung die relative r umliche Ver nderung eines Objektes im Zeitverlauf In der Bewegungslehre wird zwischen der Kinematik und der Dynamik unterschieden W hrend die Kinematik
29. Teil dieser Bed rfnisse zu befriedigen Herzberg Herzberg Mausner amp Snyderman 1959 unterscheidet zwischen Motivatoren Satisfiers welche die Zufriedenheit des Menschen erh hen und Hygienefaktoren Dissatisfiers welche Unzufriedenheit abbauen Die Gestaltung der Arbeitsbedingungen dient nach dieser Betrachtung zun chst als Hygienefaktor wobei die Arbeitst tigkeit selbst hingegen als Motivator wirken kann Rohmert 1972 entwickelte ein hierarchisches Modell mit den vier Beurteilungsebenen Ausf hrbarkeit Ertr glichkeit Zumutbarkeit und Zufriedenheit Ausf hrbarkeit beurteilt prim r die physische M glichkeit der Aus bung einer Arbeitsaufgabe und ist zun chst kurzfristig orientiert Eine langfristige Beurteilung stelt die Ebene der Ertr glichkeit dar wobei hier weiterhin eine naturwissenschaftlich physiologische Betrachtung vorgenommen wird Die Zumutbarkeit erg nzt diese um soziale Aspekte wobei die Empfindung der Zumutbarkeit sich interindividuell unterscheidet und auch von regionalen Aspekten sowie dem gesellschaftlichen Umfeld abh ngt So kann etwa die Entlohnung oder die aktuelle Arbeitsmarktsituation Einfluss auf die Empfindung der Zumutbarkeit ein und derselben Arbeit haben Die Beurteilung hinsichtlich der Zufriedenheit obliegt allein der subjektiven psychologischen Empfindung der Einzelperson Schlick Bruder amp Luczak 2010 Das Modell von Rohmert wurde vielfach diskutiert und modifiziert wobei die Grundidee d
30. Werkzeug zur Planung und Ergonomieabsicherung Entwicklungsschwerpunkte f r k nftige Arbeiten bspw im Hinblick auf die Fl ssigkeit der Bewegungen konnten abgeleitet werden Anhand des Vergleichs von manuellen und automatisiert gewonnenen Ergonomiebewertungen konnte die Vorhersageg te beurteilt werden Dabei wurde ein mittlerer signifikanter Zusammenhang ermittelt Ursachen f r noch bestehende Unterschiede etwa die Interpretation von Ganzk rperkr ften als Fingerkr fte konnten identifiziert werden Die sehr exakte Bewertung asymmetrischer K rperhaltungen zeigte die Effizienz der semiautomatischen Ergonomiebewertung im Vergleich zur manuellen Durchf hrung durch einen Anwender Insgesamt best tigte die Studie die Praxistauglichkeit des ema zur Plausibilisierung von Planungsalternativen sowie f r die pr ventive Ergonomiebewertung was die betriebliche Anwendung des ema best rkt Auf Basis der Erkenntnisse von weiteren 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 129 praktischen Eins tzen kann schlie lich die Simulationsqualii t und Vorhersagegenauigkeit des ema kontinuierlich verbessert werden 5 3 Praxiseinsatz digitaler Mensch Simulationen In den vorangegangenen Kapiteln wurde erl utert wie die in der vorliegenden Arbeit diskutierten Konzepte einerseits die Bewegungsgenerierung f r digitale Menschmodelle vgl Kapitel 3 und andererseits die Ergonomiebewertung vgl Kapitel 4 erleichtern und beschleunigen k nnen Anhan
31. aus arbeitsorganisatorischer Sicht Arbeitsorganisatorische Strukturiercungsmodelle werden insbesondere in Zusammenhang mit Methoden zur Vorgabezeitermittlung beschrieben Dabei gilt es Arbeit vertikal d h vom groben Gesamtablauf hin zu fein granularen Abschnitten zu detaillieren und jedem Vorgang eine definierte Soll Zeit zuzuweisen Bullinger 1986 bzw REFA 2002 entwickelten prozessablauforientierte Ordnungsschemata mit sieben Stufen e Projekt bzw Gesamtablauf e Teilprojekt bzw Teilablauf e Projektstufe bzw Ablaufstufe e Vorgang e Teilvorgang e organgsstufe und e V organgselement Neben dieser vertikalen Gliederung vom Gesamtablauf hin zu fein granularen Bestandteilen werden bei REFA auch horizontal Unterscheidungen bzgl der Ablauf oder Zeitart getroffen Das bedeutet es wird bei gleicher Detaillierung hinsichtlich des Zwecks der T tigkeiten unterschieden wobei hier explizit zwischen Abl ufen des Betriebsmittels und des Menschen unterschieden wird Tabelle 1 Tabelle 1 Zeitartengliederung nach REFA 2002 Auftragszeit R stgrund R sterhol R stverteil Zeit ie Einheit zeit zeit zeit T tigkeitszeit Haupt Warte l Nebent tigkeit sachlich pers nlich beeinflussbar unbeeinflussbar teilweise In ganzheitlichen Produktionssystemen wird ebenfalls horizontal unterschieden wobei hier der Gesichtspunkt der Wertsch pfung im Vordergrund steht Neben den 2 Theoretischer Hintergrund 33 rein
32. bislang zumeist korrektiv erfolgen also nach der Fertigstellung des Arbeitssystems Ferner gilt es auch den Umfang an Analysemethoden den Anspr chen der Praxis entsprechend zu erweitern Die derzeit erh ltlichen Programme beinhalten neben der blo en Visualisierungsfunktion zumeist einfache Methoden der Belastungsprognose etwa f r K rperhaltungen oder manuelle Lastenhandhabungen M nhlstedt amp Spanner Ulmer 2009 Betrachtungen ber die Gesamtbelastung im Zeitverlauf sowie die Kombination unterschiedlicher Belastungsfaktoren sind nur bedingt m glich Gerade in der Automobilindustrie wird jedoch vermehrt mit ganzheitlichen d h mehrere Belastungsfaktoren kombinierenden Bewertungsinstrumentarien gearbeitet Dieses Defizit best tigt auch die Sicht der Anwender welche sich Verbesserungen insbesondere im Hinblick auf Funktionen zur Analyse von K rperhaltungen Lasten und Kr ften w nschen Spanner Ulmer amp M hlstedt 2010 Eine zweite Fragestellung ist daher Wie l sst sich ein ganzheitliches Ergonomie Bewertungssystem zur automatischen Auswertung digitaler Menschsimulationen realisieren Diese zweite Anforderung ist entscheidend f r die Akzeptanz der Menschsimulation als Werkzeug zur Ergonomieabsicherung Der Einsatz neuer Technologien soll Arbeitsabl ufe beschleunigen nicht aber bestehende Methoden und Prozesse behindern oder erschweren Liefert ein Simulationswerkzeug die 1 Einleitung 18 Planungsergebnisse nicht in der
33. bliche Greif bzw Kopplungsauspr gung wird den jeweiligen Verrichtungen bereits zugeordnet z B der Zeigefinger bei der Verrichtung Knopfbet tigen oder der Umfassungsgriff beim Werkzeughandhaben Bei Arm bzw Ganzk rperkr ften ist die Bestimmung der Kraftwirkungsrichtung erforderlich um die jeweils m gliche Maximalkraft bestimmen zu k nnen Diese Richtungsermittlung kann mittels der am Menschmodell definierten Marker erfolgen und muss nicht manuell definiert werden Die Belastung resultiert neben der Krafth he auch aus der Dauer bzw H ufigkeit der Kraftaus bung Die Dauer kann der Simulationszeit der Verrichtung automatisch entnommen werden Ist die Dauer der Verrichtung k rzer als 4s wird entsprechend erkannt dass es sich um einen dynamischen Kraftfall handelt Sofern der Kraftaufwand nicht w hrend der gesamten Verrichtung n tig ist kann mittels einer zus tzlichen Selektion einer Checkbox definiert werden dass es sich um einen dynamischen Kraftfall handeln soll Die H ufigkeit ergibt sich wiederum automatisch aus der Anzahl der Verrichtungen 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 112 Die Berechnung der Kraftpunkte erfolgt also insofern weitgehend automatisiert dass letztlich nur der zu erwartende Kraftbetrag durch den Anwender festgelegt werden muss und die weiteren Parameter wie Greiftyp Kraftrichtung oder Dauer H ufigkeit automatisiert erkannt werden Die vergleichsweise aufwendigen Be
34. dargestellt gt Grundbewegung Grundbewegungen je K rperteil Beine Grundpose definiert durch Typangabe und H ftposition Kopf Grundpose durch Blickpunkt Oberk rper Grundpose definiert durch Relativposition Arme Grundpose durch Position und Orientierung Finger Grundpose definiert durch Typangabe und Auspr gung _ TEE aufstehen Kopfdrehung hinsetzen Fa z B Einstieg in Fahrzeug S Oberk rperdrehung K N TI Gehen N Handbewegung Abhocken Aufrichten Pa N SL Abknien 2 Abknien 1 Fingerbewegung Abbildung 17 Grundbewegungen eines digitalen Menschmodells Jendrusch amp Bauer 2010 Jede Grundpose ist definiert ber Parameter zur eindeutigen Typisierung Bspw umfasst der Bereich der Grundposen zwischen denen Beinbewegungen erfolgen die Auspr gungen Stehen Hocken Knien und Sitzen Diese lassen sich aus der Relativposition der H fte zu den Beinen unterscheiden wobei eine eindeutige Typangabe notwendig ist vor allem zur Unterscheidung der Posen Knien Hocken und Sitzen Hier sind bei gleicher H ftposition mehrere Posen m glich Nicht zwischen allen Posen wurden Bewegungen definiert da diese ggf nicht sinnvoll sind So erfolgt ein m glicher bergang vom Knien ins Sitzen ber die Zwischenposen Hocken und Stehen Je nach Notwendigkeit l sst sich das Modell erweitern wie etwa angedeutet um besondere Spezialposen und Bewegungen der Beine
35. der Aufnahme werden die Daten vom PC des Motion Capturing Systems auf ein digitales Modell bertragen Dabei werden diese gegl ttet und fehlerbereinigt sodass anschlie end kontinuierliche Bewegungsverl ufe vorliegen Bei der Gl ttung werden die Bewegungsverl ufe derart vereinfacht dass Positions nderungen der Targets im hochfrequenten Bereich die nicht der normalen Bewegungsfrequenz eines Menschen entsprechen eliminiert werden So entsteht eine kontinuierliche Trajektorie der Targets Au erdem m ssen Fehler der Aufzeichnungstechnik beseitigt werden bspw nichterkannte Marker oder numerische Fehler Diese sind an Spr ngen in der Bewegung zu erkennen Ferner sind aber auch erkennbare Fehlgriffe des ausf hrenden Probanden zu eliminieren oder fehlende Daten zu erg nzen Anschlie end erfolgt eine Vektorisierung der Daten in standardisierte Bewegungsdaten die sich auf das exakte Probandenmodell beziehen Die aufgenommenen Bewegungen werden in Form von Gelenkwinkeln beschrieben Die Datenaufbereitung erfordert entsprechende Expertise sowohl in der Anwendung des 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 90 eingesetzten Motion Capture Systems als auch in der Mathematik und Biomechanik des Menschen daher werden diese Arbeitsschritte durch die hierin qualifizierten Teammitglieder durchgef hrt Im n chsten Schritt erfolgt eine Weiterverarbeitung der Daten Mit Hilfe der Visualisierung un
36. die Bewegungsanalyse und modellierung der Mensch Roboter Kooperation Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 02 2010 S 65 75 Bortz J amp D ring N 2006 Forschungsmethoden und Evaluation f r Human und Sozialwissenschaftler Heidelberg Springer Medizin Verlag Bracht U amp Spillner A 2009 Die Digitale Fabrik ist Realit t Ergebnisse einer Umfrage zum Umsetzungsstand und zu weiteren Entwicklungen der Digitalen Fabrikplanung bei deutschen OEM ZWF Zeitschrift f r wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 7 8 S 648 653 Bracht U Geckler D amp Wenzel S 2011 Digitale Fabrik Methoden und Praxisbeispiele Berlin Springer Brunner D 2007 Skelettierung von 3d Objekten auf kubisch raumzentrierten Gittern und deren Anwendung in der Segmentierung Manipulierung und Klassifizierung Dissertation Chemnitz Technische Universit t Chemnitz Brunner F J amp Wagner K W 2004 Taschenbuch Qualit tsmanagement M nchen Carl Hanser Verlag Bubb H amp Fritzsche F 2009 A Scientific Perspective of Digital Human Models Past Present and Future In V G Duffy Handbook of Digital Human Literatur 139 Modeling Research for Applied Ergonomics and Human Factors Engineering S 3 1 3 30 Boca Raton CRC Press Bubb H amp Seifert R 1993 Struktur des Mensch Maschine Systems In H Bubb Menschliche Zuverl ssigkeit S 18 20 Landsberg ecomed Fachverlag Bullinger H J 1986 Systematisc
37. die Gesetzm igkeiten der Bewegung betrachtet behandelt die Dynamik die Kr fte als Ursache der Bewegungsabl ufe Es gibt zwei grundlegende Arten von Bewegungen Geradlinige Bewegung Translation und Drehbewegung Rotation wobei berlagerungen m glich sind Wichtige Gr en zur Beschreibung der Kinematik sind Weg Geschwindigkeit und Beschleunigung bzw Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung Es handelt sich hierbei um vektorielle Gr en die sich jeweils aus Betrag und Richtung zusammensetzen Wesentliche Grundgr en der Dynamik sind Masse Kraft Impuls Massentr gheitsmoment Drehmoment und Drehimpuls Kuchling 2001 Die Vielzahl an Knochen und Muskeln im menschlichen K rper f hrt zu mehr als 100 beweglichen Gelenken woraus eine Vielzahl an Bewegungskombinationen erw chst Industrieroboter besitzen mit zumeist f nf bis sechs Rotationsfreiheitsgraden sowie ggf einer siebenten Tanslationsachse vergleichsweise wenige Bewegungsm glichkeiten Dennoch l sst sich bereits hier die Bewegung des Werkzeugaufsatzes am Roboter nicht eindeutig beschreiben Feldmann Sutano amp Brossog 2005 In Abbildung 1 sind beispielhaft zwei m gliche Gelenkkonfigurationen eines Industrieroboters dargestellt die dem Erreichen derselben Zielposition dienen Die Bewegung erfolgt von der Ausgangskonfiguration hin zu zwei unterschiedlichen Endkonfigurationen wobei drei Achsen an der Bewegung beteiligt sind die sich jeweils in unterschiedliche
38. durch die Vermeidung k rperlicher berlastungen vorzubeugen Digitalen Menschmodellen wird hierf r gro es Potential zugesprochen Bislang werden diese jedoch nicht effizient eingesetzt da die Bedienung zu aufwendig ist der Funktionsumfang nicht ausreicht und eine Integration in etablierte Planungsprozesse fehlt Gegenstand dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des Funktionsumfangs digitaler Menschmodelle mit dem Ziel der simulationsbasierten Absicherung der Ergonomie mit Hilfe digital beschriebener menschlicher Bewegungen Die erste Forschungsfrage bezieht sich auf die Verbesserung der Manipulationsm glichkeiten zur schnellen Erzeugung dynamischer Simulationen Anhand einer umfassenden Literaturrecherche wurden dazu drei Hypothesen abgeleitet Demnach erfolgt menschliche Bewegung innerhalb einer typischen reproduzierbaren Motorik Hypothese 1 Folglich lassen sich anhand erfasster realer Bewegungen wiederkehrende Bewegungsmuster ableiten Hypothese 2 und mittels einer geeigneten Semantik nach arbeitsplanerischen Grunds tzen zur Bewegungssynthese f r digitale Menschmodelle nutzen Hypothese 3 In Kapitel 3 der vorliegenden Arbeit wurde daher eine Methodik zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegungen f r die Bewegungsgenerierung entwickelt Ein hierarchisches Beschreibungsmodell auf Basis komplexer technologischer Verrichtungen erm glicht eine strukturierte Modellierung menschlicher Bewegungen In einer ersten Studie wurden 5
39. eine weitgehend automatische Beurteilung der Belastungen durch manuelle Lastenhandhabungen bereits m glich alle weiteren Einflussgr en Wegstrecke Dauer K rperhaltung k nnen der Simulation automatisch entnommen werden Eine Lastenhandhabung beginnt genau dann wenn das Menschmodell mittels einer Verrichtung eine Verbindung mit einem Objekt aufnimmt und endet mit dem L sen der Verbindung Aus der Art und Dauer der Verrichtungen im Zeitraum w hrend der aktiven Verbindung ergibt sich die Art der Lastenhandhabung Wird eine entsprechend lange Wegstrecke zur ckgelegt handelt es sich bspw um einen Umsetzvorgang Die K rperhaltung beim Aufnehmen und Absetzen der Last wie auch w hrend der Lastenhandhabung wird kontinuierlich erfasst Da die K rperhaltungsklassen im Modul 3 Lastenhandhabung nicht denen des Moduls 1 K rperhaltungen entsprechen ist eine passende Zuordnung der K rperhaltungsklassen zueinander notwendig Dabei m ssen zun chst die im Formblatt formulierten qualitativen Aussagen quantifiziert werden wobei gem der verbalen Beschreibung im EAWS jeweils drei Auspr gungen gew hlt wurden Tabelle 6 Ferner werden in Modul 3 lediglich vier Klassen von Haltungspunkten beschrieben zwischen welchen jedoch interpoliert werden kann was durch die unterbrochene Linie zwischen den Feldern im Bewertungsbogen verdeutlicht wird Aus den m glichen Kombinationen der drei 3D Anteile der K rperhaltung Reichweite Neigung und Drehung
40. ema die Planungsmethodik der digitalen Fabrik um Aspekte der menschlichen Arbeit in der Produktion und erm glicht eine ganzheitliche virtuelle Absicherung Der Begriff ema steht sowohl f r die Software als auch f r das implementierte digitale Menschmodell ema wurde modular entwickelt was eine Anwendung als eigenst ndige Software wie auch eine Anbindung an bestehende Planungssysteme erm glicht 5 2 Studie zur Praxisevaluation Das entwickelte Softwarewerkzeug ema dient der Plausibilisierung von Planungsalternativen und soll dazu beitragen Belastungsschwerpunkte bzw potentielle Gesundheitsrisiken rechtzeitig zu erkennen um entsprechende Ma nahmen zur Pr vention einzuleiten Daf r muss jedoch sichergestellt werden dass das modellierte System belastbare Prognosen erm glicht d h die Software muss validiert werden Dar ber hinaus sollen durch eine zielgerichtete Bewertung auch Aussagen zum Nutzen der Software getroffen werden d h die Software soll evaluiert werden Da bereits eine marktreife Version des Systems vorliegt eignet sich hierf r eine Feldstudie wobei die Evaluation sowohl gegen die Forschungsl cke vgl Fragestellungen Kapitel 1 2 als auch gegen die Realwelt erfolgt indem reale 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 122 Anwendungsf lle genutzt werden Riege Saat amp Bucher 2009 Die Evaluation erfolgt zu Kontrollzwecken Es sollen die Erfolgskriterien Effektivit t Effizienz und Validit t der ent
41. gen gen Au erdem existieren noch verbleibende Freiheitsgrade der Bewegung Beispielsweise ist das Aufnehmen eines Werkst ckes vom Boden sowohl durch Beugen der Beine mit aufrechtem Oberk rper als auch durch weites Vorneigen des Oberk rpers bei gestreckten Beinen m glich Um diese Freiheitsgrade einzuschr nken wurde ein etabliertes Verfahren zur Beurteilung von K rperhaltungen bei der Entwicklung der Bewegungsalgorithmen ber cksichtigt Mittels OWAS Karhu Kansi amp Kuorinka 1977 k nnen K rperstellungen hinsichtlich der daraus resultierenden Belastung beurteilt werden OWAS ist ein vergleichsweise einfaches arbeitswissenschaftliches Verfahren da es eine berschaubare Anzahl an Haltungskombinationen und keine weiteren Faktoren wie Repetition umfasst vgl Kapitel 2 3 3 Daher l sst es sich einfach zur Posenbewertung eines Menschmodells einsetzen Die Anwendung des OWAS Verfahrens dient hier nicht der Ergonomie Analytik f r erstellte Simulationen sondern der Bewegungsgenerierung und beschr nkt sich auf die f r das Aufnehmen von Lasten relevanten K rperstellungen besonders des Rumpfes sowie der Arme Bei der Ermittlung der Zielpose f r das Aufnehmen der Last wird ein K rperhaltungspunktwert ermittelt Die Minimierung dieses Punktwertes ist im Regelwerk der inversen Kinematik des Bewegungsalgorithmus integriert Perspektivisch sollen werker bliche 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegun
42. mit Druckluftpistole e Bohren mit Handbohrmaschine e Setzen eines Schwei bolzens e Anl ten eines Kabels mit L tpistole sowie e Verschrauben eines Schraubteils mit Akkuschrauber lassen sich zun chst allesamt zur ckf hren auf die Elementarverrichtung gt Applizieren eines Pistolenwerkzeuges auf einen Punkt Elementarverrichtungen beschreiben technologieunabh ngige Bewegungsmuster des gesamten K rpers oder einzelner K rperbereiche des Menschen Sie bestehen aus einzelnen Bewegungen oder sind eine Kombination mehrerer Teilbewegungen welche sequenziell oder parallel erfolgen Diese weitere Zergliederung in grundlegende Bewegungen bildet eine dritte Ebene welche nunmehr v llig unabh ngig von einer spezifischen T tigkeit ist Diese Elemente werden in Anlehnung an MTM als Grundbewegungen bezeichnet Eine Segmentierung des menschlichen K rpers in einzelne Bereiche f hrt zu einer berschaubaren Grundmenge an Bewegungsm glichkeiten die aus berg ngen zwischen den jeweils m glichen K rperstellungen den Grundposen bestehen Dabei handelt es sich um f nf Bewegungsgruppen Jendrusch amp Bauer 2010 e Bewegungen der Beine und H fte e Bewegungen des Oberk rpers e Bewegungen der Arme e Bewegungen der Finger und e Bewegungen des Kopfes 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 65 Die Gesamtheit der damit m glichen Grundbewegungen ist schematisch in Abbildung 17
43. mit jeweils drei Auspr gungen und den 16 2D K rperhaltungsklassen ergeben sich 432 Kombinationsvarianten f r die jeweils ein Punktwert zwischen Eins und Acht definiert wurde So wurde bspw f r aufrecht stehende K rperhaltungen EAWS Zeile 1 oder 2 f r jeweils geringe Drehung 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 114 Neigung und Reichweite der K rperhaltungspunktwert 1 festgelegt sofern zwei der drei 3D Anteile der K rperhaltung eine mittlere Auspr gung haben und einer eine geringe so werden 3 Punkte vorgegeben Tabelle 6 K rperhaltungsklassen f r das Modul Lastenhandhabung Beschreibung Auspr gung Position der Last definiert durch Reichweite der Arme zum K rper Last am K rper lt 60 Last k rpernah 60 lt 80 Last k rperfern 80 100 Rumpfneigen oder drehen Ermittlung analog Modul1 kein Neigen Drehen lt 15 geringes Neigen oder Drehen 15 lt 25 Neigen oder Drehen 25 Maximum Rumpfbeugen Ermittlung analog Modul 1 aufrecht lt 20 geringes Beugen Vorneigen 20 lt 60 weites Beugen Vorneigen gt 60 In dieser Form ist eine eindeutige Zuordnung der qualitativen Beschreibung zu den exakten K rperhaltungen m glich W hrend Halte Trage und Umsetzvorg nge automatisiert identifiziert werden k nnen ist dies beim Ziehen und Schieben nicht der Fall Aus einem 3D Modell kann die Art des Transportmittels nicht ohne weiteres entnommen w
44. oder MoCap Verbesserungsbedarf besteht insbesondere im Hinblick auf die Animation der Menschmodelle sowie bzgl der Auswertungsm glichkeiten was die Praxisrelevanz der vorliegenden Arbeit unterstreicht 2 5 Der Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess 2 5 1 Begriffsbestimmung Der Produkt Lebenszyklus beginnt mit der Produkt Idee und erstreckt sich ber Herstellung sowie Verkauf bis hin zum Ende der Produktion des Produkts Um m glichst effiziente Abl ufe zu realisieren strukturieren Unternehmen ihre dabei auszuf hrenden Prozesse mit Hilfe definierter Zeitr ume und Verantwortlichkeiten Eigner amp Stelzer 2009 Das in Form von Zeichnungen und St cklisten dokumentierte Produkt und alle zur Fertigung ben tigten Planungsunterlagen und Ressourcen sind Ergebnisse des Produkt Entstehungs Prozesses PEP In Bezug auf den Umfang des PEP existieren unterschiedliche Auffassungen Einerseits werden sowohl Entwicklung als auch Fertigung als Inhalte aufgef hrt Steinhorst 2005 andererseits werden lediglich die Prozesse vor der Herstellung betrachtet Motus 2009 Da vor dem tats chlichen Start der Serien Produktion im Regelfall Prototypen und Vorserien hergestellt werden erscheint eine strikte Trennung jedoch nicht sinnvoll Der PEP schlie t sich an den Produkt Strategie Prozess an der die marktgerechte Konzipierung des Produktes beinhaltet Nach dem PEP beginnt der Produkt Pflege Prozess W hrend der Serienproduktion werden Modif
45. plausibel ist 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 80 Abbildung 30 Demonstrator zur Bewegungssynthese Beispiel Handhabung Akkuschrauber 3 3 5 Zusammenfassung Im Rahmen der ersten Studie wurden 54 ausgew hlte Verrichtungen dreier Probanden unter Laborbedingungen mittels Motion Capturing erfasst und f r die Bewegungssynthese aufbereitet Die Ergebnisse wurden in einen Software Demonstrator implementiert und hinsichtlich ihrer Plausibilit t berpr ft Es stellte sich heraus dass weniger die anthropometrischen Unterschiede der Probanden ma geblich f r die Bewegungsmuster sind sondern vielmehr deren individuelle Fertigkeiten Bei den Probanden handelte es sich um Laien im Hinblick auf die Ausf hrung von Montaget tigkeiten weshalb die Ausf hrung insbesondere bei der Handhabung von Werkzeugen mitunter unnat rlich und teilweise nicht fl ssig wirkte Daher wurde eine zweite Studie unter ver nderten Bedingungen initiiert 3 4 Studie 2 Motion Capturing eines Facharbeiters 3 4 1 Untersuchungsgegenstand Die zweite Untersuchung diente der Vertiefung der in Studie 1 gewonnenen Erkenntnisse Dabei sollten die Defizite der vorangegangenen Untersuchung im Hinblick auf die Probandenauswahl und den Umfang der aufgenommenen Bewegungen korrigiert werden Das Augenmerk lag auf der humanmotorisch 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r
46. vom Anwender gew nschten Form besteht folglich die Gefahr dass das Werkzeug abgelehnt wird Im Laufe des Produkt Entstehungs Prozesses werden au erdem nicht ausschlie lich Simulationen angewandt vielmehr werden Ergonomiebewertungen auch mittels anderer Softwaretools oder in Papierform angefertigt Dabei ist wichtig dass dennoch durchg ngig dieselben Methoden zum Einsatz kommen damit die Vergleichbarkeit gesichert ist Sofern nun derart verbesserte Programme zur Simulation zur Verf gung stehen ergeben sich neuartige Anwendungs Szenarien im Hinblick auf die von den verf gbaren Daten abh ngige Detaillierung einerseits und bezogen auf den Zeitpunkt im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess andererseits Um die zum jeweiligen Zeitpunkt geeignetsten Werkzeuge und Methoden anzuwenden gilt es entsprechende Prozessbeschreibungen unter Ber cksichtigung digitaler Menschsimulationen zu entwickeln 1 3 L sungsansatz und Aufbau der Arbeit Die Arbeit ist linear gegliedert jedes Kapitel baut auf Erkenntnissen der vorangegangenen auf wobei die drei zentralen Fragestellungen nacheinander betrachtet werden Nach dem einleitenden Kapitel 1 werden in Kapitel2 zun chst im theoretischen Hintergrund der Stand der Forschung aktuell verf gbare Technologien sowie deren praktische Anwendung diskutiert Durch die Interdisziplinarit t der Arbeitswissenschaft werden hierbei auch Erkenntnisse anderer Fachgebiete etwa der Physik oder Medizin ber cks
47. wieder vom Werkzeug weggef hrt 4 Abbildung 34 Phasen der Verrichtung Handhabung Eindr ckwerkzeug In den Gelenkwinkelverl ufen des rechten Arms Abbildung 35 sind die Phasen deutlich zu erkennen Die Vorpositionierung der Hand ber dem Werkzeug setzt sich aus einem leichten Strecken des Armes nach vorn bei gleichzeitigem geringem Abspreizen zusammen wobei die Bewegung langsam erfolgt Die sich anschlie ende Schlagbewegung ist durch eine weiteres Strecken und Abspreizen des Armes und zus tzliche Rotation gekennzeichnet die Bewegung erfolgt schnell W hrend der tats chlichen Eindr ckbewegung sind Armstreckung und Rotation weitgehend konstant es sind Ausgleichs bzw Bremsbewegungen im Ellbogengelenk sowie in Form der Armabspreizung sichtbar Die R ckf hrbewegung der Hand nach dem Eindr cken erfolgt umgekehrt zur Schlagbewegung 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 86 50 12 45 10 g 40 Z8 S 35 PR 6 25 384 s5 gt ES o 2220 22 S 15 250 no aT 0 0 s 0 2s 0 4s 0 6s 08s 1 0 1 2s 14s 16s V8s 2 0s u 10 2 5 4 0 6 0 0s 02s 0 4s 0 6s 0 8s 1 0s 1 2s 1 4s 1 6s 1 8s 2 0s 8 t s t s 100 0 0 s 0 2s 0 4s 0 6s 0 8s 1 0s 1 2s 1 4s 1 6s 1 8s 2 0s gm i g 9 a 5 10 88 Ex S2 90 05 9 Ba S S IE 85 3520 2 Ss og us o 3 25 80 Q lt 75 35 0 0s 0 2s 0 4s 0 65 0 8s 1 0s 12s 1 4s 1 6s 18s 2 0s t s t s 1 Vorpositionieru
48. worden Da die Dauer der K rperhaltung jedoch unter vier Sekunden liegt wird die Grundk rperhaltung Zeile 1 Stehen und Gehen bewertet Als St rke der automatisierten Bewertung erweist sich insbesondere die sehr exakte Ber cksichtigung der asymmetrischen K rperhaltungen Rumpfdrehung und neigung sowie die Reichweite der Arme werden stets korrekt erkannt und bewertet 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 110 Dauer s KH erkannt KH bewertet Start s Ende s k rper Abst tzung Rumpfdrehung 7 Rumpfneigung 7 Reichweite Ende s 348 109 IH e e Abbildung 44 Tabellarische Darstellung der K rperhaltungszwischenwerte im System ema Die Bepunktung erfolgt anhand der EAWS Wertetabelle e Dabei sind im Bewertungsbogen die Zeitantele am Gesamttakt in Klassen eingeteilt Zur Berechnung werden die Mittelwerte der Klassen verwendet Gem der EAWS Methodik wird die Punktbewertung f r Zwischenwerte des zeitlichen Anteils mittels linearer Interpolation zwischen den anliegenden Werten errechnet Eine Extrapolation ber die Maximalwerte hinaus findet nicht statt Die Berechnung der Punkte erfolgt automatisiert 4 2 2 EAWS Modul 2 Aktionskr fte Beschreibung des Moduls Im Modul 2 welches die Zeilen 17 und 18 im Formblatt umfasst werden aufzubringende Aktionskr fte anhand der Intensit t Kraftbetrag N im Verh ltnis zur Maximalkraf
49. z B beim Einsteigen in ein Fahrzeug Das gew hlte Abstraktionsniveau der Grundbewegungen l sst sich f r beliebige Menschmodelle anwenden unabh ngig von der Detailliertheit deren Aufbaus wobei ggf eine weitere Segmentierung der K rperpartien denkbar ist bspw eine Teilung des Oberk rpers Im Ergebnis liegt ein hierarchisches Ordnungsschema vor welches vier Ebenen unterschiedlicher Komplexit t umfasst Abbildung 18 Zwischen den 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 66 Elementarverrichtungen und Grundbewegungen erfolgt der bergang zwischen einer T tigkeitsbeschreibung und einer reinen Bewegungsbeschreibung Leidholdt Fischer amp M hlstedt 2010 Komplexverrichtungen 5 Elementarverrichtungen Grundbewegungen 5 Abbildung 18 Verrichtungshierarchie mit 4 Ebenen Der Zweck dieser hierarchischen Strukturierung ist es sp ter bei der Bewegungsgenerierung mit jeweils minimal notwendiger Beschreibung und m glichst viel algorithmischer Logik unter Ausnutzung technologisch gesetzm iger Zusammenh nge m glichst umfangreiche Bewegungen zu generieren Dabei setzen sich Elementarbewegungen jeweils aus mehreren der in Abbildung 17 dargestellten Grundbewegungen zusammen Dabei sind einerseits simultane Bewegungen m glich etwa gleichzeitige Grundbewegungen von Kopf und Armen andererseits k nnen die Bewegungen konsekutiv erfolgen bspw als
50. zeitaufwendig Im Rahmen einer Befragung von Anwendern digitaler Menschmodelle wurde festgestellt dass insbesondere bzgl der Manipulations Funktionen sehr gro er Bedarf an Verbesserung zur Animation der Modelle besteht Abbildung 11 2 Theoretischer Hintergrund 50 Manipulations Funktionen Interesse Weiterentwicklung Anpassen K rperhaltung Anpassen Handhaltung Bibliothek K rperhaltung Bibliothek Handhaltung Bibliothek Animationen Mehrpersonen Interaktion Anpassen Aussehen Bibliothek Aussehen 0 00 1 00 2 00 0 00 1 00 2 00 nie oft nein unbedingt Nutzung Verbesserung Abbildung 11 Manipulationsfunktionen digitaler Menschmodelle Spanner Ulmer amp M hlstedt 2010 Ferner w nschen sich die Anwender Weiterentwicklungen hinsichtlich der Analysefunktionen besonders zur Beurteilung der Belastungen Abbildung 12 Dies spiegelt sich auch in einer vergleichsweise seltenen Nutzung solcher Funktionen wider offensichtlich fehlt es an geeigneten Methoden welche den praktischen Anforderungen gen gen Analyse Funktionen Interesse Weiterentwicklung d 4 Visualisierung Bild Erreichbarkeitsanalysen Sichtanalysen Visualisierung Video Ma analysen Haltungsanalysen Kraftanalysen Zeitanalysen Lastenhandhabung 0 00 1 00 2 00 0 00 1 00 2 00 nie oft nein unbedingt Nutzung Verbesserung Abbildung 12 Analysefunktionen digi
51. 009 Der virtuelle Facharbeiter Editor menschlicher Arbeit In Tagungsband Digitales Engineering zum Planen Testen und Literatur 146 Betreiben technischer Systeme 6 Fachtagung zur Virtual Reality 12 IFF Wissenschaftstage S 289 298 Magdeburg Fraunhofer IFF Leidholdt W Fischer H amp M hlstedt J 2010 Simulation der menschlichen Arbeit gegen Arbeitshetze und Stress In E M ller amp B Spanner Ulmer 4 Symposium Wissenschaft und Praxis amp 8 Fachtagung Vernetzt planen und produzieren VPP2010 Nachhaltigkeit in Planung und Produktion S 71 83 Chemnitz Wissenschaftliche Schriftenreihe des Instituts f r Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Leidholdt W Jendrusch R amp Fritzsche L 2011 Der Humanmotorik auf der Spur Algoritnmische Bewegungsgenerierung Digitaler Menschmodelle In Mensch Technik Organisation Vernetzung im Produktentstehungs und herstellungsprozess 57 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 607 610 Dortmund GfA Press Li Z 2009 Digital Human Modelling Packages In V G Duffy Handbook of Digital Human Modeling Research for Applied Ergonomics and Human Factors Engineering S 54 1 54 21 Boca Raton CRC Press Lin L Drury C G amp Kim S W 2001 Ergonomics and Quality in Paced Assembly Lines Human Factors and Ergonomics in Manufacturing 11 S 377 382 Lins F amp Britzke B 2010 Standardisierung und Ergonomie In Me
52. 1 3 SmearOnSurface Height_1 Smear nSurface Height_1 Aufnahme_Datum 03 09 2009 14 09 2009 Verichtung SmearOnSurface SmearOn Surface Arbeitsh he 150 150 Werkzeug Lappen Lappen Gewicht_rechte_ O 0 Gewicht_linke_H 0 0 Gr e_Proband 1 56 1 87 Gewicht_Proband 51 85 TimeOffSet 0 0 Z SmearOnSurface_Height_150 vertical_Proband_Klein b Aktualisierungs_ 03 02 2010 03 02 2010 SmearOnSurface_Height_150 vertical_Proband_Grossfi Kommentar Kommentar Kommentar 0 10 20 30 40 50 Ready Animation 28 Eine 3D Animation sowie die Ausgabe von Diagrammen f r die Gelenkwinkel Verl ufe erm glichen eine objektive fundierte Analyse der Bewegung Durch Vergleich mehrerer Bewegungen in einer Animationssequenz k nnen verschiedene Bewegungsstrategien verglichen werden Ergo Tool bietet eine einfache intuitive Bedienoberfl che Zur Analyse k nnen die Bewegungen aus sechs verschiedenen Kamerapositionen betrachten werden au erdem sind ein freies Drehen der Ansicht sowie ein Anpassen der Gr e m glich Anlagen 176 Anlage 4 Bewertungsbogen EAWS European Assembly Worksheet V 1 3 2c de Geschlecht des Werkers moO fo al ut KASEN cm _ manuelle Lasten 2 Obere 5 El a handhabung Extremit ten ee Risiko nicht ee en zur ee Gestal tung Risikobeherrschung ergreifen vermeiden Ma nahmen zur R sikobeherrschung erforderlich g B Motor oder Passag jierbereich Gelenkstellung
53. 1 4 Das Verbundprojekt eMAN System zur Bewegungssynthese f r digitale Menschmodelle Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen der Entwicklung des Softwarewerkzeuges Editor menschlicher Arbeit ema einer Software zur Planung und Visualisierung manueller T tigkeiten im Kontext der digitalen Fabrik Die grundlegende Anforderung des Produkts zielt auf eben jene im vorangegangenen Kapitel 1 2 aufgezeigten Anforderungen n mlich die rasche M glichkeit der Simulationserstellung mit einem digitalen Menschmodell sowie die anschlie ende Auswertung im Hinblick auf ergonomische Risiken Zur Kl rung der wissenschaftlichen Grundlagen wurde das vom Europ ischen Fonds f r regionale Entwicklung EFRE und mit Mitteln des Freistaates Sachsen gef rderte Verbundprojekt eMAN System zur Bewegungssynthese f r digitale Menschmodelle von der imk automotive GmbH initiiert welche die Software entwickelt Ziele des Projektes waren e Kl rung der wissenschaftlichen Grundlagen zur Generierung ergonomisch und biomechanisch korrekter Bewegungen f r digitale Menschmodelle auf Grundlage von hoch aggregierten T tigkeitsbeschreibungen Verrichtungen e Erforschung einer Methode zur dynamischen Ergonomiebewertung komplexer Abl ufe und e Aufbereitung der Erkenntnisse zur nachfolgenden Implementierung in ein Produkt welches eine v llig neue Qualit t und Effizienz in der Planung und Visualisierung menschlicher T tigkeiten zum Zwecke der Produkt und Prozessopti
54. 3 3 Studie 1 Motion Capturing unter Laborbedingungen 2 2002220000 72 3 3 1 Unlersuchungsgegensiand uusnsine u 72 332 SUCHPIODE Eee rss 72 3 3 93 VOISUCHSGE SION use een ee 73 3 34 EIdEDNISSE sn aeg 75 Inhaltsverzeichnis 7 3 39 ZUsammenlassungs suu 2 einen 80 3 4 Studie 2 Motion Capturing eines Facharbeiters 22002220022002nneeneenn 80 3 4 1 Untersuchungsgegenstand ee 80 942 ZSSUCHDIOBE are ee ee ee ee see 81 3 43 Nersliensdesignse ueesissrtaneeeilae 81 34 4 Ergebnisse ea 84 34 5 Zusammenhlassung s ucsuessnensuinannnninannan aan 87 3 5 Entwicklung einer Methode zur Bewegungserfassung und aufbereitung 87 3 5 1 Vorbereitung und Analyse uusuuusnsnuenennenennenennonennonennenennonennnnennnnennenn 87 9392 BIStaeElasungassa E E 88 30 3 Aufbereitung und PrutUNO sarsan TA 89 3 5 4 Anwendung zur Bewegungssynthese 2 20022400n0n0enenn nenn nenn nennen 90 3 59 Z Usammenlassungssskiiiieiieeiseieeieeieienieiierliecieinieni 92 3 6 Ableitung idealtypischer Bewegungsmuster u222022202200200onnnnnnenenenenenn 92 3 6 1 Werkst ckhand abDUng sses E E E 93 36 2 Werkzeughandhabung 022400224000000000nn nenn nenn nenne nenne oin Ninni 96 3 6 3 Allgemeine Untersuchungskritik u0 2002040008n0 nenn nenn nenn nennen 97 364 Z sammenlasS UNg vrsne aea a aaa a 98 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digit
55. 4 Verrichtungen von drei Probanden digital erfasst und ausgewertet Dabei konnte gezeigt werden dass zwischen den Wiederholungen der Verrichtungen einerseits und zwischen den drei Probanden andererseits typische wiederkehrende Muster identifiziert werden k nnen Die Ergebnisse wurden in einen Software Demonstrator implementiert und hinsichtlich ihrer Plausibilit t berpr ft Bei den Probanden handelte es sich um Laien im Hinblick auf die Ausf hrung von Montaget tigkeiten weshalb deren Bewegungen mitunter unnat rlich und teilweise nicht fl ssig wirkten In einer zweiten Studie wurden daher 21 von einem Facharbeiter ausgef hrte Verrichtungen untersucht wobei die Erfassung unter der Anleitung eines Teams von Arbeitsplanern Ergonomen Dynamikern und Praktikern erfolgte Aus den erfassten Bewegungen konnten exemplarisch idealtypische Bewegungsmuster abgeleitet werden welche mathematisch modelliert und in Algorithmen zur Bewegungssynthese berf hrt wurden Aus den Erkenntnissen der beiden Studien entstand ein vierstufiger iterativer Prozess zur Bewegungserfassung aufbereitung und anschlie enden generierung Auf dessen Basis k nnen k nftig weitere Bewegungen untersucht und algorithmisch 6 Zusammenfassung und Ausblick 134 aufbereitet werden Somit kann eine vollst ndig algorithmische Bewegungsgenerierung f r ein digitales Menschmodell realisiert werden Die in Kapitel 4 thematisierte zweite Forschungsfrage zielte auf die Anreicheru
56. 90 Freiheitsgrade Bei der Adaption an bestehende Software wird ggf das bereits verf gbare Menschmodell verwendet 5 1 2 Funktionsprinzip Die Grundidee des ema ist das visuelle Planen in einer virtuellen 3D Umgebung w hrend konventionelle Planung hingegen berwiegend alphanumerisch ausgef hrt wird und erst anschlie end erfolgt ggf eine Visualisierung der Planungsergebnisse zum Zweck der Plausibilisierung 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 119 Die Initiierung der Bewegungen des Menschmodells basiert dabei auf Verrichtungen vgl Kapitel 3 1 Damit erfolgt die Modellierung in eben der Detailliertheit die ein Praktiker zur Planung manueller T tigkeiten verwendet Die Verrichtungen sind mit entsprechenden Parametern belegt so dass die f r den konkreten Anwendungsfall notwendige Auspr gung realisiert werden kann Nach M glichkeit werden die Parameter automatisch der Szene und dem Ablauf entnommen z B Greifart am Objekt andere m ssen manuell eingegeben werden z B Applikationspunkt f r ein Werkzeug Der Umfang der Verrichtungen wird st ndig weiterentwickelt und umfasst derzeit 27 Verrichtungen aus den in Abbildung 49 dargestellten Kategorien w Verrichtungsbibliothek gt Synchronisation gt Kopfbewegungen gt K rperbewegungen gt Hand Armbewegungen gt Objekthandhabung gt Werkzeughandhabung gt Manuelle Verrichtungen Abbildung 49 Verrichtungsbibliothek des ema So wie ein realer Fa
57. 95 Die Anzahl der notwendigen manuell zu erzeugenden K rperstellungen ist dementsprechend hoch Ans tze zur Erleichterung und Beschleunigung der Bewegungsmodellierung werden u a mit Hilfe von Bewegungsbibliotheken beschrieben DELMIA 2007 Daneben werden L sungen entwickelt welche eine Bewegungsgenerierung basierend auf einer T tigkeitsbeschreibung erm glichen Raschke Kuhlmann amp Hollick 2005 Studien zeigten dass die Bewegungen digitaler Menschmodelle auch bei augenscheinlich guten Ergebnissen teilweise stark von der Realit t abweichen bzw dass unbeteiligte K rperteile mitbewegt und beteiligte K rperteile berm ig stark bewegt werden Conradi amp Alexander 2008 Korrekte realgetreue Bewegungen k nnen mittels MoCap auf digitale Menschmodelle bertragen werden Fritzsche et al 2007 Hoffmeyer 2010 2 4 5 Zusammenfassung Die digitale Fabrik erm glicht eine durchg ngige Abbildung betriebswirtschaftlicher und technischer Prozesse w hrend der Planung und Realisierung von Arbeitssystemen F r die Abbildung manueller Vorg nge wurden digitale Menschmodelle entwickelt Diese verf gen ber diverse Manipulations und Analysefunktionen Die etablierten Programme sind weitgehend Expertensysteme deren Bedienung ausreichend Kenntnisse und bung verlangt Die 2 Theoretischer Hintergrund 52 Bewegungsmodellierung erfolgt vorwiegend manuell mittels Vorw rts oder inverser Kinematik sowie mit Hilfe von Bibliotheken
58. A Bullinger Hoffmann VPP2012 Vernetzt planen und produzieren amp Symposium Wissenschaft und Praxis Intelligent vernetzte Arbeits und Fabriksysteme S 73 82 Chemnitz Wissenschaftliche Schriftenreihe des Instituts f r Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Aubry M Julliard F amp Gibet S 2009 Modeling Joint Synergies to Sythesize Realistic Movements In S Kopp amp I Wachsmuth Gesture in Embodied Communication and Human Computer Interaction S 231 242 Berlin Springer Awiszus B Bast J D rr H amp Matthes K J 2003 Grundlagen der Fertigungstechnik M nchen Carl Hanser Verlag Badler N Phillips C B amp Webber B L 1999 Simulating Humans Computer Graphics Animation and Control Oxford Oxford University Press Baracco A Bruder R Caragnano G Lavatelli I Romano C Schaub K amp Tassinari A 2009 EAWS User Manual Bauer M Kittel W amp Paulus M 2004 Verbesserung der Produktivit t und Qualit t durch sicherheitsgerechte und gesindheitsf rdernde Arbeits und Organisationsgestaltung im Automotive Bereich Sicherheitsingenieur 10 2004 S 30 37 Bauer S 2006 Entwicklung einer prototypischen Software zur Planung und Visualisierung manueller T tigkeiten Diplomarbeit Technische universit t Chemnitz Bauer S 2011 Analyse Entwurf eines hierarchischen Systems von Bewegungsebenen zur Gliederung und sp teren Neukombination von Literatur 138
59. Andererseits ist das bislang fehlende Modul 4 ebenfalls umzusetzen um eine vollst ndige Risikoabsch tzung zu erm glichen Im Hinblick auf den Gesamtbereich der digitalen Fabrik sind berlegungen bez glich der Integration der entwickelten Software notwendig Somit k nnen Informationsverluste vermieden und der notwendige Aufwand an Zeit und Ressourcen verringert werden Literatur 137 Literatur ArbSchG 85 idF v 05 02 2009 2009 ar tracking com 2012 Abgerufen am 4 April 2012 von http www ar tracking com uploads pics IR tracking_operation principle png Abdel Malek K amp Arora J 2009 Physics Based Digital Human Modeling Predictive Dynamics In V G Duffy Handbook of Digital Human Modeling S 5 1 5 33 Boca Raton CRC Press Alexander R M 1997 A minimum energy cost hypothesis for human arm trajectories Biological Cybernetics Volume 76 S 97 105 Alexander T 2010 Funktionale Analyse und Modellierung der zeilgerichteten Armbewegung Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 02 2010 S 77 88 Arlt F 1999 Untersuchung zielgerichteter Bewegungen zur Simulation mit einem CAD Menschmodell Dissertation M nchen Herbert Utz Verlag Arndt H 2008 Supply Chain Management Optimierung logistischer Prozesse Wiesbaden Gabler Arnold R amp Sch nherr R 2012 Ganzheitliches Beschreibungsmodell der Digitalen Fabrik im Anlauf als Schnittstelle zwischen Planung und Serie In E M ller amp
60. BNISSE Hesse 124 526 ZUsammMeniaS SUNO reran 128 5 3 Praxiseinsatz digitaler Mensch Simulationen 20022202220 022er 129 53 1 Anford r ngsermUNG eieiei ee Er EEE 129 5 3 2 Anwendungsf lle und Vorgehensweise uunsssenesnenennnennenenne nennen 130 9 99 Zusammehlassungenseseseseiseneyeseiinsheseeseihisa 132 6 Zusammenfassung und Ausblick u042400240 onen nenn nenn nenn nenn nenne nenn nenn nme 133 8 1 ZUsammenlassungssssierare lerne 133 927 AUDICK era E OA 135 E aa E E E 137 ANAC 155 Anlage 1 Dokumentation zur Motion Capturing Studie 1 44s04444se nn 155 Anlage 2 Dokumentation zur Motion Gapturing Studie 2 uuu 24ssensnnnnennnnnn 169 Anlage SorllWware Ergo 100 a ie 175 Anlage 4 Bewertungsbogen EAWS uunssuenssnonennonennnennonnnnonennonennenennonennenenne nennen 176 Anlage 5 Fragebogen zur Evaluationsstudie 4444444nRnnnnn nenne nennen 180 LEBENS all een een 184 Abbildungsverzeichnis 9 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Alternative Gelenkkonfigurationen eines Industrieroboters 25 Abbildung 2 Kinematisches Modell des menschlichen Arms 440 400 27 Abbildung 3 Arbeitssystemmodell nach Bubb 200222022200220020n0 ernennen 36 Abbildung 4 Dreistufige Einteilung der Ergonomiebewertungsverfahren 38 Abbildung 5 Mixed Reality S
61. Beitz Feldhusen amp Grote 2004 2 Theoretischer Hintergrund 54 gro M glichkeit der Kostenbeeinflussung Kostenentstehung kumuliert gering Produkt Strategie Prozess a ERFISRUNGS Produkt Pflege Prozess rozess Abbildung 14 M glichkeit der Kostenbeeinflussung und Kostenfestlegung w hrend des Produktiebenslaufs Ehrlenspiel Kiewert amp Lindemann 1998 Neben der Sicherung der Herstellbarkeit wird auch der Umfang an Produktvarianten festgelegt welcher ma geblichen Einfluss auf die sich anschlie ende Phase der Produktionsentwicklung hat Im Rahmen der sog Produkt Workshops wird in der Automobilindustrie die Baubarkeit aber auch die wirtschaftliche Gestaltung des Produktes berpr ft und optimiert Anhand der Ergebnisse der Produktentwicklung wird anschlie end w hrend der Produktionsentwicklung bzw Planung ein Ablauf zur Herstellung entworfen Dies umfasst u a die Erstellung einer technologischen St ckliste also die Festlegung der Baureihenfolge des Produktes die Auswahl der Fertigungstechnologien die Konzipierung des Logistikkonzeptes und die Arbeitsplatzgestaltung Eine wichtige Einflussgr e ist dabei das geplante Produktionsvolumen welches sich sowohl auf das grundlegende Herstellkonzept als auch auf die Fertigungsorganisation auswirkt Mittels Produktions Vorbereitungs Workshops werden unter Einbeziehung der sp teren Belegschaft die Arbeitspl tze unter wirtschaftlichen und ergonomischen Gesich
62. Digitale Menschmodelle 2 4 1 Die digitale Fabrik Beginnend mit der Abl sung des Zeichenbrettes als Konstruktionswerkzeug durch Computer Aided Design Systeme CAD wurden seit den 1970er Jahren Computersysteme in allen wesentlichen Bereichen der Planung und Steuerung industrieller Produktion eingef hrt Mit dem Computer Integrated Manufacturing CIM entstand in den 1980er Jahren der erste Ansatz eines umfassenden Einsatzes von automatisierter Fertigungssteuerung Geckler amp Rehnelt 2004 CIM ist gepr gt durch eine zentrale Datenbasis und die fr hzeitige Verbindung von technischen und betriebswirtschaftlichen Funktionen Dieser Integrationsgedanke wird durch das in 2 Theoretischer Hintergrund 44 Abbildung 6 dargestellte Y Modell verdeutlicht Scheer 1987 Grundidee ist es bereits w hrend der Planung die beiden bislang voneinander getrennten Bereiche technische Entwicklung und betriebswirtschaftliche Produktionsplanung und steuerung durch die Nutzung einer gemeinsamen Datenbasis miteinander zu verbinden Diese Verkn pfung wird mit fortschreitendem Reifegrad des Produkts immer enger Die digitale Fabrik kann dabei nicht nur Planung und Realisierung eines Produktionssystems unterst tzen sondern auch die als Anlauf bezeichnete bergangsphase Arnold amp Sch nherr 2012 Planung Realisierung PPS Produktionsplanung und steuerung CAE Computer Aided Engineering CAD Computer Aided Design CAP Computer Aided Planning CAM Co
63. J 2011 Dubbel Taschenbuch f r den Maschinenbau Berlin Springer Grundig C G 2009 Fabrikplanung Planungssystematik Methoden Anwendungen M nchen Carl Hanser Verlag Gudehus T 2008 Entwicklung eines Verfahrens zur ergonomischen Bewertung von Montaget tigkeiten durch Motion Capturing Dissertation Kassel Kassel University Press Gumpert N 2012 Doktor Gumpert Abgerufen am 5 September 2012 von http www dr gumpert de html bewegungswissenschaft html Hacker W 1986 Arbeitspsychologie Psychische Regulation der Arbeitst tigkeiten Berlin VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Haggard P Leschziner G Miall R C amp Stein J F 1997 Local learning of inverse kinematics in human reaching movement Human Movement Science 16 S 133 147 Heckhausen J amp Heckhausen H 2010 Motivation und Handeln Berlin Springer Hendrick H W 1996 Good Ergonomics Is Good Economics In Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society 40th annual meeting Santa Monica CA Human Factors and Ergonomics Society Literatur 143 Hendrick H W 2003 Determining the cost benefits of ergonomics projects and factors that lead to their succes Applied Ergonomics 34 S 419 427 Hensel Unger R 2011 Entwicklung einer Gestaltungssystematik f r das Industrial Engineering IE unter besonderer Ber cksichtigung kultureller Einflussfaktoren am Beispiel von Tschechien und Polen Dissertation C
64. L sungen f r die Digitale Fabrik Mit Durchhalteverm gen zum Erfolg Werkstatt Betrieb 9 2006 S 2 6 Riege C Saat J amp Bucher T 2009 Systematisierung von Evaluationsmethoden in der gestaltungsorientierten Wirtschaftsinformatik In J Becker H Kremar amp B Niehaves Hrsg Wissenschaftstheorie und gestaltungsorientierte Wirtschaftsinformatik S 69 86 Heidelberg Physica Verlag Rill G amp Schaeffer T 2010 Grundlagen und Methodik der Mehrk rpersimulation Wiebaden Vieweg Teubner Verlag Rodriguez Flick D 2010 Virtuelle Absicherung manueller Fahrzeugmontagevorg nge mittels digitalem 3D Menschmodell Optimierung der Mensch Maschine Interaktion Dissertation M nchen Technische Universit t M nchen Rohmert W 1972 Aufgaben und Inhalt der Arbeitswissenschaft In Die berufsbildende Schule S 3 14 Rohmert W 1984 Das Belastungs Beanspruchungs Konzept Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 38 S 193 200 Roth K amp Willimczik K 1999 Bewegungswissenschaft Reinbek bei Hamburg Rowohlt Taschenbuch Verlag Sabbah O Bubb H amp Bengler K 2010 bersicht zur Modellierung menschlicher Bewegungen am Beispiel des Ein und Ausstiegs bei Automobilen Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 02 2010 S 89 100 S mann W 1970 Charakteristische Merkmale und Auswirkungen ung nstiger K rperhaltungen Berlin Beuth SantosHuman 2012 Abgerufen am 19 Mai 2012 von http
65. OOSE ee 19 2 Lheorelisener HIMEN zussasa E A 21 2 1 Menschliche Bewegungen sans 21 2 1 1 Grundlagen menschlicher Bewegungen uneneeenenseenennnnnennennenne nennen 21 2 1 2 Physiologische Grundlagen 2 022220002220002ennn nenne nenne nenne nenne nnnnnennn 23 2 1 3 Physikalische Grundlagen 220022220022400022nn0 nenne nnnne nenne nenne nnnnnennn 24 2 1 4 Bewegungsanalyse und modellierung 2 200224002020 nennen 27 21 0 ZUS H MERIISSUN Genen 30 2 2 Strukturierungsmodelle menschlicher Arbeit und Bewegung 31 2 2 1 Strukturierung aus technologischer Sicht 444404444e nennen 31 2 2 2 Strukturierung aus arbeitsorganisatorischer Sicht 002240 gt 32 2 2 3 Strukturierung von Bewegungen aus t tigkeitsunabh ngiger Sicht 34 224 Zusammenlassungessnsasienscaasinrisniaignsieagn 34 2 3 Arbeitsgestaltung und Ergonomie u2z2002000008000nn0nnno anno nenn nenne nnnn nennen 35 2 3 1 BEOHINSBESUMNUN GE ssesesssrrein rrine EN E E EN DiE SEPE iea Ee 35 2 3 2 Dimensionen der Arbeitsgestaltung n nsesnnennnensnerrsnreerrerrrerrrsrrrerren 36 Inhaltsverzeichnis 6 2 3 3 Methoden der Ergonomiebewertung u02240020n00nenn nenn nenn nennen 38 2 3 4 Rechnerunterst tzte Verfahren zur Ergonomiebewertung 40 2 99 Z sammenlassungs sesnsrsni 43 24 Digitale MEenSChMOQelensnr
66. Praxis Intelligent vernetzte Arbeits und Fabriksysteme S 73 82 Chemnitz Wissenschaftliche Schriftenreihe des Instituts f r Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Sch nherr R Fritzsche L amp Schmickartz S 2013 Praxis digitaler Arbeitsplanung Validierungsstudie zum Einsatz des Editors menschlicher Arbeit ema In Chancen durch Arbeits Produkt und Systemgestaltung Zukunftsf higkeit f r Produktions und Dienstleistungsunternehmen 59 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 339 342 Dortmund GfA Press
67. Schraubarbeiten Stufe Beschreibung o 1 Schraubarbeten _ 1 1 1 Schraubteil mit Unterlegscheibe 2 Turnusse Gang suchen 1 1 1 4 Schraubteil mit Unterlegscheibe und Zusatzteil 2 Turnusse Gang suchen Stecken und eindrehen 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 63 stufe Beschreibung aus Handvoll ein Schraubteil in Hilfsmittel platzieren 1 2 1 21 2 Handmaschinenschrauber umsetzen auf weiteres Schraubteil Handmaschinenschrauber umsetzen auf weiteres Schraubteil __ lt 1 2 1 3 1 2 1 4 7 l F 2 15 Schraubendreher aufnehmen ansetzen Schraubteil einschrauben ablegen 2 1 6 Schraubendreher umsetzen auf weiteres Schraubteil Schraubteil einschrauben 22 1 2 1 8 1 2 1 9 1 2 1 10 1 2 1 11 Handmaschinenschrauber umsetzen an weitere Schraubstelle mit eingesetztem 1 2 2 2 Schraubteil 2 2 4 Drillschrauber umsetzen an weitere Schraubstelle mit eingesetztem Schraubteil 1 2 1 12 Mehrfachschrauber umsetzen auf weitere Schraubstelle 1 2 2 Hilfsmittel aufnehmen mit eingesetztem Schraubteil ansetzen ablegen 2 2 1 Handmaschinenschrauber aufnehmen mit eingesetztem Schraubteil ansetzen ablegen 1 2 25 Schraubendreher aufnehmen mit eingesetztem Schraubteil ansetzen ablegen 1 1 2 3 1 Werkzeug zum Gegenhalten aufnehmen ansetzen ablegen 1 2 2 6 Schraubendreher umsetzen an weitere Schrau
68. Simulationsbasierte Absicherung der Ergonomie mit Hilfe digital beschriebener menschlicher Bewegungen Von der Fakult t f r Maschinenbau der Technischen Universit t Chemnitz genehmigte Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktoringenieur Dr Ing vorgelegt von Dipl Wi Ing Ricardo Sch nherr geb Jendrusch geboren am 11 12 1982 in Leipzig eingereicht am 30 10 2013 Gutachter Prof Dr phil habil Dr Ing Birgit Spanner Ulmer Prof Dr Ing Egon M ller Doz Dr sc techn Wolfgang Leidholdt Chemnitz den 30 01 2014 Bibliographische Beschreibung 2 Bibliographische Beschreibung Sch nherr Ricardo Simulationsbasierte Absicherung der Ergonomie mit Hilfe digital beschriebener menschlicher Bewegungen Dissertation an der Fakult t f r Maschinenbau der Technischen Universit t Chemnitz Institut f r Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Professur Arbeitswissenschaft Chemnitz 30 Oktober 2013 185 Seiten 56 Abbildungen 8 Tabellen 243 Literaturquellen 5 Anlagen Referat Digitale Menschmodelle gelten als gut geeignete Werkezeuge zur Planung und Bewertung manueller Arbeit insbesondere zur pr ventiven Ergonomieabsicherung Bislang ist jedoch der Funktionsumfang der Softwaretools unzureichend und der Bedienaufwand zu hoch In der vorliegenden Arbeit wird daher die Entwicklung einer Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegungen f r die Bewegungsgenerierung und semiautomati
69. Softwarel sungen zus tzliche M glichkeiten zur Untersuchung von Sicht und Erreichbarkeit sowie Haltungsanalysen Abbildung 10 Greifraumvisualisierungen helfen die Erreichbarkeit von Objekten rasch zu berpr fen Durch Einf rben werden Vorzugswinkelbereiche einzelner Gelenke visualisiert ung nstige Gelenkstellungen k nnen so leichter identifiziert werden Die Darstellung des Sichtfeldes zeigt ob Aktionsr ume einsehbar sind Erw nschte oder unerw nschte Kollisionen des Menschmodells mit anderen Objekten k nnen ebenso farbig hervorgehen werden Dar ber hinaus bieten die Programme Standard Methoden zur ergonomischen Bewertung beispielsweise von K rperhaltungen oder manuellen Lastenhandhabungen Grunds tzlich lassen sich vielf ltige Ergonomiemethoden implementieren wobei ggf zus tzliche manuelle Eingaben erforderlich sind um eine vollst ndige Risikobewertung zu erm glichen Kamusella amp Schmauder 2010 Kamusella amp rd gh 2011 Kamusella 2012 2 Theoretischer Hintergrund 49 Abbildung 10 Analysefunktionen f r das digitale Menschmodell Human Builder Jendrusch 2008 Hinsichtlich der Softwareergonomie und Benutzerfreundlichkeit l sst sich feststellen dass es sich bei den digitalen Menschmodellen um Expertensysteme handelt deren Bedienung einer entsprechenden Einarbeitungszeit bedarf und mit einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden ist Insbesondere die Generierung von Bewegungen erweist sich als schwierig und
70. a s 1nus ea 43 244 Biedialtal amp Fabriken 43 2 4 2 Historische Entwicklung und wichtige Modelle uu su0402000 46 2 4 3 Funktionsumfang und Anwendungsgebiete uu uunsssenennenenn nennen 46 2 4 4 Bewegungsgenerierung f r Digitale Menschmodelle 51 24 5 Z s mmentassunNg ee ee TEE 51 2 5 Der Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess 2 022s0220000 52 25 1 BEIENSDESUMMUNg EEE 52 2 5 2 Phasen des Produkt Entstehungs Prozesses u2220022202220 nennen 53 2 5 3 Ergonomie im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess 55 2 54 ZUsammenlassungssesisssaussinassansesaiiansnaeage 57 29 FA EEE 57 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die BewegungsgenerierUNG une ae 59 3 1 Hierarchisches Beschreibungsmodell zur Bewegungssynthese 60 3 1 1 Die komplexe technologische Verrichtung u044404en0 Rene nnn en 61 3 1 2 Klassifizierung komplexer Verrichtungen 4044004440Benn nennen 62 3 1 3 Hierarchisches Ebenenmodell der Verrichtungen und Bewegungen 64 3 14 Zusammenfassung seris ee 67 3 2 Vor berlegungen zum Bewegungsstudium un suesessenennnennnennenenne nennen 6 3 2 1 Eingrenzung des Untersuchungsbereiches s42400240 Rene 69 322 EaADOLVELSUCHE ia ee 70 3 2 3 Bewegungserfassung anna 71 322 ZU sammenlassungsnue ne 71
71. achte physikalische Modelle berf hrt Die Bewegungserfassung erfolgt zumeist mittels sog Motion Capturing Systeme die anschlie ende Auswertung mit Hilfe von Mehrk rpermodellen Trotz der Komplexit t 2 Theoretischer Hintergrund 31 und Vielf ltigkeit k nnen gleichartige wiederkehrende Muster identifiziert werden die als Basis zur Bewegungssynthese geeignet sind 2 2 Strukturierungsmodelle menschlicher Arbeit und Bewegung Die in dieser Arbeit angestrebte Generierung menschlicher Bewegungen setzt eine geeignete Semantik voraus mit der die Bewegungshandlungen beschrieben und strukturiert werden k nnen Dabei kann auf bereits vorhandene Strukturierungsmodelle zur ckgegriffen werden Zur Beschreibung und Komplexit tsreduzierung werden Arbeitst tigkeiten je nach Kontext in verschiedene Abstraktionsniveaus untergliedert Diese Strukturierung kann sowohl technologisch orientiert als auch im Hinblick auf arbeitsorganisatorische Aspekte erfolgen 2 2 1 Strukturierung aus technologischer Sicht Produktion bzw Produktionstechnik l sst sich vielseitig untergliedern beispielsweise bez glich der Stoffe bzw Produkte in Verfahrenstechnik Verarbeitungstechnik und Fertigungstechnik Awiszus Bast D rr amp Matthes 2003 oder hinsichtlich der Verrichtungen bzw Prozesse REFA Bundesverband e V 2002 Dies unterscheidet sich insbesondere branchenspezifisch so wird etwa im Fahrzeugbau gegliedert in Presswerk Karosseriebau Lack und Mont
72. age Produktionstechnik wird gem DIN 8580 2003 untergliedert in sechs Hauptgruppen von Fertigungsverfahren Unterscheidungskriterium ist dabei die Auswirkung auf den Zusammenhalt der Teilchen eines Festk rpers bzw der Teile eines zusammengesetzten K rpers e Urformen Zusammenhalt schaffen e Umformen Zusammenhalt beibehalten e Trennen Zusammenhalt vermindern e F gen Zusammenhalt vermehren e Beschichten Zusammenhalt vermehren sowie e Stoffeigenschaften ndern Diese Strukturierung orientiert sich einzig an der Auswirkung auf das Produkt ein Bezug zur Arbeit und Bewegung des Menschen fehlt g nzlich bzw beschr nkt sich dieser vorwiegend auf einzelne Bereiche Fokussiert auf menschliche T tigkeiten ist insbesondere das Handhaben welches in der VDI Richtliiniie 2860 1990 untergliedert wird in e Speichern e Mengen ver ndern e Bewegen e Sichern und e Kontrollieren 2 Theoretischer Hintergrund 32 Diese rein technologisch orientierten Gliederungen ber cksichtigen allein die Einwirkung auf einen K rper bzw einen Stoff nicht aber die daf r notwendigen manuellen T tigkeiten Vielmehr kann auch eine vollst ndig automatisierte Ausf hrung der Verfahren ohne Einwirkung des Menschen erfolgen weshalb sich diese Art der Strukturierung im Hinblick auf menschliche Arbeit nur bedingt eignet Daher werden im Weiteren Strukturierungsmodelle aus arbeitsorganisatorischer Sicht thematisiert 2 2 2 Strukturierung
73. ale Menschmodelle 99 4 1 Auswahl einer Methode und Pr fung auf Umsetzbarkeit 99 4 1 1 Anforderungen und Auswahl einer Methode s ssssensnennesnresrrrerrrennne 99 41 2 Prot typische Umsetzung sun 103 4 1 3 Zusammenlassufg se nuenusun en ananannsarananaeasene 106 42 UMSETZUNG a kn GE He a an ee 106 4 2 1 EAWS Modul 1 K rperstellung 4u404444004eHn en enn nenne nenne nenn 106 4 2 2 EAWS Modul 2 Aktionskr fte 2002240020000R0nn nenn nenne nenne nennen 110 4 2 3 EAWS Modul 3 Manuelles Handhaben von Lasten 112 424 EAWS Modul O0 Extrapunkte 2222002240020n0 nenn nenn ennnnonennenenne nennen 115 4 2 5 EAWS Modul 4 Belastung der oberen Extremit ten 116 42 6 ZUsammenlassung arms R A 117 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation uu uu0444ssenenee nennen 118 Inhaltsverzeichnis 8 5 1 Der Editor menschlicher Arbeit 022200200020000080 0000 onnno non nennen 118 5 BEaHTSsDBEesImming zer esee 118 5 2 IBUNKIONSPIINZID sen er N 118 Iko SZUFammEeNd SUNG een 121 52 Studie ZzurPraxisevallatlonssassssrkia kn 121 5 2 1 Untersuchungsgegenstand u222s0000000000nnnonnnnnnnn nenne nnne nenn nenn 122 5 22 NOIDElrachlUngeEn sesssansssenseassrnntnsasagerasrangk 122 923 SUCH ODE zes ee 123 5 24 Untersuchungsdesign un senseeeeerenie 123 5 2 5 EIGE
74. alisierung an sich bereits ein sehr wirkungsvoller Absicherungsumfang denn so l sst sich zun chst die Ausf hrbarkeit einer Arbeitsaufgabe sicherstellen Grobe Fehler der Arbeitsplatzgestaltung k nnen fr hzeitig erkannt und korrigiert werden Die zweite Stufe der Ergonomieabsicherung ist die Beurteilung des simulierten Prozesses mittels einer Methode zur Belastungsbeurteilung In der betrieblichen Praxis werden vermehrt Verfahren benutzt welche derzeit nicht zum Funktionsumfang der etablierten Software L sungen geh ren Um eine Durchg ngigkeit der Ergonomiebewertung in allen Phasen des Produkt Entstehungs und Herstellungsprozesses sicherzustellen sind diese fehlenden Methoden f r die Belastungsprognose in die Programme zur digitalen Menschsimulation zu implementieren Obgleich es zu den Zielen des Forschungsprojekts eMAN geh rt eine neuartige Methode zur Belastungsbewertung zu entwickeln vgl Kapitel 1 4 gilt es zun chst einmal ein in der Praxis bereits etabliertes und angewandtes Verfahren derart in die Software zu implementieren dass mit wenig Aufwand die gewohnte also bislang manuell bzw aus anderen Software Werkzeugen bekannte Ergebnisdarstellung erzeugt werden kann Das Konzept zur Umsetzung einer Ergonomiebewertungsmethode f r ein digitales Menschmodell wurde in Teilen bereits publiziert Jendrusch Pirger amp Fritzsche 2011 Jendrusch et al 2011 Fritzsche et al 2011 Jendrusch 2012 4 1 Auswahl einer Methode
75. analysen dienen vielseitigen Aspekten vorwiegend aus medizinischen und technischen Disziplinen Als konkrete Beispiele seien stellvertretend die Evaluation des Gehens im Hinblick auf orthop dische Rehabilitation die Optimierung von Bewegungsabl ufen im Leistungssport die Modellierung der Bewegung im Medienbereich oder die Rationalisierung von Arbeitsabl ufen in der Industrie genannt Historisch reicht die Analyse von Bewegungen bereits bis zu den Urmenschen zur ck welche anhand des Bewegungsverhaltens von Gruppenmitgliedern deren Eignung f r die Jagd einsch tzten Tober amp K hler 2009 Bewegungsanalyse hei t zun chst einmal Erfassung und Auswertung realer Bewegungen Sie dient zumeist der gezielten Ver nderung oder aber der Prognose 2 Theoretischer Hintergrund 28 von Bewegungsmustern Bewegungsanalytische Untersuchungen ber cksichtigen dabei sehr unterschiedliche Aspekte Erste Studien widmeten sich der Ganganalyse Weber amp Weber 1836 Fischer amp Braune 1899 In der Produktgestaltung werden beispielsweise Einstiegvorg nge in Fahrzeuge betrachtet Sabbah Bubb amp Bengler 2010 w hrend im Kontext der Arbeitsplatzgestaltung bspw die Handhabung empfindlicher Objekte analysiert wird Diaz Meyer 2008 Zur Bewegungsanalyse ist eine Beschreibung der Lage des menschlichen K rpers notwendig dies umfasst den Ort an dem der K rper sich relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem befindet seine Orientierung sowie die K
76. angen zu einem Gegenstand Eine vollst ndige Bewegungsbeschreibung ist einer Ablaufanalyse jedoch nicht zu entnehmen da jeweils nur zeitbestimmende Bewegungen dokumentiert werden und berlappungen m glich sind Um nicht nur bez glich der notwendigen Dauer sondern auch hinsichtlich der beteiligten K rperbereiche differenzieren zu k nnen sind die Bewegungen nach den jeweiligen physiologischen Funktionseinheiten zu strukturieren Leidholdt Fischer amp M hlstedt 2010 G hner 1987 beschreibt als Vorgehen zur Bewegungsanalyse die Zerlegung von Bewegungsabl ufen in funktional abgeschlossene Teilbewegungen mit je einem eigenen Bewegungsziel wobei vier Aspekte betrachtet werden e die subjektbezogene Bewegungsrichtung e die zu beschreibenden Stellen des K rpers hierarchisch gegliedert vom gesamten K rper zu K rperteilen e Ausgangs und Endposition sowie e der Zeitaspekt 2 2 4 Zusammenfassung Zur Beschreibung und Komplexit tsreduzierung werden Arbeit und Bewegung strukturiert Dabei kann dies aus verschiedenen Blickwinkeln technologisch oder arbeitsorganisatorisch orientiert wie auch aus t tigkeitsunabh ngiger Betrachtung heraus erfolgen So l sst sich jeder komplexe Arbeitsablauf in Teilschritte und bezogen auf den Menschen letztlich in Grundbewegungen gliedern Aus dieser Gliederungssystematik l sst sich eine Semantik f r die Bewegungssynthese ableiten wobei die jeweiligen physiologischen Funktionseinheiten als struktu
77. aters Putz Anderson amp Garg 1994 oder Dosisbetrachtungen beinhalteten welche vor allem durch arbeitsmedizinisches Fachpersonal angewandt werden k nnen Berufsgenossenschftliches Institut f r Arbeitsschutz BGIA 2005 Aktuelle Verfahren hingegen erm glichen eine Risikoabsch tzung Steinberg amp Windberg 1994 J rgens et al 2002 Oft fokussieren Verfahren auf ausgew hlte Belastungsfaktoren etwa das NIOSH Verfahren auf manuelle Lastenhandhabung Waters Putz Anderson Garg amp Fine 1993 der montagespezifische Kraftatlas auf zul ssige Aktionskr fte Wakula et al 2009 SAK System zur Analyse von K rperhaltungen oder OWAS Ovako Working Posture Analysing System auf K rperhaltungen S mann 1970 Karhu Kansi amp Kuorinka 1977 Andere Methoden wie RULA Rapid Upper Limb Assessment oder OCRA Occupational Risk Assessment erm glichen umfassendere Analysen McAtamney amp Corlett 1993 Colombini Occhipinti amp Grieco 2002 Eine vollz hlige Darstellung der vorhandenen Methoden ist kaum m glich so berichtet Lawaczek 2001 von mehr als 130 Methoden allein zur Beurteilung von K rperhaltungen und Bewegungen 2 Theoretischer Hintergrund 40 Unter Nutzung der verschiedenen Verfahren entstanden Kombinationsverfahren welche eine rasche Beurteilung zusammengesetzter Belastungssituationen erlauben Diese als Screening Verfahren bezeichneten Methoden wurden f r den Einsatz in der industriellen Praxis entwicke
78. ativ absichern zu k nnen m ssen weitere Bewegungen etwa mit sperrigen oder empfindlichen Bauteilen sowie unter anderen Bedingungen bspw berkopfarbeit erfasst werden Spezialbewegungen wie Einstiegvorg nge sollten die Verrichtungsbibliothek erweitern Dar ber hinaus ist zu untersuchen wie die berg nge zwischen Verrichtungen erfolgen In den Studien wurden isolierte Verrichtungen erfasst und untersucht nicht aber die kombinierte Ausf hrung mehrerer Verrichtungen Das bisher erprobte Vorgehen zur Auswertung der erfassten Bewegungen ist sehr aufwendig da die Datenaufbereitung vorwiegend manuell erfolgt Wenn eine gr ere Anzahl an Aufnahmen durchgef hrt werden soll so ist der Prozess der Datenaufbereitung zu automatisieren so dass der Zeitaufwand f r reine Datenverarbeitungsvorg nge erheblich reduziert wird Die auf Basis der gewonnen Erkenntnisse entstandene Softwarel sung Editor menschlicher Arbeit ema wurde bereits mehrfach produktiv eingesetzt L ngerrfristig 6 Zusammenfassung und Ausblick 136 ausgelegte Validierungsstudien fehlen bislang jedoch Im Rahmen eines realen Planungsprojektes ist eine L ngsschnittuntersuchung m glich um die Vorhersagequalit t der Bewegungssimulation abzusichern Ferner ist die implementierte semiautomatische Ergonomiebewertung weiterzuentwickeln Einerseits erlauben zus tzliche Verrichtungen bspw das Einsteigen in den Fahrzeuginnenraum auch eine automatisierte Bewertung von Modul 0
79. bekommt durch den realen Aufbau haptische R ckmeldungen was eine realistische Ausf hrung der Arbeitsumf nge erm glicht Engstler 2006 Naumann amp Israel 2006 Abbildung 5 Mixed Reality Szenario einer Fahrzeugmontage Situation Jendrusch 2008 Um eine rasche Durchf hrung der Ergonomiebeurteilung zu realisieren werden durch MoCap die Bewegungsdaten des Probanden aufgenommen Fritzsche et al 2007 Hoffmeyer 2010 W hrend dieser den Arbeitsablauf simuliert werden seine K rperhaltungen ber ein Tracking System erfasst und k nnen anschlie end einer teilautomatisierten Analyse unterzogen werden Hierf r wird der Proband ebenfalls mit entsprechenden Markern versehen Da allein die K rperhaltungen erfasst werden sind darauf basierende Bewertungsverfahren z B OWAS RULA vgl Kapitel 2 3 3 etc besonders geeignet Es ist jedoch denkbar die Haltungsdaten um weitere Belastungsangaben zu erg nzen und damit umfangreichere Analysemethoden z B EAWS anzuwenden 2 Theoretischer Hintergrund 43 Keil H rtel Toledo Munoz Busche amp Hoffmeyer 2010 VR MR Technologien bieten M glichkeiten zur fr hzeitigen Ergonomieabsicherung Aufgrund ihrer Vorteile und raschen Entwicklung in den vergangenen Jahren werden sie heute bereits produktiv eingesetzt Steck Mosig Ehler Hildebrand amp Fritzsche 2008 Thiemich 2012 Die Darstellung echter Bewegungen ist ein besonderer Vorteil Zur Datengewinnung sind jedoch eine umfa
80. bildung 32 M gliche Umschlagzonen bei der Handhabung von motorisch angetriebenen links und manuell bet tigten Werkzeugen rechts 83 Abbildung 33 Umschlagzonen f r die Verrichtung Handhabung Akkuschrauber 84 Abbildung 34 Phasen der Verrichtung Handhabung Eindr ckwerkzeug 85 Abbildung 35 Gelenkwinkelverl ufe w hrend der Phasen der Verrichtung Handhabung Eindr ckwerkzeug u2202402402202n0nnn ann nennen nennen 86 Abbildung 36 Schema der Bewegungsgenerierung u222440224000ennenennennnn nennen 91 Abbildung 37 Methode zur Systembef llung Phasen und Inhalt 92 Abbildung 38 Greiffolge f r den Objekttyp Streifenplatte 0 95 Abbildung 39 Werkzeugmodell mit Greifpunkt 1 und Arbeitspunkt 2 97 Abbildung 40 Prototypische Visualisierung kombinierter Zeit und ErOONOMIEANAIYSEN nenn anksehsuhtesn 104 Abbildung 41 Prototypische AAWS Bewertung f r das Menschmodell Human BUdEN ee mens ee 105 Abbildung 42 M glichkeiten der Rumpfbeugung f r das Menschmodell Human BU ass senssee er eeseeeere 108 Abbildung 43 H hen der K rperteilmarker im Zeitverlauf uu0n 4sne nenn 109 Abbildung 44 Tabellarische Darstellung der K rperhaltungszwischenwerte im ELEA EIN e VANE EA EA AEN 110 Abbildung 45 ema Eingabedialog f r Verrichtungsparameter einschlie lich KTallaUlWanld aussen 111 Abbil
81. bspw in sehr langen Ladezeiten oder gar Systemabst rzen u ert Betriebsmittel wie auch Vorrichtungen und sonstige Interaktionsobjekte k nnen Bibliotheken entnommen oder vereinfacht nachmodelliert werden 5 3 2 Anwendungsf lle und Vorgehensweise W hrend der Produktentwicklung liegen als Eingangsdaten virtuelle Modelle und St cklisten vor wobei mehrere Gestaltungsalternativen zur Auswahl stehen Auf Basis eines Referenzprodukts sind ferner kritische Bauteile hinsichtlich der Ergonomie bekannt Der Einsatz digitaler Menschmodelle dient hier vor allem der Sicherstellung grundlegender Anforderungen an Sicherheit und Gesundheit sowie der Beachtung ergonomischer Grunds tze Es wird vorwiegend das Produkt betrachtet In der Phase der Produktdefinition k nnen Gestaltungsalternativen verglichen werden Sofern eine Variante gew hlt wurde kann diese im Rahmen der Produktentwicklung detailliert und optimiert werden Dabei werden die Sichtbarkeit und Zug nglichkeit von Baur umen berpr ft und unerw nschte Kollisionen ausgeschlossen Package Untersuchungen auf alleiniger Basis der Produktmodelle stellen zun chst nur sicher dass ein theoretischer Einbaupfad f r ein Bauteil besteht Erst durch die Integration des digitalen Menschmodells wird auch die praktische Baubarkeit untersucht Da Produktentwicklung ohnehin mittels 3D Software erfolgt sind keine gr eren Bedienungshemmnisse zu erwarten so dass Entwickler ggf eigenst ndig mit dem digita
82. bstelle mit eingesetztem Schraubteil 1 2 3 Hilfsmittel zum Gegenhalten aufnehmen an Schraubstelle plazieren ablegen ifen 2 2 3 Drillschrauber aufnehmen mit eingesetztem Schraubteil ansetzen ablegen 292 Werkzeug zum Gegenhalten umsetzen auf weitere Schraubstelle 1 2 4 mit Drehmomentschl ssel festziehen 2 4 2 mit Drenmomentschl ssel umsetzen und festziehen lt 30 Nm ohne Umgreifen 1 2 4 3 mit Drenmomentschl ssel festziehen gt 30 Nm mit Umgreifen 1 2 4 4 mit Drenmomentschl ssel umsetzen und festziehen gt 30 Nm mit Umgreifen Schraubereinsatz wechseln 1 2 5 1 Schraubereinsatz wechseln 1 2 4 1 mit Drenmomentschl ssel festziehen lt 30 Nm ohne Umgreifen 1 Die Untergliederung in vierter Ebene ergibt bereits 35 verschiedene Verrichtungen wobei eine weitere branchen oder gewerkespezifische Strukturierung m glich ist Die Beschreibung macht deutlich dass zwei alternative M glichkeiten zur Verf gung stehen Einerseits k nnen bewusst wenige Verrichtungen mit einer Vielzahl inh renter Parameter definiert werden dies entspr che etwa der Ebene zwei Andererseits f hrt eine gezielte Minimierung an Parametern zu einem Anwachsen der Anzahl verschiedener Verrichtungen wie bei der vierten Ebene Beide M glichkeiten sind letztlich wenig praktikabel da sie eine Vielzahl an Entscheidungen verlangen Ist die Verrichtung wenig komplex bedarf sie nur weniger Parameter und ist anwenderfreundlich Durch den eingesch
83. ch aggregierte parametrisierte Beschreibung der Verrichtung etwa Objekt aufnehmen und am Zielpunkt platzieren Die Parameter sind das ausgew hlte Objekt sowie der Zielpunkt Aus der Bewegungsdatenbank kann zwar die Bewegung der Hand hin zu einem Punkt entnommen werden dieser ist jedoch noch nicht bekannt Aus der Wissensdatenbank muss folglich noch entnommen werden wie das Objekt mit seiner spezifischen Geometrie blicherweise gehandhabt wird wo also der Greifpunkt liegt Erst mit definiertem Greifpunkt ist die Beschreibung vollst ndig so dass nun die gew nschte Trajektorie der Hand ermittelt werden kann 3 5 4 Anwendung zur Bewegungssynthese Stehen aufbereitete Bewegungsdaten sowie das zugeh rige Verrichtungswissen zur Verf gung k nnen diese nun zur Bewegungssynthese angewandt werden Dabei werden mittels eines entwickelten Bewegungsgenerators auf Basis der erfassten Bewegungen bzw den daraus abgeleiteten Algorithmen neue Bewegungen generiert d h die Erkenntnisse zur menschlichen Bewegung werden auf eine 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 91 spezielle Arbeitsaufgabe w hrend der Planung angepasst Dabei wird der in der folgenden Abbildung 36 dargestellte Prozess durchlaufen Eingabe Auswahl der zu simulierenden Verrichtungen Ausgabe Visualisierung und Auswertung Abbildung 36 Schema der Bewegungsgenerierung Der Anwender definiert durch seine Eingab
84. charbeiter anhand des vorgegebenen Arbeitsplanes wei wie er die Arbeit auszuf hren hat werden auch die Bewegungen des Menschmodells ema automatisch erzeugt n mlich in eben der Motorik eines Facharbeiters Dies wird durch die im Rahmen der Bewegungsstudien gewonnen Erkenntnisse erm glicht die in Algorithmen zur Bewegungssynthese umgesetzt wurden vgl Kapitel 3 6 ema verarbeitet alle eingegebenen Werte der Verrichtungen und Parameter und erzeugt daraus eine zeitrichtige Bewegungsbeschreibung des Menschmodells Die Software ist modular aufgebaut der Anwender arbeitet in zwei getrennten Fenstern Der Aufbau der Szene die Eingabe entsprechender Parameter sowie die Visualisierung der Simulation erfolgen im Szeneneditor der 3D Umgebung Abbildung 50 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 120 lt interner Modus gt Kameras Camera Ri E Wiedergabesteuerun uaj I In on Wiedergabe x 1 Rastereinstellungen 1 mm 1 0 Interaktions Modi Navigation z Abbildung 50 3D Szene einer digitalen Menschsimulation Dies kann die Simulationsumgebung einer anderen Software z B DELMIA sein aber auch die eigene Graphikausgabe des ema Die Verwaltung des Verhaltens der Interaktionsobjekte und die Ausgabe der Simulationsauswertung hinsichtlich Zeit oder Ergonomie erfolgen in einem zweiten Fenster der ema Benutzeroberfl che Abbildung 51 gt Kopfbewegungen Vor
85. chen Initial wird die Simulation zur Absicherung der Baubarkeit angewandt dabei werden insbesondere bereits aus Vorg nger und Referenzprojekten bekannte Schwerpunkte untersucht Alternative Produktkonzepte k nnen mit wenig Aufwand verglichen werden W hrend der Produktionsvorbereitung wird das detaillierte Montagekonzept entwickelt und unmittelbar simulativ abgesichert Die Ergebnisse bleiben im System erhalten und k nnen bei nderungen jederzeit angepasst werden was einen gro en Vorteil gegen ber der bisherigen Workshop Durchf hrung darstellt In der Serienphase steht das digital geplante Modell weiterhin zur Verf gung und kann zur Prozessoptimierung eingesetzt werden Die Visualisierung stellt au erdem ein m gliches Hilfsmittel zur Mitarbeiterqualifizierung dar Die beschriebenen Potentiale k nnen jedoch nur dann wirklich genutzt werden wenn auch die f r den Einsatz der Menschsimulation zur konzeptiven Absicherung der Ergonomie notwendigen Rahmenbedingungen geschaffen werden Dies betrifft vor allem die Datenbeschaffung und aktualisierung in geringem Ma e die statische Modellierung der Simulationsumgebung und ferner die M glichkeit der Weiterverwendung der im Zuge der Simulation entstandenen Daten 6 Zusammenfassung und Ausblick 133 6 Zusammenfassung und Ausblick 6 1 Zusammenfassung Prospektive ergonomische Arbeitsgestaltung ist von zunehmender Wichtigkeit in der Produktionsplanung Es gilt arbeitsbedingten Erkrankungen
86. cher Erkenntnisse zur Gestaltung der menschlichen Arbeit mit dem Ziel die Leistungsf higkeit des gesamten Arbeitssystems zu erh hen und die auf den Menschen einwirkenden Belastungen zu vermindern Dar ber hinaus wird Ergonomie nicht nur als wissenschaftliche Disziplin betrachtet sondern auch als ein Zustand bzw ein Kriterium zur Beschreibung eines Arbeitssystems So wird beispielsweise in der Praxis h ufig von guter oder schlechter Ergonomie gesprochen Die Arbeitsgestaltung dient der Entwicklung von Arbeitssystemen Abbildung 3 Diese werden beschrieben durch die Elemente Mensch Maschine und Umwelt Zweck eines Arbeitssystems ist die Ausf hrung einer Aufgabe zur Erzielung eines Ergebnisses wobei eine st ndige R ckmeldung ber den Verlauf erfolgt Bubb amp Seifert 1993 2 Theoretischer Hintergrund 36 Aufgabe eNSC Ergebnis Maschine R ckmelduno Abbildung 3 Arbeitssystemmodell nach Bubb 1993 Das Belastungs Beanspruchungs Modell unterscheidet zwischen von au en auf den Menschen einwirkenden Belastungen und daraufhin innerhalb des Menschen wirkender Beanspruchung in Abh ngigkeit seiner individuellen Eigenschaften und F higkeiten Rohmert 1984 In der industriellen Praxis obliegt die Arbeitsgestaltung zumeist dem Industrial Engineering IE welches sich im weitesten Sinne mit der Gestaltung des Zusammenwirkens von Mensch Technik und Organisation besch ftigt wobei vielf ltige Definitionen existieren Spanne
87. chrift f r Arbeitswissenschaft 3 2009 S 212 222 Kamusella C amp Schmauder M 2010 Ergotyping Tool Sichtbewertung In Neue Arbeits und Lebenswelten gestalten 56 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 135 138 Dortmund GfA Press Literatur 145 Karhu O Kansi P amp Kuorinka I 1977 Correcting working postures in industry A practical method for analysis Applied Ergonomics 8 S 199 201 Keil A H rtel T Toledo Mu oz B Busche C amp Hoffmeyer A 2010 Ber cksichtigung der zeitlichen Komponente bei einer Ergonomiesimulation In Mensch und prozessorientierte Arbeitsgestaltung im Fahrzeugbau Herbstkonferenz 2010 der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft 23 24 September 2010 S 105 121 Dortmund GfA Press Keppler V 2003 Biomechanische Modellbildung zur Simulation zweier Mensch Maschinen Schnittstellen Dissertation T bingen Klippert J Fritzsche L Gudehus T Zick J Steck S D Ehler R Schaub K 2008 Motion Capturing for Preventive Ergonomic Assessment Possibilities and Challenges for Practical Application In Produkt und Produktionsergonomie Aufgabe f r Entwickler und Planer 54 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswisenschaft S 891 894 Dortmund GfA Press Koether R Kurz B Seidel U A amp Weber F 2001 Betriebsst ttenplanung und Ergonomie Planung von Arbeitssystemen M nchen Hanser Kromrey H 2001 Evaluati
88. d biomechanisch korrekt sein erst dann kann die Humanmotorik realistisch wiedergeben werden 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 72 Der Untersuchungsbereich wurde auf Elementarverrichtungen eingegrenzt die Identifikation der entsprechenden Parameter erfolgte durch Laborversuche Als Methode zur Datengewinnung wurde Motion Capturing ausgew hlt wobei f r die Durchf hrung der nachfolgend beschriebenen Studien das System A R T zur Verf gung stand 3 3 Studie 1 Motion Capturing unter Laborbedingungen 3 3 1 Untersuchungsgegenstand Ziel der Untersuchung war es anhand der Aufnahme feingranular segmentierter Bewegungsabl ufe Gesetzm igkeiten zur Ausf hrung ebendieser zu ermitteln Zugrunde lag dabei die Annahme dass die Motorik der menschlichen Bewegungen weitgehend fl ssig erfolgt und als mathematische Funktionen dargestellt werden kann sodass jeder Bewegung Positions nderungen einzelner K rperteile bzw K rperteilketten sowie entsprechende Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zugeordnet werden k nnen Im Rahmen der Studie sollten verrichtungstypische Posen wie bspw die Ausrichtung des K rpers zu einem Wirkpunkt sowie entsprechende Bewegungsmuster einzelner K rpersegmente welche ma geblich f r die jeweiligen Verrichtungen sind ermittelt werden 3 3 2 Stichprobe Gegenstand der ersten Versuchsserie waren sowohl reine K rperbewegungen als auch Handhabungen
89. d der in den Phasen des PEP vorhandenen Daten und Informationen sowie der ergonomiebezogenen Anforderungen wurde anschlie end untersucht wie etablierte Planungsprozesse mit digitalen Menschmodellen sinnvoll unterst tzt werden k nnen und welche Herausforderungen noch bestehen Im Rahmen realer Planungsprojekte wurde der Einsatz digitaler Menschsimulation hinsichtlich ihrer Einsatzm glichkeiten berpr ft 5 3 1 Anforderungsermittlung Sollen digitale Menschmodelle eine umfassende und durchg ngige Ergonomieabsicherung erm glichen m ssen entsprechende Voraussetzungen hinsichtlich Qualifizierung der Nutzer Hard und Software sowie Datenverf gbarkeit geschaffen werden Die Einbettung von Ergonomiemeilensteinen in den PEP wurde in Kapitel 2 5 3 diskutiert Dabei k nnen vier wesentliche Schwerpunkte identifiziert werden die Absicherung der manuellen Verbaubarkeit von Produktvarianten die ergonomische Produktgestaltung optimierung die Sicherstellung der Arbeitsplatzergonomie und die Qualifikation der Mitarbeiter zur ergonomischen Arbeitsweise Demzufolge sind auch unterschiedliche Personengruppen mit abweichenden Qualifizierungen hinsichtlich Ergonomie am Gesamtprozess beteiligt Die Software Implementierungen der Digitalen Fabrik sind momentan vorwiegend auf die Produktionsplanung ausgerichtet Ein Einsatz ber den gesamten Produktionslebenszyklus k nnte Optimierungs und Rationalisierungspotentiale erschlie en Dabei m ssten Konstrukti
90. d graphischen Darstellung der Gelenkwinkelverl ufe werden die Aufnahmen zun chst auf Einzelverrichtungen zugeschnitten und danach in Subverrichtungen d h Bewegungsphasen innerhalb der Verrichtungen zergliederrt Anschlie end erfolgt die Auswertung der Daten f r die Parametrisierung Es werden mathematische Gesetzm igkeiten der Sub Bewegungsverl ufe abgeleitet sowie idealtypische Zielposen beschrieben Diese T tigkeit erfordert einerseits hinreichende Kenntnisse der Arbeitsgestaltung um die Bewegungsmuster den T tigkeiten entsprechend zuordnen zu k nnen und etwaige Fehlversuche mit untypischem Bewegungsverhalten zu erkennen Andererseits ist ausreichend Kenntnis im Hinblick auf mathematische Modellierung und Anwendung von Regressionsverfahren notwendig um die ausgew hlten Gelenkwinkelverl ufe in mathematische Vorschriften zu berf hren Daher ist hierf r ein interdisziplin res Team aus Arbeitsplanern und Mathematikern notwendig Die ermittelten Bewegungsmuster werden mit Metadaten versehen bspw Verrichtungsbezeichnung oder Applikationsh he und stehen daraufhin f r eine Anwendung zur Bewegungsgenerierung in Form einer Typenbewegungsdatenbank zur Verf gung F r die Bewegungssynthese ist es notwendig neben der Bewegungsdatenbank und den abgeleiteten Algorithmen au erdem auf zus tzliches Wissen ber die jeweiligen Verrichtungen zuzugreifen Das folgende Beispiel soll dies verdeutlichen Grundlage der Bewegungssynthese ist die ho
91. dellen werden die folgenden Hypothesen abgeleitet Fragestellung 1 Vereinfachung der Animation Hypothese 1 Der Mensch im Kontext der Arbeitsgestaltung der ge bte Arbeiter hat eine reproduzierbare der jeweiligen Verrichtung immanente Motorik Diese umfasst keine Idealbewegungen und gen gt nicht immer den theoretischen Grundlagen der Ergonomie Es wird angenommen dass ein erfahrener Arbeiter die T tigkeiten in einer Weise erledigt die man als humanmotorisch richtig bezeichnet Hypothese 2 Auf Basis von erfassten Realbewegungen des Menschen lassen sich idealtypische plausible Bewegungsmuster ableiten und f r die Bewegungsgenerierung digitaler Menschmodelle verwenden Hypothese 3 Aus einer Strukturierung menschlicher Arbeit im Sinne der Arbeitsplanung l sst sich eine Semantik f r die Bewegungssynthese digitaler Menschmodelle ableiten wobei 2 Theoretischer Hintergrund 58 die jeweiligen physiologischen Funktionseinheiten als strukturbildende Elemente verwendet werden k nnen Fragestellung 2 Anreicherung der Analysefunktionen Hypothese 4 Das Vorliegen einer vollst ndigen Ablaufbeschreibung erm glicht eine weitgehend automatische mehrere Belastungsfaktoren umfassende Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle die Kenntnis einzelner Posen ist nicht ausreichend Diese Hypothesen dienen als Basis der weiteren Ausarbeitung Zun chst wird in Kapitel 3 den Hypothesen 1 2 und 3 folgend die Entwicklung e
92. der trennen die berg nge sind stets flie end 2 5 2 Phasen des Produkt Entstehungs Prozesses Ausgehend von einer Produkt oder Gesch ftsidee erfolgt die detaillierte Produktdefinition in der die grundlegenden Spezifikationen des Produkts festgelegt werden Anhand der Kundenw nsche und der Produktfunktionen erfolgt ein marktorientiertes Zielkostenmanagement indem funktionsabh ngige Zielkosten f r die Produktkomponenten ermittelt werden G tze 2000 Dies bildet die Ausgangsbasis f r die weitere Entwicklung des Produkts Mit Hilfe von Fehler M glichkeits Einfluss Analysen FMEA werden fr hzeitig Fehlerquellen eruiert und somit pr ventiv vermieden Brunner amp Wagner 2004 Ergebnis der Produktentwicklung sind Zeichnungen digitale und reale Modelle sowie St cklisten des Produkts W hrend der Produktentwicklung bestehen die gr ten M glichkeiten die sp teren Gesamtkosten des Produkts zu beeinflussen gleichzeitig fallen nur vergleichsweise wenige Kosten an Abbildung 14 Daher ist es besonders wichtig Aspekte der fertigungsgerechten Gestaltung wie auch zu erwartende Wartungskosten fr hzeitig zu beachten Die konstruktive Gestaltung der Produkte hat einen erheblichen Einfluss auf die m glichen Fertigungsverfahren die Automatisierbarkeit oder auch ergonomische Gesichtspunkte im sp teren Herstellungsprozess Art und Anzahl der k nftigen Fertigungs und Montageoperationen h ngen entscheidend von der Konstruktion ab Pahl
93. dholdt und Herrn Dr Jens Trepte ohne sie h tte die Arbeit nie entstehen k nnen Sebastian Bauer danke ich f r seine wunderbare Arbeit an ema F r die gute Zusammenarbeit und die hilfreichen Diskussionen bedanke ich mich bei Dr Lars Fritzsche Den Kollegen von Volkswagen und Audi danke ich f r die Bereitstellung der Simulationen f r die Validierung Bei Nicole Neubert Benjamin IllImann und Mario Walther m chte ich mich f r die Unterst tzung meiner Studie bedanken Den Studenten Philipp Geiler Josefin Tilch Matthias Unger Anja Thiele und Roman Arnold die mit ihren Arbeiten zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben danke ich ebenfalls ganz herzlich Zu guter Letzt danke ich meiner Frau Dr Petra Sch nherr die mich stets unterst tzt und mir die notwendigen Freir ume zum Arbeiten l sst Inhaltsverzeichnis 5 Inhaltsverzeichnis Bibliographische Beschreibung 2224002420020200n0n0onnnn none anne anne nnnnn nenne nnnne namen 2 ADS IA ee 3 VOLWOL waere een 4 INNAUSVELZEICHN IS nenne ee ee ee ee 5 ABDIAUNGSVETZEICHRIS szene HR 9 ANIAGENVOrZCICHNIS saan 11 TaBEHENVEZBIEHNI Sona e ee 12 Abk rzungs und Symbolv rzeiChNiS seski e e aaa 13 I ENCRO ee E ana E E 15 1 1 MoOuUValON ese A R A A 15 t2 EragesiellUngen ueuemenanzane aaa 16 1 3 L sungsansatz und Aufbau der Arbeit u024400202002enn nenne nenn nennen 18 1 4 Das Verbundprojekt eMAN System zur Bewegungssynthese f r digitale NIEHS CH
94. die Bewegungsgenerierung 81 richtigen Ausf hrung der Bewegungen Durch eine Reduzierung der Stichprobe konnte die Parametervariierung vergr ert werden was der Qualit t der Ergebnisse dienen sollte 3 4 2 Stichprobe Gegenstand der zweiten Versuchsserie waren ausschlie lich Verrichtungen der Werkzeughandhabung Es wurden 5 Elementarverrichtungen ausgew hlt Durch systematische Variation der Applikationslage wurden letztlich insgesamt 21 unterschiedliche Verrichtungen aufgenommen wobei jeweils bis zu 25 einzelne Applikationen erfasst wurden Anlage 2 In der zweiten Versuchsserie lag der Schwerpunkt auf der facharbeitergem en Ausf hrung der Bewegungen Daher wurde als Proband ein in Montaget tigkeiten geschulter m nnlicher Werker gew hlt Der m nnliche Proband war mit einer K rpergr e von 1 81m und einem Gewicht von 77kg nahe dem 50 Perzentil Konstituiert 3 4 3 Versuchsdesign Die Verrichtungen wurden unter arbeits blichen Bedingungen z B Beleuchtung Klima Bodenbeschaffenheit in einer Werkstatt durchgef hrt Der Arbeitsplatz befand sich an einer verstellbaren Hebeb hne die Tracking Kameras wurden um den Arbeitsraum angeordnet W hrend in der ersten Studie nur zwischen horizontaler und vertikaler Applikationsrichtung unterschieden wurde umfassen die m glichen Winkelbereiche der Werkzeugapplikation in Abh ngigkeit von der Arbeitsh he tats chlich verschiedentliich mehr als 180 Daher wurde ein Probek rpe
95. die Experten die Simulationen sowohl f r die Plausibilisierung geplanter Abl ufe Frage 4 X 3 3 als auch zur pr ventiven Ergonomiebewertung Frage 5 X 3 2 als weitgehend geeignet Beobachter bereinstimmung der Experten Als Ma f r die bereinstimmung hinsichtlich der Risikokategorien gr n gelb rot wurde Cohens Kappa Bortz amp D ring 2006 berechnet Da Cohens Kappa ausschlie lich f r jeweils zwei Beobachter ermittelt werden kann wurde der Kennwert f r die drei m glichen Paare berechnet und anschlie end der Median als Sch tzwert der mittleren bereinstimmung gew hlt Mit Kk 0 351 wurde eine m ige bereinstimmung ermittelt k gt 0 70 gilt als gut In 50 67 der F lle stimmten die Kategorien berein extreme Unterschiede gr n rot traten nicht auf Die bereinstimmung der intervallskalierten Risikopunktwerte wurde mit Hilfe der Intraklassen Korrelation rk Bortz amp D ring 2006 berpr ft Der ermittelte Wert von r 0 869 zeigt eine gute bereinstimmung an Vergleich der Ergonomiebewertungen Experte vs System Abbildung 53 zeigt die Gegen berstellung der EAWS Gesamtpunkte der zw lf Szenarien f r die drei Bobachter und ema Vereinzelt zeigen sich deutliche 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 126 Abweichungen zwischen den Beobachtern und ema bspw f r Szenario 6 Hier liegt ema deutlich ber der Bewertung der Experten In anderen Beispielen etwa Szenario 4 zeigt sich eine sehr gu
96. dung 46 Attribute eines digitalen Modells im System CATIA 113 Abbildung 47 ema Eingabedialog f r das Ziehen und Schieben 115 Abbildung 48 ema Eingabedialog f r Extrapunkte us 400224002ennnenn nennen 116 Abbildung 49 Verrichtungsbibliothek des ema 224002240022n00nenn nenne nennen 119 Abbildung 50 3D Szene einer digitalen Menschsimulation 120 Abbildung 51 ema Benutzeroberfl che 2002240022400B0n0 nenne nenn nenne nennen 120 Abbildung 52 Fragebogen zur Evaluationsstudie AuSZug u222u0240nene nennen 124 Abbildung 53 Gegen berstellung der EAWS Bewertungen der drei Beobachter und VEN 126 Abbildung 54 Geringf gige Rumpfdrehung in einem Beispielszenario 127 Abbildung 55 Menschmodell ema mittlere Rumpfdrehung von 15 bei aufrechter KOrDEFNANUNG ae 128 Abbildung 56 Einsatzgebiete digitaler Menschmodellierung im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess 22202200220022002ne nenn 131 Anlagenverzeichnis 11 Anlagenverzeichnis Anlage 1 Dokumentation zur Motion Gapturing Studie 1 44404444se nn 155 Anlage 2 Dokumentation zur Motion Gapturing Studie 2 uuun ssssenenennennnnnn 169 Anlage SOWIE Ergo 100 unsere 175 Anlage 4 Bewertungsbogen EAWS u22200020000000000000nnnnen anne nnnen anne anne nnne
97. e wie die Umgebung aussieht und welche Verrichtungen mit welcher konkreten Parameterauspr gung nacheinander simuliert werden sollen Das Ergebnis ist eine Beschreibung der Umwelt sowie der beabsichtigten Handlungen Anschlie end wird aus der Typenbewegungsdatenbank die jeweils f r den konkreten Fall hnlichste Bewegung ausgew hlt Dabei werden zus tzlich notwendige Parameter aus der Verrichtungswissensbasis abgeleitet Die ausgew hlten Typenbewegungen werden nun an die geforderte Verrichtungsgeometrie unter Nutzung der Metadaten angepasst Notwendige Zwischenbewegungen welche nicht der der Typenbewegungsdatenbank enthalten sind werden algorithmisch synthetisiert F r jede Bewegung wird berpr ft ob das gew nschte Ziel erreicht wird bspw ob eine Werkzeuganwendung an dem vom Anwender festgelegten Wirkpunkt tats chlich erfolgen kann Nachdem die vom Anwender vorgegebene Ablaufbeschreibung durch die Verrichtungsdatenbank und die Wissensbasis mittels Bewegungsgenerator Komponente in eine konkrete Bewegungsbeschreibung berf hrt wurde erfolgt die Ausgabe in Form der Visualisierung Der Anwender kann die Simulation betrachten und optional weitere Auswertungen vornehmen etwa ein Postprocessing zur berpr fung und Bewertung der generierten Bewegung hinsichtlich Biomechanik Ergonomie oder Zeit 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 92 3 5 5 Zusammenfassung Aus den Erfahrungen d
98. e Kinematik bezeichnet Da f r eine definierte Endlage gegebenenfalls mehrere Kombinationen von Gelenkparametern m glich sind l sst sich nicht in jedem Fall eine eindeutige L sung bestimmen Um eine eindeutige Bewegung zu definieren m ssen Randbedingungen bzw Optimierungskriterien festgelegt werden etwa die Forderung nach dem k rzesten Weg oder die Festlegung der Reihenfolge in welcher die Freiheitsgrade variieren sollen Die Komplexit t der Problemstellung erh ht sich bedeutend wenn dynamische Gr en ber cksichtigt werden So beeinflussen etwa die durch die Masse der Einzelk rper verursachte Tr gheit oder etwaige Reibungskr fte den Bewegungsverlauf Ferner kann es sich bei den Einzelk rpern um nicht starre also elastische K rper handeln welche sich bei Bewegung verformen Zur Berechnung der Bewegungsgleichungen starrer Mehrk rpersysteme werden in der Praxis zumeist numerische Methoden der Mehrk rperdynamik verwendet F r elastische K rper kommt vorwiegend die Finite Elemente Methode zum Einsatz Der Komplexit tsreduziercung dienen vereinfachende Modellannahmen etwa Reibunggsfreiheit in Gelenken In der Biomechanik werden die physikalischen Modelle zur Beschreibung und Bewertung der menschlichen Bewegung verwendet die durch die komplexe menschliche Physiologie gepr gt ist Keppler 2003 Schramm Hiller amp Bardini 2010 Rill amp Schaeffer 2010 Woernle 2011 Gattringer 2011 Die Komplexit t des menschlichen K
99. e Targets wurden so angeordnet dass sie die Bewegung des Probanden bestm glich wiedergeben Die 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 74 Position und Orientierung der Targets in Verbindung mit den anthropometrischen Daten der Probanden dienten als Ausgangsbasis zur Berechnung der entsprechenden Gelenkwinkel Zun chst musste dazu ein digitales Modell anhand der Anthropometrie des Probanden generiert sowie anschlie end die Position der Targets definiert werden Mittels inverser Kinematik lie en sich daraus dann die Gelenkwinkel ermitteln Die digital erfassten Daten wurden auf das Menschmodell Dynamicus Institut f r Mechatronik e V 2009 2012 bertragen Abbildung 24 Abbildung 24 Schematische Darstellung der bertragung der 17 Targets auf das digitale Menschmodell Die Bandbreite der 54 Verrichtungen umfasste e 4 K rperbewegungen e 22 Umsetzvorg nge e 3 Werkst ckhandhabungen e 17 Werkzeughandhabungen und e 8 Medienapplikationen Die Verrichtungen wurden von den Probanden jeweils dreimal hintereinander ausgef hrt Die Versuche wurden mit Hilfe der folgenden Objekte durchgef hrt e Hocker mit variabler Sitzh he e Schraubendreher e Akkuschrauber 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 75 e Schraubenschl ssel e Drehmomentschl ssel e Hammer e Pinsel e Farbroller e Kleinladungstr ger
100. ef hrt Haggard Leschziner Miall amp Stein 1997 Somit wird der Proband in die Versuchsanordnung eingearbeitet Basierend auf den erkannten Umschlagbereichen folgt letztlich die Erarbeitung eines Ablaufplans f r die sp tere Bewegungserfassung um einerseits fl ssige Bewegungen innerhalb der erkannten Zonen zu gew hrleisten und andererseits klare Umschlaggrenzen zwischen den Zonen erkennen zu k nnen Der Simulationstag dient au erdem der Zeitabsch tzung f r die sp teren Aufnahmen um dann schlie lich alle geplanten Versuche durchf hren zu k nnen Damit wird sichergestellt dass zwischen den einzelnen Versuchen keine Unterschiede entstehen etwa durch tagesabh ngige Differenzen der F higkeiten des Probanden Die Vorbereitungen enden mit der Vermessung der Versuchsanordnung und gegenst nde sowie des Probanden 3 5 2 Digitale Erfassung Dem Simulationstag folgt das eigentliche Aufnehmen das Motion Capturing gem dem erarbeiteten Versuchsplan Es werden die Bewegungen digital als Vektoren der 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 89 einzelnen Targets im Raum erfasst Auf diese Weise wird ein Abbild einer Bewegung gewonnen die nachweislich ein Mensch so ausgef hrt hat d h deren Wahrheitsgehalt zun chst unstrittig ist W hrend der Aufnahme erfolgt die Ausf hrung der Verrichtungen jedoch unter idealisierten Bedingungen am Versuchsaufbau Es ist folglich zu gew
101. eichungen bitte kurz erl utern 2 Die Bewegungsmuster wirken praxisnah betrifft die Bewegungsbahnen Fl ssigkeit und Geschwindigkeit der Bewegungen trifft voll zu trifft weitgehend zu trifftkaum zu _ trifft nicht zu Erkannte Abweichungen bitte kurz erl utern 3 Die Arbeitsmethode wirkt praxisnah betrifft den gew hlten Arbeitsablauf und die Reihenfolge trifft voll zu trifft weitgehend zu trifft kaum zu _ trifft nicht zu Erkannte Abweichungen bitte kurz erl utern 4 Die Simulation insgesamt ist zur Plausibilisierung geplanter Arbeitsabl ufe geeignet trifft voll zu trifft weitgehend zu trifft kaum zu _ trifft nicht zu Erkannte Abweichungen bitte kurz erl utern 5 Die Simulation insgesamt ist zur pr ventiven Ergonomiebewertung geeignet trifft voll zu _ trifft weitgehend zu trifft kaum zu _ trifft nicht zu Erkannte Abweichungen bitte kurz erl utern Anlagen B EAWS Bewertung Gesamtergebnis der Analyse manuelle Gesamt K rper Haltung Kr fte Lasten handhabun o dea e o de EZ HE K rperstellung sowie Rumpf und Armhaltungen atel pa Bewer Reich weite Stehen 1 1 aufrecht Stehen und Gehen nach vorn gebeugt 20 609 vorn nach vorn gebeugt 20 609 20 soj aufrecht Arme ber Schulterh he aufrecht Arme ber Kopfh he itzen 7 d aufrecht mit R ckenst tze aufrecht ohne R ckenst tze 10 aufrecht Arme ber
102. eine Folge von Armbewegungen Das entwickelte Modell erlaubt eine umfassende Mehrfachverwendung gleichartiger Bewegungsmuster und reduziert demzufolge den Umfang des Bewegungsstudiums und die daraus abzuleitende Menge an Algorithmen zur Bewegungssynthese Tabelle 4 zeigt den Zusammenhang der Verrichtungshierarchie zu den bekannten Strukturierungsmodellen von MTM und REFA vgl Tabelle 2 S 33 sowie jeweils Beispiele zu den einzelnen Ebenen Die bekannten Modelle fokussieren ausschlie lich auf arbeitsorganisatorische bzw zeitbestimmende Aspekte und ber cksichtigen in ihrer Detaillierung nicht alle f r die Bewegungsbeschreibung notwendigen Parameter weshalb die Entwicklung eines eigenen Modells notwendig war Es wird deutlich dass der Umfang sowohl der Komplexverrichtungen als auch der Elementarverrichtungen unterschiedlich gro sein kann Eine strenge Abgrenzung ist kaum m glich auch kann eine Elementarverrichtung von l ngerer Dauer sein als eine Komplexverrichtung F r die Beschreibung eines Arbeitsablaufes k nnen die Elemente der Verrichtungshierarchie beliebig kombiniert werden so dass je nach konkreter Aufgabe nur gerade so viele Verrichtungen und Parameter ausgew hlt werden m ssen wie es notwendig ist Au erdem lassen sich grobe wie 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 67 auch fein detaillierte Bewegungen gleicherma en beschreiben Der hierarchische Aufbau erfolgt ana
103. eingegrenzt Anschlie end erfolgen Laborversuche zur Identifizierung der relevanten Einflussgr en Den Abschluss der Vor berlegungen bildete die Auswahl bzw Pr fung eines Systems zur Bewegungserfassung 3 2 1 Eingrenzung des Untersuchungsbereiches Im Zuge der Planung von Arbeitssystemen werden arbeitswissenschaftliche Modelle angewandt um h ufig untersuchte Sachverhalte der menschlichen Arbeit abbilden und bewerten zu k nnen etwa zur Vorgabezeitermitlung oder zur Belastungsbeurteilung Die Erkenntnisse stammen haupts chlich aus Beobachtungen und daraus resultierenden Zeitbestimmungen wobei Posen und Bewegungen zergliedert und mit Parametern belegt werden Ein denkbarer Ansatz f r die Bewegungssynthese ist es daher invers kinematisch erstellte Bewegungen mittels arbeitswissenschaftlicher Parameter zu korrigieren indem etwa Erkenntnisse zu Ablaufzeiten oder Vorzugs Winkelbereichen bei der Kinematik ber cksichtigt werden Dabei entstehen jedoch idealisierte Bewegungsmuster welche nicht zwingend der blichen Ausf hrungsart des Menschen entsprechen vgl Hypothese 1 Kapitel 2 6 wodurch Prognosen zu Vorgabezeit und Belastung verf lscht werden Au erdem ist die biomechanische Korrektheit nicht gew hrleistet sodass Gileichgewichtsbedingungen bspw nicht eingehalten werden Derart theoretische berlegungen eignen sich lediglich zur Vorauswahl der zu betrachtenden Verrichtungen welche anschlie end auf Basis echter menschlicher Bewe
104. eits das globale raumfeste Koordinatensystem und andererseits ein aus drei Punkten des starren K rpers definiertes k rperfestes lokales Koordinatensystem Sind mehrere Einzelk rper miteinander verbunden so handelt es sich um ein Mehrk rpersystem Die wesentlichen Eigenschaften eines solchen Systems sind dessen Freiheitsgrade sowie etwaige Zwangsbedingungen Als Zwangsbedingungen werden Einschr nkungen der Freiheitsgrade eines Einzelk rpers bezeichnet Sind 2 Theoretischer Hintergrund 26 die einzelnen Elemente des Mehrk rpersystems durch Gelenke miteinander verbunden so handelt es sich um eine kinematische Kette Das letzte Glied einer solchen kinematischen Kette wird als Endeffektor bezeichnet Die Trajektorie des Endeffektors wird durch die Kombination einzelner Bewegungen der Teile der kinematischen Kette bestimmt wobei es daf r mehrere M glichkeiten geben kann Woernle 2011 Technisch anspruchsvolle kinematische Ketten finden sich beispielsweise in Industrierobotern Diese bilden kinematische Ketten bestehend aus mehreren Rotationsachsen Die Bewegung des Endeffektors resultiert aus den Winkel nderungen der einzelnen Freiheitsgrade In der Robotik wird f r diesen Zusammenhang der Begriff Vorw rtskinematik verwendet Vorw rtskinematik beschreibt die Berechnung der Lage eines Endeffektors ausgehend von den Gelenkvariablen Der umgekehrte Weg also die Berechnung der Gelenkvariablen aus der Lage des Endeffektors wird als invers
105. en In Abbildung 33 sind drei Zonen f r die Verrichtung Handhabung Akkuschrauber mit Pistolengriff Brusth he schematisch anhand des Probek rpers sowie in Form von typischen Posen dargestellt Obwohl der Proband Rechtsh nder war f hrte er die Werkzeughandhabung f r Wirkpunkte im u eren linken Bereich des Probek rpers Zone 1 mit der linken Hand aus Im zentralen Bereich Zone 2 benutzte der Proband die rechte Hand wobei die Werkzeug Bet tigung mit dem Mittelfinger erfolgte F r Wirkpunkte am u eren rechten Rand des Probek rpers Zone 3 wechselte der Proband die Greifart des Werkzeugs und bet tigte den Taster mit dem Daumen Innerhalb der Zonen erfolgte eine stetige Posenanpassung wobei die Grundhaltung konstant blieb Abbildung 33 Umschlagzonen f r die Verrichtung Handhabung Akkuschrauber Im Anschluss an die Einteilung der verschiedenen Zonen wurden die Bewegungen feingranular zergliedert in typische wiederkehrende Teilbewegungen In Abbildung 34 sind die vier identifizierten Phasen der Verrichtung Handhabung Eindr ckwerkzeug dargestellt Zun chst erfolgt eine Vorpositionierung der Hand ber dem Eindr ckwerkzeug 1 Anschlie end erfolgt die Schlagbewegung auf das Werkzeug 2 Darauf folgt die Phase des eigentlichen Eindr ckens 3 wenn die 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 85 Hand das Werkzeug erreicht hat Schlie lich wird die Hand
106. en von rein anthropometrischen Darstellungen bis hin zu hybriden Modellen die detaillierte Vorhersagen zu Muskelbelastungen oder Sitzkomfort erlauben Landau 2007 Zu den derzeit wirtschaftlich bedeutenden Modellen z hlen insbesondere RAMSIS Seidl 1994 Human Solutions 2012 Human Builder Fireman amp Lesinski 2009 Dassault Systemes 2012 sowie Jack Badler Phillips amp Webber 1999 Siemens PLM 2012 wobei insbesondere die beiden letztgenannten im Rahmen der Prozessergonomie angewandt werden Fritzsche 2010 Rodriguez Flick 2010 Spanner Ulmer amp M hlstedt 2010 2 4 3 Funktionsumfang und Anwendungsgebiete Die verbreiteten und wirtschaftlich bedeutenden Modelle haben weitgehend gleiche bzw hnliche Eigenschaften und Funktionen Sie bestehen aus einem inneren Skelettmodell und einer umschlie enden H lle wobei zumeist unterschiedliche anthropometrische Populationen zur Auswahl stehen So k nnen bspw Menschmodelle gem der sp teren Nutzerpopulation mit K rperma en aus Europa oder Asien eingesetzt werden Au erdem l sst sich je nach Gestaltungsaufgabe das Modell mit dem gew nschten K rpergr enperzentil und Geschlecht ausw hlen Dar ber hinaus k nnen eigene Ma e definiert werden Abbildung 8 zeigt unterschiedliche Darstellungsformen des Menschmodells Jack Je nach Bedarf kann das Modell z B transparent oder farbig hervorgehoben dargestellt werden 2 Theoretischer Hintergrund 47 Abbildung 8 Aufba
107. en rasch verf gbar gemacht werden Die statische Modellierung der Simulationsumgebung d h die Einrichtung der Szene vor der eigentlichen Simulation kann ebenfalls noch beschleunigt werden Dies l sst sich erreichen indem Standard Arbeitspl tze mit den blichen 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 132 Einrichtungsgegenst nden und Ressourcen ebenfalls in einer Bibliothek vorbereitet und anschlie end lediglich an die konkreten Anforderungen des Planungsumfanges angepasst werden Potential zur Zeitersparnis birgt au erdem die weitere Nutzung der durch die Simulation generierten Daten Es liegen sowohl eine Prozessbeschreibung als auch Informationen bzgl Ablaufdauer und Ergonomie vor Diese Informationen sind wiederum ber Schnittstellen in die Folgesysteme zur Arbeitsplanung zu berf hren anstatt dort neu erstellt zu werden Mit fortschreitendem Reifegrad der Produkt und Produktionsentwicklung werden st ndig neue Datenst nde durch die an den Prozessen beteiligten Parteien erstellt Derzeit fehlt es an Automatismen um ablaufrelevante nderungen die sich auf die bereits simulativ abgesicherten Abl ufe auswirken zu erkennen Die Folge k nnen Planungsfehler mangels erneuter Simulationsaufbereitung sein Als L sung dieses Defizits sind intelligente Bibliothekskonzepte zu entwickeln 5 3 3 Zusammenfassung Digitale Menschmodelle k nnen die Ergonomieabsicherung im Produkt Entstehungs Prozess unterst tzen und vereinfa
108. enauigkeit Die Detailliertheit sollte m glichst hoch sein um exakte Belastungsprognosen und Variantenvergleiche zu erm glichen Das bedeutet die beinhalteten Risikofaktoren sollten m glichst genau erfasst werden e Notwendige Expertise Es sollte sich um Verfahren handeln welches keine vertiefte Expertise zur Anwendung und Interpretation der Ergebnisse erfordert so dass die sp tere Anwendbarkeit f r die Software Nutzer gegeben ist Folglich kommen vorwiegend Screening Verfahren in Frage da sie den geschilderten Anforderungen weitgehend entsprechen e Praxisverbreitung und Akzeptanz Letztlich sollte es sich um ein Verfahren handeln welches in der betrieblichen Praxis entsprechend verbreitet ist also bereits f r Bewertungen verwendet wird Damit wird eine Durchg ngigkeit der Ergonomiebetrachtungen im Verlauf des PEP wie auch im Serienbetrieb gew hrleistet d h Ergebnisse ergonomischer Beurteilungen aus der Planungsphase sind mit Bewertungen in der Serienproduktion an realisierten Arbeitspl tzen vergleichbar 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 101 Tabelle 5 zeigt einen berblick in der Praxis blicher Ergonomiewerkzeuge zur Beurteilung physischer Belastungen und deren Erf llung der erl uterten Anforderungen Tabelle 5 Vergleich praxis blicher Ergonomiewerkzeuge hinsichtlich des Funktionsumfangs und der Anwendbarkeit Fritzsche 2010 Lins amp Britzke 2010 Werkzeugabk rzung wo
109. ent der Reibungsminimierung w hrend des Bewegungsverlaufes sowie der Sto d mpfung Die Gelenkkapsel sorgt einerseits f r die Stabilisierung des Gelenkes andererseits enth lt sie die Gelenkfl ssigkeit welche das Gelenk schmiert B nder verbinden Knochen miteinander und stabilisieren die Gelenke Die Antriebskraft der autonomen menschlichen Bewegungen erzeugen die insgesamt 640 Skelettmuskeln in denen die chemische Energie der Nahrung in mechanische Energie und W rme umgewandelt wird McCracken 1999 Paulsen amp Waschke 2010 Wesentlichen Einfluss auf das Bewegungsverhalten haben individuelle k rperliche Eigenschaften etwa die K rpergro e oder Proportionen Diese Aspekte werden zusammenfassend unter dem Begriff Anthropometrie griech Anthropos Mensch Metrie Messen beschrieben Unterschieden werden Gr enklassen von K rperma en in der Regel in Form von Perzentilen angegeben Neben den blo en Abmessungen werden Proportionen und Statur in Konstitutionstypen unterschieden Zalpour 2006 Die verschiedenen m glichen Bewegungsmuster unterscheiden sich auch hinsichtlich der jeweils maximal aufzubringenden Kr fte Diese sind sowohl von der Richtung als auch von der grundlegenden K rperhaltung abh ngig Wakula et al 2009 Weiterhin werden altersbedingte Ver nderungen der Beweglichkeit beschrieben wobei davon auszugehen ist dass mit zunehmendem Alter eine Verringerung der Bewegungsm glichkeiten einsetzt Spanner Ulmer
110. eoretischer Hintergrund 56 Die Ber cksichtigung der Ergonomie in Planung und Serie ist bei vielen Automobilherstellern bereits g ngige Praxis Beck amp Fr lich 2010 H ttmann 2004 Jacob Toledo Munoz Busche amp Jendrusch 2010 Unger amp Jander 2010 Die Beurteilung der zu erwartenden Arbeitsbedingungen beginnt zumeist schon drei bis vier Jahre vor dem tats chlichen Produktionsstart Bereits zur Produktdefinition werden auf Basis eines Referenzproduktes zumeist das Vorg ngermodell Optimierungsschwerpunkte identifiziert und Gestaltungsma nahmen abgeleitet In der Planungsphase werden systematisch Ergonomieuntersuchungen im Rahmen von Produkt FMEAs durchgef hrt In dieser fr hen Phase noch m gliche Produktmodifizierungen helfen hohe Belastungen bspw durch extreme Griffweiten starke Kraftanwendungen oder ung nstige K rperhaltungen zu vermeiden W hrend der Planungs Workshops werden Arbeitsprozesse Werkzeuge und Betriebsmittel bewertet und optimiert Die Betriebsmittelbeschaffung geht einher mit der gesetzlich vorgeschriebenen Gef hrdungsbeurteilung dabei wird gleichfalls berpr ft ob hinreichend ergonomische Gesichtspunkte ber cksichtigt wurden Im Ergebnis der Planungsphase liegen Ergonomiebewertungen f r alle Produkte Prozesse und Anlagen vor und die Baubarkeit sowie die Einhaltung zul ssiger Kraft und Lastgrenzwerte werden sichergestellt Mit Beginn der Serienproduktion setzt der Kontinuierliche Verbesserungspr
111. er bei einer weitgehend automatisierten Bewertung durch das Simulationswerkzeug weniger relevant da der Aufwand nicht manuell erfolgt Dar ber hinaus ist EAWS das Standard Werkzeug zur Beurteilung physischer Belastungen in der im Fachbeirat des Forschungsprojektes eMAN vertretenen MTM Vereinigung sowie der Volkswagen AG Toledo Munoz 2012 Jacob Toledo Mu oz Busche amp Jendrusch 2010 Folglich wurde EAWS als zu implementierende Methode zur Ergonomiebewertung ausgew hlt Die daraus resultierende Anforderungen und zu beachtenden Rahmenbedingungen werden im Folgenden erl utert Um eine plausible Ergonomieprognose mit EAWS zu erm glichen m ssen drei zentrale Ebenen bei der Modellierung korrekt umgesetzt werden e Prozessmodellierung Arbeitsablauf Vorgabezeit H ufigkeiten e Belastungsfaktoren K rperhaltungen Kr fte Lastgewichte e Rahmenbedingungen Taktzeit Ausbringung Arbeitszeitmodell Zun chst ist der zu beurteilende Prozess als solcher richtig zu modellieren d h der Ablauf muss in der richtigen Reihenfolge im real getreuen Layout zeitrichtig und mit den richtigen Baugruppen und Hilfsmitteln abgebildet werden Problematisch ist dass eine fehlerhafte Modellierung der Posen und Bewegungen zu falschen Schlussfolgerungen f hren kann Nicht immer ist die biomechanische Korrektheit manuell erstellter K rperhaltungen gegeben etwa Nichteinhaltung von Gleichgewichtsbedingungen bertriebene Gelenkigkeit des Mensch
112. er beiden durchgef hrten empirischen Bewegungs Studien Kapitel 3 3 und 3 4 und anhand der gewonnenen Daten wurde eine vier Phasen umfassende Methode zur Aufbereitung und anschlie enden Anwendung der Daten zum Zweck der Bewegungsgenerierung entwickelt Abbildung 37 1 Vorbereitung und Analyse der Bewegungserfassung Vorauswahl und Konzeption und Training des Probanden Vorbereitung der Umsetzung des und Ableitung des Verrichtungen Versuchsaufbaus Versuchsprogramms 2 Digitale Erfassung der Bewegungen Durchf hrung der Kontrolle ggf Korrektur Protokollierung der Versuche gem der Bewegungen des Versuche f r die Konzeption Probanden sp tere Auswertung 3 Aufbereitung und Pr fung der erfassten Bewegungsdaten Gl ttung Strukturierung Ableiten von Fehlerbeseitigung Typisierung Algorithmen Ablage in bertragung auf Modell Parametrierung Bewegungsdatenbank 4 Systemanwendung zur Bewegungssynthese Auswahl der Abgleich mit Visualisierung Verrichtung und Bewegungsdatenbank Postprocessing Parameterauspr gung Bewegungssynthese Auswertung Abbildung 37 Methode zur Systembef llung Phasen und Inhalt 3 6 Ableitung idealtypischer Bewegungsmuster Mit Hilfe der in Kapitel 3 5 entwickelten Methode sowie ausgehend von den durchgef hrten Untersuchungen wurden bereits idealtypische Bewegungsmuster abgeleitet welche die Handhabung von Werkst cken wie auch Werkzeugen umfassen Gleichwohl konnten im Rahmen der St
113. er hierarchischen Betrachtung beibehalten wurde Hacker 1986 Luczak et al 1989 Ulich 2011 Ausf hrbarkeit wird dabei einerseits als Grundanforderung verstanden welche als solches keine Ebene zur Beurteilung von Arbeit darstellt vgl Ulich Andererseits ist die Ausf hrbarkeit ein wichtiges Kriterium bei der Arbeitsgestaltung So kann etwa eine gelegentliche R stt tigkeit mit dem Handhaben gr erer Lasten verbunden sein welche bei h ufiger Ausf hrung zu einer berbelastung f hren w rde Eben dies verdeutlicht die Abgrenzung zur Ertr glichkeit Eine Arbeitst tigkeit die einmalig bzw kurzzeitig ausf hrbar ist kann langfristig ggf nicht ertr glich sein Die Forderung nach ergonomischer Arbeitsgestaltung resultiert zun chst aus rechtlichen sowie normativen Vorgaben und stellt somit eine betriebliche Notwendigkeit dar Die Arbeitsschutzgesetzgebung verlangt die Beurteilung der vorliegenden Gef hrdungen sowie entsprechende Ma nahmen zu deren Beherrschung ArbSchG 85 2009 Es konnten jedoch vielfach auch wirtschaftliche Vorteile aufgrund von guter Ergonomie identifiziert werden Eberle Kraemer amp L ck 2005 Eklund 1995 Fritzsche 2010 Hendrick 1996 Koether Kurz Seidel amp Weber 2001 Schaub amp Landau 2004 Letztlich ist jede ergonomische Ma nahme auch ein Beitrag zum betrieblichen Gesundheitsmanagement Durch entsprechend gute Arbeitsgestaltung 2 Theoretischer Hintergrund 38 k nnen sowohl die sachl
114. erden Als praktikable L sung erweist sich eine manuelle Eingabe der Art der Lastenhandhabung Abbildung 47 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 115 Verrichtungs Gruppe gt Grundparameter v Ergonomie Parameter Art des Ziehens Schiebens Rollwiderstand Ziehen ollwiderstan ns HA geringe Zug Schubkraft Ausf hrungspunkte kein Ziehen oder Schieben gt Karren Balancer Manipulatoren Ppt Transportwagen ohne Bockrollen Transportwagen mit Bockrollen Abbildung 47 ema Eingabedialog f r das Ziehen und Schieben In Abbildung 47 ist der Eingabedialog im System ema vgl Kapitel 5 1 f r eine Verrichtung abgebildet die als Ziehen und Schieben bewertet werden soll Dabei sind die Art des Ziehen und Schiebens also das Transportmittel sowie die zu bewertende Auspr gung der Ausf hrungsbedingungen auszuw hlen Die Punkte f r das Lastgewicht die Wegstrecke bzw Umsetzh ufigkeit und die K rperhaltung werden wiederum automatisiert berechnet 4 2 4 EAWS Modul 0 Extrapunkte Beschreibung des Moduls EAWS Modul O umfasst auf den Zeilen Qa bis Oe eine Vielzahl unterschiedlicher Belastungen welche in den brigen Modulen nicht ber cksichtigt werden Es handelt sich um Beeintr chtigungen durch Arbeit an sich bewegenden Objekten eingeschr nkte Zug nglichkeit R ckschl ge Impulse oder Schwingungen Gelenkstellungen sowie andere k rperliche Belastungen Die Punktever
115. erfolgen Abbildung 15 verdeutlicht diese unterschiedliche Vorgehensweise Planerisch beschriebene Arbeitsaufgabe Bauteil von Zuf hrband entnehmen und in Maschine einlegen Konventionelle Modellierung des Menschmodells Schritt e vorw rts gt Stehen aufrecht gt Beugen gt H nde zum Bauteil gt Greifen gt H nde mit Bauteil zum K rper gt Drehung gt Sschrittfe vorw rts gt Beugen gt H nde mit Bauteil zum Ziel gt Loslassen gt H nde zur ck Abbildung 15 Notwendige Arbeitsschritte zur Simulation einer Arbeitsaufgabe Darstellung von oben Zur Realisierung dieser Forderung bedarf es einer geeigneten Semantik die einerseits die notwendigen Eingangsinformationen f r die Bewegungen des Menschmodells liefert andererseits aber der blichen Denkweise der Planung entspricht Wie in Kapitel 2 2 aufgezeigt wurde existieren vielf ltige M glichkeiten zur Gliederung und Strukturierung menschlicher Arbeitst tigkeiten und Bewegungen die jedoch nur eingeschr nkt zur Bewegungssynthese angewandt werden k nnen Daher wurde im Rahmen des Verbundprojektes eMAN vgl Kapitel 1 4 ein neues hierarchisches Modell welches sowohl t tigkeitsbezogene als auch t tigkeitsunabh ngige Elemente beinhaltet entwickelt Bauer S 2011 Im Folgenden wird das Modell vorgestellt da es f r die weitere Ausarbeitung eine notwendige Grundlage darstellt Kernelement dieses Modells ist die komplexe technologische Verrichtung
116. erlin GITO Verlag Spanner Ulmer B amp M hlstedt J 2010 Digitale Menschmodelle als Werkzeuge virtueller Ergonomie Ergebnisse einer empirischen Studie Industrie Management Zeitschrift f r industrielle Gesch ftsprozesse 4 2010 S 69 72 Spanner Ulmer B Scherf C amp Sjuts R 2010 Alterssimulationsanzug MAX Anwednungsfelder und empirische Ergebnisse In G f Hrsg Mensch und prozessorientierte Arbeitsgestaltung im Fahrzeugbau Herbstkonferenz 2010 der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft 23 24 September 2010 S 165 178 Dortmund GfA Press Spur G amp St ferle T 1994 Handbuch der Fertigungstechnik Band 6 Fabrikbetrieb M nchen Carl Hanser Verlag Statistische mter des Bundes und der L nder 2011 Bev lkerungs und Haushaltsentwicklung im Bund und in den L ndern Wiesbaden Statistisches Bundesamt Steck S Mosig A Ehler R Hildebrand A amp Fritzsche L 2008 Mixed und Virtual Reality Methoden zur Unterst tzung digitaler Ergonomieabsicherungen in der fr hen Produktionsplanung In M Schenk Tagungsband Virtual Reality und Augmented Reality zum Planen Testen und Betreiben technischer Systeme VR und AR Automotive 11 IFF Wissenschaftstage 25 26 Juni 2008 S 115 123 Stuttgart Fraunhofer Verlag Stein T 2010 Computational Motor Control of human Movements Dissertation Darmstadt Technische Universit t Darmstadt Stein T Fischer A Boesnach l Ge
117. ese implementiert Abbildung 30 Im Demonstrator wird f r einen beliebig positionierbaren Zielpunkt die jeweils korrespondierende Applikationsbewegung des Werkzeugs algorithmisch generiert Der Zielpunkt kann dabei in seiner Lage und Ausrichtung variiert werden das Menschmodell hat eine zuvor definierte Ausgangslage und f hrt anschlie end die entsprechende Bewegung hin zur Zielpose aus Damit konnte die grunds tzliche Machbarkeit der Methodik zur Aufbereitung digital erfasster Bewegungen f r die Bewegungsgenerierung best tigt werden Bei n herer Betrachtung stellte sich jedoch heraus dass die synthetisierten Bewegungen einer Expertenbegutachtung nicht standhalten d h teilweise unnat rlich und nicht facharbeitergem wirken Dies l sst sich auf zwei wesentliche Ursachen zur ckf hren Einerseits wurden als Probanden Laien im Hinblick auf die ausgef hrten Verrichtungen gew hlt weshalb die Motorik der aufgenommenen Bewegungen bereits nicht den Anspr chen der humanmotorischen Richtigkeit im Kontext der menschlichen Arbeit gen gt Hierf r sind Bewegungen entsprechend ge bter und eingearbeiteter Probanden zu erfassen Auch erfolgte vor der eigentlichen Aufnahme kein ben der jeweiligen Verrichtungen Andererseits wurden die Bewegungen nur in wenigen Parametern variiert und nicht das gesamte Spektrum der m glichen Auspr gungen erfasst weshalb auch eine Bewegungssynthese nur innerhalb der eingeschr nkten tats chlich erfassten Varianz
118. f Basis von Verrichtungen denn den entsprechenden K rperhaltungen geht jeweils die passende K rperbewegung als Verrichtung voraus 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 109 d h vor jedem Sitzen gibt es eine Bewegung Hinsetzen Somit ist eine eindeutige Zuordnung der K rperhaltungen sichergestellt Es wird die grundlegende Art der K rperhaltung also Stehen Sitzen Hocken Knien jeweils anhand der Verrichtungen zugeordnet die Positionen der Marker und die Gelenkwinkel werden zur exakten Zuordnung der jeweiligen Auspr gung wie aufrecht oder gebeugt verwendet K rperteil H henangaben 170C u P K En 1600 1500 Legende E H he der linken Hand W H he der rechten Hand u H he der linken Schulter E H he der rechten Schulter Augenh he Abbildung 43 H hen der K rperteilmarker im Zeitverlauf Neben der Identifizierung der jeweiligen Posen ist ferner der Zeitaspekt von Bedeutung Hierf r m ssen die K rperhaltungsklassen im gesamten Zeitverlauf erfasst werden Abbildung 44 zeigt auszugweise die tabellarische Darstellung der K rperhaltungen im Zeitverlauf einer Simulation Es wird jeweils die tats chlich identifizierte und die gem Regelwerk bewertete K rperhaltung angezeigt Im dargestellten Beispiel ist etwa in den Zeilen 316 und 317 die K rperhaltung der EAWS Zeile 14 Knien oder Hocken Arme auf ber Schulterh he erkannt
119. fh he Handhaben Akkuschrauber mit Zylindergriff horizontal Knieh he vertikal H fth he vertikal Brusth he Anlagen Handhaben Eindr ckwerkzeug mit Zylindergriff horizontal Knieh he vertikal H fth he vertikal Brusth he vertikal Augenh he 171 Anlagen vertikal berkopfh he Handhaben Hammer horizontal Knieh he vertikal H fth he vertikal Brusth he 172 Anlagen vertikal Augenh he vertikal berkopfh he Medium mit Spr hdose auf Fl che auftragen Knieh he H fth he 173 Anlagen 174 Brusth he Anlagen 175 Anlage 3 Software Ergo Tool Die Nachbildung der erfassten menschlichen Bewegungen erfolgt mit Hilfe des Menschmodells Dynamicus einem AddOn zum Simulationswerkzeug alaska welches am Institut f r Mechatronik entwickelt wurde Dynamicus bildet den menschlichen K rper durch 21 Segmentk rper ab Zur Visualisierung und Auswertung der mittels Motion Capturing erfassten menschlichen Bewegungen diente die Software Ergo Tool E 63 EA JumpicusTrainer1 2 R_Shoulder_1 SmearOnSurface_Height_150 vertical_Proband_Klein h Tre wa np LEE Gross ScrewManual R_Elbow SmearOnSurface_Height_150 vertical_Proband_Klein f SmearOnSurface_Height_150 iasa Proband _Grossf Faire SmearOnSurface _Height_150 vertical_Proband_Klein f SmearOnSurface_Height_150 vertical_Proband 1_Grossfi JumpicusTrainer
120. fzeichnen von Bewegung f r die direkte oder sp tere Analyse oder zum Abspielen MoCap Systeme wurden f r unterschiedliche Einsatzgebiete entwickelt etwa zur Anwendung in der Unterhaltungsindustrie oder f r die Untersuchung ergonomischer Fragestellungen Klippert et al 2008 2 Theoretischer Hintergrund 29 In der Regel erfolgt diese Aufzeichnung mit Hilfe von am realen Probanden angebrachten Sensoren sog Marker zur Aufnahme von Positionen und ggf auch deren Orientierung Die Signalerfassung erfolgt zumeist elektromechanisch elektromagnetisch optisch oder akustisch Morr Wiechel amp Metzler 2009 Zur Auswertung werden die erfassten Bewegungen mittels inverser Kinematik auf ein digitales Menschmodell bertragen Jeder Systemtyp weist spezifische Vor und Nachteile auf So k nnen etwa elektromagnetische Systeme von unerw nschten St rsignalen aus der Umgebung beeinflusst werden Bei optischen Systemen hingegen kann es zu Verdeckungen durch St rgeometrien kommen Um entsprechende Nachteile einzelner Systeme zu kompensieren wurden Kombinationssysteme entwickelt Jackel Neunreither amp Wagner 2006 Gudenhus 2008 Au erdem gibt es markerlose Systeme welche ebenfalls eine optische Erfassung der Bewegungen erm glichen jedoch keine Anbringung von Sensoren am Probanden ben tigen Klippert et al 2008 Markerlose Systeme werden auch im Bereich der Uhnterhaltungselektronik entwickelt wo deutlich geringere Anschaffungskoste
121. g f r digitale Menschsimulationen auf Basis des EAWS Anlage 4 wird im Folgenden getrennt nach den einzelnen Modulen der Methode erl utert Die Umsetzung basiert auf EAWS Version 1 3 2c Institut f r Arbeitswissenschaft Darmstadt IAD 2009 Baracco et al 2009 Zun chst wird jeweils das Modul erl utert anschlie end werden sowohl die Herausforderungen und Hemmnisse einer automatisierten Erfassung aus digitalen Menschsimulationen als auch das letztendliche Konzept zur Realisierung diskutiert Die Darstellungen beziehen sich auf die erfolgte Umsetzung f r die Simulationssoftware Editor menschlicher Arbeit ema vgl Kapitel 1 4 5 1 4 2 1 EAWS Modul 1 K rperstellung Beschreibung des Moduls Das Modul umfasst die Zeilen 1 bis 16 des EAWS Formblattes Mit Modul 1 werden statische K rperhaltungen d h K rperhaltungen mit einer jeweiligen Dauer von mindesten 4s sowie hochfrequente Bewegungen des Rumpfes und der Arme bewertet Hochfrequent bedeutet mindestens zwei extreme Beugungen des Rumpfes pro Minute Formblatt Zeilen 4 12 13 oder mindestens zehn extreme Armbewegungen pro Minute Formblatt Zeilen 5 6 10 11 14 15 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 107 Geringe manuell zu handhabende Lasten lt 3kg Fingerkr fte lt 30N bzw Ganzk rperkr fte lt 40N sind in der Bewertung im EAWS Modul 1 bereits enthalten EAWS bietet zur Haltungseinstufung in Modul 1 qualitativ beschreibe
122. gabe Sollzeit s 0 0 gt Hand Armbewegungen MTM Code s v Objekthandhabung Objekt e das d e platziert werden solllen Abbildung 51 ema Benutzeroberfl che 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 121 Der Workflow zur Planung mit ema umfasst die folgenden Arbeitsschritte e Aufbau der Simulationsumgebung Laden aller notwendigen Produkt und Ressourcendaten und Anordnung im Ausgangszustand e Eingabe der Prozessinformationen Definition der Verrichtungen welche im Zeitverlauf nacheinander ausgef hrt werden sollen e Simulation Berechnung der Bewegungen des Menschmodells durch die Software e Visualisierung Ansehen der generierten Simulation durch den Anwender e Auswertung der Simulation Berechnung der Zeitanalyse oder EAWS Bewertung e bedarfsweise Modifikation und Optimierung der geplanten Variante Zum Funktionsumfang geh ren neben der Bewegungsgenerierung und Auswertung auch sog High Level Funktionalit ten wie eine vereinfachte Kollisionsvermeidung anhand der Object Bounding Volumes zeitliche Synchronisation mehrerer Menschmodelle oder automatische Greifpunktermittlung vgl Kapitel 3 6 1 5 1 3 Zusammenfassung Der Editor menschlicher Arbeit ema ist eine Software zur humanmotorisch validen Planung manueller T tigkeiten Auf Basis einer Bibliothek parametrischer Verrichtungen k nnen Bewegungen graphisch modelliert und hinsichtlich Vorgabezeit und Ergonomie bewertet werden Damit erg nzt
123. gabe erfolgt dabei anhand der Auspr gung sowie ggf zeitabh ngig Das Modul O ist weitgehend qualitativ formuliert In der Anwendungspraxis obliegt es dem Analytiker anhand von Erfahrungswerten oder betrieblicher Festlegungen Punktwerte in geeigneter H he festzulegen Umsetzung zur automatischen Bewertung F r eine automatisierte Umsetzung m ssen die qualitativ formulierten Parameter quantifiziert werden Durch die Vielschichtigkeit der m glichen Belastungen welche zur Vergabe von Extrapunkten f hren etwa in Form anderer k rperlicher Belastungen Modul Oe ist eine automatisierte Vergabe nicht in G nze zu realisieren Eine einfache L sung zur Gew hrleistung einer ganzheitlichen Risikobetrachtung ist deren manuelle Eingabe 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 116 Abbildung 48 Dialog Fenster der Simulationssoftware ema vgl Kapitel 5 1 In Form eines Eingabe Dialogs k nnen die entscheidenden Auspr gungen der Belastungen manuell durch den Anwender eingegeben werden Dabei sind in Anlehnung an das EAWS Regelwerk Quantifizierungen vorgenommen worden Die tats chliche Berechnung der Punkte erfolgt automatisch anhand der Eingaben des Anwenders Arbeit an sich bewegenden Teilen Beeintr chtigung Kein Mitlaufen 1 2 Schritte bei Auf Zug nglichkeit Zug nglichkeit yan au en za Schwingungen Impulse R ckschlagkr fte Anzahl 4 5 r Intensit t stark aza Gelenkste
124. gen unabdingbar Es ist also weder ein rein deduktives noch ein ausschlie lich induktives Vorgehen allein geeignet Vielmehr m ssen theoretische Vor berlegungen in entsprechende Untersuchungsdesigns berf hrt werden und die in den Untersuchungen gewonnen Ergebnisse sind anschlie end anhand praktischer Versuche zu berpr fen und kontinuierlich zu verfeinern Dazu wurde ein Beschreibungsmodell zur Vorgehensweise entwickelt welches vier Phasen umfasst Die erste Phase umfasst die Vorbereitung und Analyse die zweite Phase die tats chliche digitale Erfassung die dritte Phase die Aufbereitung und Pr fung der Bewegungsdaten Die sich anschlie ende vierte Phase der Systemanwendung beinhaltet die Nutzung der gewonnenen Erkenntnisse f r die Bewegungssynthese Die vier Phasen werden im Folgenden erl utert 3 5 1 Vorbereitung und Analyse Die Vorbereitung beginnt mit der Auswahl der zu untersuchenden Verrichtungen und damit einhergehend mit der Definition der zu variierenden Parameter Grundlage hierf r ist die Bibliothek der m glichen Verrichtungen Kapitel 3 1 Weiterhin sind berlegungen zur Versuchsanordnung und den notwendigen Requisiten zu treffen 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 88 Nach dem Aufstellen eines groben Versuchsplanes und der Beschaffung bzw Herstellung des Versuchsaufbaus folgt ein Simulationstag An diesem Tag werden zun chst der Versuchsstand und die Ver
125. gsgenerierung 95 K rperstellungen in Abh ngigkeit von Lage und Lastgewicht der aufzunehmenden Objekte ber weitere Versuche ermittelt werden um die Qualit t der Bewegungsgenerierung zu erh hen Die Laborversuche und Motion Capture Studien zeigten dass alle mit der Handhabung von Objekten verbundenen Verrichtungen eine Vorpositionierung zum Objekt beinhalten Der dabei eingenommene Abstand folgt keiner erkennbaren Systematik sondern erfolgt weitgehend intuitiv Es zeigt sich dass ein individueller anthropometrisch bedingter Abstand zum Objekt eingenommen wird Dieser entspricht etwa der individuellen Schulterbreite bzw K rpertiefe wobei vorhandene St rgeometrien diesen Abstand entsprechend vergr ern um unerw nschte Kollisionen zu vermeiden Die Ausrichtung zum Objekt ist abh ngig vom Greiffall sowie der Umgebung Beim beidh ndigen Greifen liegen der Blickrichtungsvektor des Menschen und die Objekt Frontfl chennormale auf einer vertikalen Ebene d h der Mensch positioniert sich mittig vor dem zu greifenden Objekt Beim einh ndigen Greifen liegen Objekt Frontfl chennormale und Blickrichtungsvektor derart seitlich versetzt dass das Objekt mittels Nachvorngreifens des Armes aufgenommen werden kann F r jede Objektkategorie wurden unter Ber cksichtigung etwaiger horizontaler oder vertikaler St rgeometrien idealisierte Bewegungsabl ufe identifiziert und parametrisiert Im Ergebnis dessen wurde ein Algorithmus entwickelt der au
126. gungen untersucht werden m ssen Aufgrund ihrer berschaubaren Anzahl an Parametern erfolgten die Untersuchungen anhand von Elementarverrichtungen Auf Basis der in den vorangegangenen Kapiteln aufgezeigten Erkenntnisse wurden die folgenden Verrichtungen zur weiteren Untersuchung ausgew hlt wobei davon ausgegangen wurde dass diese den Gro teil blicher Arbeitst tigkeiten abdecken e Elementarverrichtungen des menschlichen Man vrierens im Arbeitsraum z B Setzen Aufstehen Laufen Warten Wenden e Elementarverrichtungen der Handhabung von Objekten z B Aufnehmen Tragen Ablegen e Elementarverrichtungen zur Handhabung und Applikation von einfachen Werkzeugen z B Pistolenwerkzeug auf Punkt applizieren Knopf dr cken e Elementarverrichtungen zur Handhabung an Werkst cken z B berstreichen einer Fl che Einschrauben einer Schraube von Hand Spezialverrichtungen sowie Filigranarbeiten oder Bewegungen mit besonderer Sorgfalt und Pr zision wurden vorerst nicht betrachtet 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 70 3 2 2 Laborversuche Der in Kapitel 2 6 formulierten Hypothese 2 folgend lassen sich auf Basis erfasster Realbewegungen Bewegungsmuster ableiten In einfachen Versuchen wurde daher eine Vielzahl von Verrichtungen mit typischen Objekten experimentell untersucht Dabei konnten Erkenntnisse zu Bewegungsabl ufen und Objekthandhabungen gewonnen sowie die dabei ma
127. he Montageplanung Handbuch f r die Praxis M nchen Hanser Bundesministerium f r Arbeit und Soziales BMAS 2012 Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit 2010 Berlin Burandt U 1978 Ergonomie f r Design und Entwicklung K ln Dr Otto Schmidt KG Caffier G Steinberg U amp Liebers F 1999 Praxisorientiertes Methodeninventar zur Belastungsbeurteilung im Zusammenhang mit arbeitsbedingten Muskel Skelett Erkrankungen Dortmund Bundesanstalt f r Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Chaffin D B 1969 A Computerized Biomechanical Model Development and Use in Studying Gross Body Actions Journal of Biomechanics 2 S 429 441 Chaffin D B 2001 Digital Human Modeling for Vehicle and Workplace Design Warrendale SAE Society of Automtoive Engineers Chaffin D B 2005 Improving Digital Human Modeling for Proactive Ergonomics in Design Ergonomics 48 S 478 491 Clark K B amp Fujimoto T 1991 Product development performance strategy organization and management in the world auto industry Boston Harvard Business School Press Cole D C Ibrahim S A Shannon H S Scott F amp Eyles J 2001 Work correlates of back problems and activity restriction due to musculoskeletal disorders in the Canadian national population health survey NPHS 1994 5 data Occupational and Environmental Medicine 58 S 728 734 Colombini D Occhipinti E amp Grieco A 2002 Risk Assessment and Ma
128. hemnitz Universit tsverlag Chemnitz Herzberg F Mausner B amp Snyderman B B 1959 The Motivation to Work New York Wiley Hoffmeyer A 2010 Industrieller Einsatz von Motion Capturing zur Unterst tzung von Planungsworkshops bei der Volkswagen AG In Tagungsband Digitales Engineering und virtuelle Techniken zum Planen Testen und Betreiben technischer Systeme 13 IFF Wissenschaftstage 15 17 Juni 2010 S 245 264 Stuttgart Fraunhofer Verlag Human Solutions 2012 Abgerufen am 3 April 2012 von http www human solutions com mobility front_content php idcat 252 H ttmann K 2004 Ergonomieprozesse in der Produktion eines Automobilherstellers am Beispiel des Opel Werkes R sselsheim In K Landau Montageprozesse gestalten Fallbeispiele aus Ergonomie und Organisation Stuttgart Ergonomia IImarinen J 2006 The ageing workforce challenges for occupational health Occupational Medicine 56 S 362 364 Institut f r Arbeitswissenschaft Darmstadt IAD 2009 European Assembly Worksheet V 1 3 2c Institut f r Mechatronik e V 2009 alaska 6 0 Modellierung und Simulation mechatronischer Systeme Benutzerhandbuch Chemnitz Institut f r Mechatronik e V 2009 Dynamicus Biomechanisches Menschmodell Benutzerhandbuch Chemnitz Institut f r Mechatronik e V 2012 alaska Dynamikus Biomechanisches Modell f r die Bewegungsanalyse Abgerufen am 4 April 2012 von http www tu chemnitz de ifm produ
129. hrig D K hler H amp Schwameder H 2008 Kinematische Analyse menschlicher Alltagsbewegungen f r die Mensch Maschine Interaktion In J Edelmann Nusser E F Moritz V Senner amp K Witte Sporttechnologie zwischen Theorie und Praxis S 49 58 Aachen Shaker Verlag Steinberg U amp Windberg H J 1994 Leitfaden Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der manuellen Handhabung von Lasten Bremerhaven Verlag f r neue Wissenschaft Steinhorst U 2005 Entwicklung eines Instrumentariums zur Gestaltung von Systempartnerschaften im Produktentstehungsprozess Wiesbaden Deutscher Universit ts Verlag Stelzner G 2008 Zur Modellierung und Simulation biomechanischer Mehrk rpersysteme Karlsruhe Universit tsverlag Karlsruhe Streb C Voelpel S amp Leibold M 2008 Aging Workforce Management in the Automobile Industry Defining the Concept and its Constituting Elements Zeitschrift f r Personalforschung 23 S 8 27 Literatur 152 Sturman D J 1994 A Brief History of Motion Capture for Computer Character Animation In SIGGRAPH 94 Course 9 Thiele A 2011 Analyse und technologische Strukturierung von Bewegungsdaten mit dem Ziel der Ableitung und analytischen Formulierung von physikalisch technischen Zusammenh ngen Masterarbeit Chemnitz Technische Universit t Chemnitz Thiemich J 2012 Ergonomie im Volkswagen Werk Kassel Beispiele zur Verhaltenspr vention und zur Ergonomie im Produkte
130. hrleisten dass durch die Idealisierung der Bewegung die humanmotorische Richtigkeit nicht verloren geht Etwaige Fehlgriffe des ausf hrenden Probanden sind bei der Beobachtung umgehend zu korrigieren Ferner muss ein weitgehend kontinuierliches Verhalten w hrend der Bewegungen sichergestellt werden m gliche Rucke oder St e sind zu vermeiden Dies erfordert einen entsprechend guten Sitz der Marker am Probanden so dass dessen Bewegungsfreiheit nicht eingeschr nkt wird Zus tzlich f hrt ein Verrutschen der Targets zu sp teren Unstimmigkeiten bei der Datenaufbereitung Je nach Motion Gapture System sind etwaige st rende Einfl sse zu vermeiden Beim optischen Tracking sind dies z B reflektierende metallische Gegenst nde im Aktionsraum Gleichzeitig muss aber sichergestellt werden dass die Versuche unter blichen Umgebungsbedingungen also realit tsnah durchgef hrt werden k nnen Unzureichende Beleuchtung etwa kann sich auf die K rperhaltung auswirken indem der Proband sich n her an die Wirkstelle positioniert um ausreichend sehen zu k nnen W hrend der Aufnahmen wird der Proband fortw hrend beobachtet um sp ter bspw vorhandene Unstimmigkeiten in der Bewegung erkl ren zu k nnen Au erdem ist eine sorgf ltige Protokollierung notwendig so k nnen bei der sich anschlie enden Auswertung die jeweils aufgenommenen Bewegungen den einzelnen Ausf hrungsparametern exakt zugeordnet werden 3 5 3 Aufbereitung und Pr fung Nach
131. hrung und dem Training hinsichtlich der Bewegungen abh ngen Die folgenden Kapitel fokussieren auf den Au enaspekt der Bewegungshandlungen Es soll untersucht werden wie die menschliche Motorik funktioniert und letztlich prognostiziert werden kann Dies bedingt Kenntnisse sowohl der Physiologie des Menschen als auch der physikalischen Grundlagen der Bewegung 2 Theoretischer Hintergrund 23 2 1 2 Physiologische Grundlagen Ein grundlegendes Verst ndnis der komplexen Physiologie des Menschen ist eine wesentliche Voraussetzung zur Analyse und Modellierung menschlicher Bewegungen Dabei bildet das Muskel und Skelettsystem die Grundlage der Bewegungsm glichkeiten wobei individuelle K rpereigenschaften das Bewegungsverhalten beeinflussen Die arbeitswissenschaftiche Forschung beschreibt au erdem Bewegungen welche in Folge der arbeitsbedingten Repetition als gesundheitssch dlich erachtet werden Diese physiologischen Aspekte sind bei der Simulation menschlicher Bewegungen zu ber cksichtigen Der menschliche Bewegungsapparat umfasst sowohl passive Knochen Gelenke B nder als auch aktive Muskeln Elemente Die innere St tzstruktur des K rpers bildet das Skelett welches bei Erwachsenen aus 206 Knochen besteht Die Knochen sind durch Gelenke miteinander verbunden wobei die Gelenke bis zu drei unterschiedliche Bewegungsachsen realisieren Die Gelenke haben einen komplexen Aufbau der vielf ltige Funktionen absichert Der Gelenkknorpel di
132. hst einmal entnommen werden k nnen ob eine Kraftaus bung berhaupt stattfindet Hierf r erweist sich das 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 111 Verrichtungskonzept erneut als hilfreich Je nach Verrichtungstyp der simuliert wird z B K rperbewegungen Werkzeughandhabung etc wurde vordefiniert ob eine Kraftaus bung grundlegend sinnvoll bzw m glich ist Bei den entsprechenden Verricehtungen k nnen nun Kraftwerte eingegeben werden Abbildung 45 Dialog Fenster der Simulationssoftware ema vgl Kapitel 5 1 Im Rahmen der Eingabe durch den Anwender werden bei der Simulationserstellung die notwendigen Parameter in Form von Eingabe Dialogen abgefragt Sofern nun eine Kraftaufbringung im Sinne des EAWS Moduls 2 zu erwarten ist wie etwa bei der in Abbildung 45 dargestellten Handhabung eines Werkzeuges wird im Dialog der Kraftbetrag abgefragt Alternativ ist auch eine standardisierte Vorbelegung von Verrichtungsbausteinen mit Kr ften denkbar um ein m glichst exaktes Risikoscreening auch in fr hen Planungsphasen zu erm glichen Bezeichnung vorgabe Sollzeit s em MTMI Codefs Ziel f r Werkzeugeinsatz zu benutzendes CT x Werkzeug wi am Ban Prozesszeit f r 2 0 Werkzeuganwendun g L_ Kraftaufwand N 37 Abbildung 45 ema Eingabedialog f r Verrichtungsparameter einschlie lich Kraftaufwand Die
133. hteten T tigkeiten als auch bei intuitiv erfolgten Bewegungen infolge von Reflexhandlungen Im Kontext der Arbeitsgestaltung umfasst das den f r die Aus bung eines bestimmten Berufs erforderlichen Bewegungsfundus wobei das Menschmodell kontext bliche Bewegungen ausf hrt nicht etwa Akrobatik oder ungeschickte Handlungen Humanmotorisch ist also nicht die Idealbewegung welche etwa im Leistungssport angestrebt wird sondern die bliche Bewegung welche nicht zwingend ein Optimum darstellt Diese Forderung stellt eine gro e Herausforderung dar da folglich keine Optimierungsformulierungen bei der Bewegungsbeschreibung angewandt werden k nnen und eine exakte Kenntnis der blichen Bewegungsauspr gung notwendig ist Diese Anforderungen sind aufeinander aufbauend wobei die Plausibilit t die Basisvoraussetzung darstellt Humanmotorische Richtigkeit l sst sich erst erreichen wenn die Bewegungen zeitrichtig wie auch biomechanisch korrekt sind Der Zusammenhang zwischen den genannten Anforderungen wird in Abbildung 19 verdeutlicht motorisch richtig Ablauf Ablauf zeitlich biomechanisch richtig richtig Bewegungsablauf plausibel Abbildung 19 Anforderungen an generierte Bewegungen 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 69 Um den beschriebenen Anforderungen gen gen zu k nnen wurde f r die Methodenentwicklung zun chst der Untersuchungsbereich
134. ichen als auch die menschlichen Leistungsvoraussetzungen positiv beeinflusst werden was sich am Ende auf die Produktivit t wie auch die Qualit t von Produkten und Prozessen auswirkt Spanner Ulmer 2006 Um den gesetzlichen Vorgaben nachzukommen und die berichteten Vorteile nutzen zu k nnen ben tigt die Praxis entsprechende Verfahren zur Beurteilung der ergonomischen Gestaltungsg te Wie im vorangegangenen Kapitel 2 3 1 erl utert umfasst eine ganzheitliche ergonomische Gestaltung vielf ltige Aspekte Im Sinne dieser Arbeit wird jedoch vorwiegend auf die physischen Belastungen orientiert d h im Folgenden werden unter dem Begriff Ergonomie die Teilbereiche der anthropometrischen bewegungstechnischen und physiologischen Arbeitsgestaltung zusammengefasst 2 3 3 Methoden der Ergonomiebewertung Die berpr fung der Ertr glichkeit stellt den Hauptanwendungsbereich der ergonomischen Bewertung menschlicher Arbeit dar Hierf r wurden in Wissenschaft und Praxis vielf ltige Methoden entwickelt die sich sowohl hinsichtlich der berpr ften Risikofaktoren als auch in Bezug auf den Anwenderkreis unterscheiden Luczak 1991 unterscheidet vier Grundtypen von Untersuchungsmethoden Beobachtung Befragung physiologische und physikalisch chemische Messmethoden Weiterhin wird differenziert zwischen objektiven d h von au en beurteilenden und subjektiven also selbst einsch tzenden Verfahren Zentrale Klassifizierungsdimensionen der Methoden s
135. ichtigt Die Praxisorientierung der Arbeitswissenschaft kommt durch die strukturierte Betrachtung des Produkt Entstehungsprozesses in der Industrie zum Ausdruck Kapitel 3 bezieht sich auf die erste Forschungsfrage Hier wird eine Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung entwickelt Zur Erstellung plausibler und realistischer Bewegungssimulationen wird auf echte menschliche Bewegungen welche im Rahmen zweier empirischer Untersuchungen aufgenommen wurden zur ckgegriffen Die erfassten Bewegungsdaten werden aufbereitet und exemplarisch zur Ableitung mathematischer Funktionen und Algorithmen genutzt die die Voraussetzung schaffen Bewegungen anhand weniger Parameter zu generieren Aufbauend auf den vorangegangenen Erkenntnissen behandelt Kapitel 4 die zweite Forschungsfrage Es wird ein Ansatz zur semiautomatischen Ergonomiebewertung vorgestellt welcher es erm glicht mit wenigen manuell erg nzten Informationen digitale Menschsimulationen mit einem ganzheitlichen also mehrere Belastungsfaktoren umfassenden Verfahren ergonomisch zu bewerten 1 Einleitung 19 Die Erkenntnisse der vorangegangenen Kapitel wurden in ein Softwaretool zur Bewegungssynthese f r ein digitales Menschmodell berf hrt welches in Kapitel 5 vorgestellt und im Rahmen von Praxistests pilotiert wird Das abschlie ende Kapitel 6 enth lt eine Zusammenfassung sowie den Ausblick auf weiterf hrende Forschungsans tze
136. ickelt Tilch 2012 Zun chst erfolgt eine Zuordnung des Werkst ckes zu einer von zw lf Kategorien in Abh ngigkeit der Abmessungen und Seitenverh ltnisse des Object Bounding Volume sowie der Masse Je nach Gr enauspr gung eines Objektes wird au erdem festgelegt ob das Greifen durch eine Person berhaupt m glich ist oder ob die Werkst ckgeometrie ggf eine Kooperation mehrerer Personen bedingt Die Greifpunkt Ermittlung auf Basis des Object Bounding Volume st t bei vorhandenen Griffen oder Gariff ffnungen bspw bei Ladungstr gern sowie bei festgelegten Greifpunkten etwa bei Werkzeugen an ihre Grenzen In diesen F llen ist eine manuelle Definition der Greifpunkte notwendig Dies gilt ebenso bei einer Beschaffenheit des Objektes die ein Greifen an den ermittelten Greifpunkten unm glich macht etwa bei Scharfkantigkeit Um arbeitsgestalterische Defizite bereits bei der Bewegungsgenerierung zu verdeutlichen wurde in den erarbeiteten Greif Algorithmus eine Grenzlast berpr fung in Anlehnung an DIN EN 1005 2 2009 implementiert Auf Basis der geometrischen Rahmenbedingungen wird die tats chliche Last mit einer zul ssigen Grenzlast verglichen bei deren berschreiten der Anwender auf das Gestaltungsproblem hingewiesen wird Weiterhin wird entschieden ob das Aufnehmen mit einer oder beiden H nden erfolgt Im Rahmen der Versuche wurden typische Bewegungsmuster beobachtet die jedoch nicht zwingend ergonomischen Gesichtspunkten
137. iebewertung mit dem Editor menschlicher Arbeit ema In Mensch Technik Organisation Vernetzung im Produktentstehungs und herstellungsprozess 57 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 641 644 Dortmund GfA Press J rgens U 2007 Warum Toyota so lange so stark ist Bericht im Auftrag der IG Metall Darmstadt APM J rgens W W Mohr D Pangert R Pernack E F Schultz K amp Steinberg U 2001 Handlungsanleitung zur Beurteilung der Arbeitsbedingungen beim Heben und Tragen von Lasten Saarbr cken L nderausschuss f r Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik LASI J rgens W W Mohr D Pangert R Pernack E F Schultz K amp Steinberg U 2002 Handlungsanleitung zur Beurteilung der Arbeitsbedingungen beim Ziehen und Schieben von Lasten Saarbr cken L nderausschuss f r Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik LASI Kamusella C 2012 Ergotyping Tool K rperhaltungsbewertung In Gestaltung nachhaltiger Arbeitssysteme 58 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 177 180 Dortmund GfA Press Kamusella C amp rd gh L 2011 Ergotyping Tool K rperkr fte In Mensch Technik Organisation Vernetzung im Produktentstehungs und herstellungsprozess 57 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 623 626 Dortmund GfA Press Kamusella C amp Schmauder M 2009 Ergotyping im rechnerunterst tzten Entwicklungs und Gestaltungsprozess Zeits
138. ifizierung einer Schnittstelle zur bergabe geometriebezogener Daten an den Bewegungsgenerator die Identifizierung Auswahl und Klassifizierung von typischen menschlichen Bewegungen im Kontext von Montage und Rohbauprozessen in der Automobilindustie der Entwurf eines hierarchischen Systems von Bewegungsebenen zur Gliederung und sp teren Neukombination von Teilbewegungen sowie anschlie end der Entwurf eines Systems zur Abbildung von handlungsbezogenen auf geometriebezogene Bewegungsdaten Zur Unterst tzung des Projekts wurde ein Fachbeirat etabliert ihm geh rten neben den Projektmitarbeitern der Partnerinstitute auch Experten der Volkswagen AG sowie der Deutschen MTM Vereinigung an Damit sollte sichergestellt werden dass die Richtung und die Ergebnisse der Forschung den sp teren Anforderungen beim Einsatz in der Praxis gerecht werden und nachtr glicher Aufwand f r Anpassungs bzw Customizing Anforderungen vermieden werden kann Die Laufzeit des Projektes erstreckte sich ber zw lf Monate vom 01 04 2009 bis zum 31 03 2010 2 Theoretischer Hintergrund 21 2 Theoretischer Hintergrund Dieses Kapitel dient der Darstellung des gegenw rtigen Wissensstandes der f r die vorliegende Arbeit wesentlichen Aspekte Dabei werden gem der zu kl renden Fragestellungen zun chst physiologische und physikalische Grundlagen menschlicher Bewegungen sowie Methoden zur Bewegungsanalyse thematisiert Anschlie end werden arbeitsplanerische Modelle
139. igem Umfang und beliebiger Auspr gung realisiert werden Dies erm glicht wiederum eine Abbildung der Arbeitsinhalte auf Verfahren zur Soll Zeitbestimmung sowie die Strukturierung des Bewegungsstudiums 3 2 Vor berlegungen zum Bewegungsstudium Ein Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines Systems zur Bewegungssynthese vgl Kapitel 1 2 In Kapitel 2 6 wurde in Hypothese 1 formuliert dass es f r jede Verrichtung eine f r den Menschen typische Aus bung der Bewegung gibt Dies setzt voraus dass dabei die folgenden Anforderungen an die zu erzeugenden Bewegungen erf llt werden m ssen 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 68 Der Ablauf muss plausibel sein Dies umfasst z B die Erreichbarkeit von Objekten oder die Reihenfolge der T tigkeiten Der Ablauf muss zeitrichig sein d h die Ablaufdauer muss zeitwirtschaftlichen Grundlagen entsprechen Der Ablauf muss biomechanisch richtig sein darf also beispielsweise keine Gelenk berdehnung oder Gleichgewichtsverletzung beinhalten Der Ablauf muss humanmotorisch richtig sein Humanmotorisch bedeutet dass die Geometrie der menschlichen Posen in ihrer zeitlichen Abfolge fl ssige Bewegung der Ausf hrung einer mittelgut ge bten und ausreichend eingearbeiteten Person in Abh ngigkeit der Anthropometrie unter normalen mittleren Bedingungen entspricht Dies gilt sowohl bei willk rlich erzeugten und zielgeric
140. ihrer raschen Anwendbarkeit eine weite Verbreitung insbesondere in der Automobil und Zulieferindustrie EAWS ist das MTM Standard Ergonomiewerkzeug und wurde in entsprechende Software L sungen implementiert Deutsche MTM Vereinigung e V 2012 2 3 4 Rechnerunterst tzte Verfahren zur Ergonomiebewertung Im vorangegangenen Abschnitt wurden Verfahren zur Ergonomiebewertung erl utert Diese sind im Regelfall als Stift Papier Methoden konzipiert d h es handelt sich um B gen oder Tabellen welche bei der Beobachtung einer Arbeitsausf hrung ausgef llt werden Dar ber hinaus wurden jedoch auch Programme entwickelt welche eine rechnerunterst tzte Durchf hrung der Ergonomiebewertung erm glichen Landau Luczak amp Laurig 1997 Spanner Ulmer amp M hlstedt 2009 EAWS wird stetig weiterentwickelt seit Version 1 3 3 2012 wird EAWS als Ergonomic Assessment Worksheet bezeichnet 2 Theoretischer Hintergrund 41 Die Dokumentation von Arbeitspl nen und Zeitanalysen erfolgt ohnehin zumeist rechnerunterst tzt mit Hilfe spezieller Software MTMergonomics Schaub Britzke Sanzenbacher Jasker amp Landau 2004 Schlick Bruder amp Luczak 2010 ein vom IAD und der Deutschen MTM Vereinigung entwickeltes System erm glicht Ergonomiebetrachtungen auf der Grundlage von MTM Prozessbausteinen So k nnen ergonomische Risiken bereits in einer fr hen Gestaltungsphase erkannt werden Zu dieser Zeit ist es noch m glich Prozesse derar
141. ikationen am Produkt und am Herstellprozess durchgef hrt etwa um Gesetzes nderungen gerecht zu werden den Absatz durch Aufwertungen am Produkt zu f rdern oder die Produktivit t zu verbessern So werden Produkt nderungen im Rahmen eines zeitlich verk rzten PEP umgesetzt da vergleichbare Prozesse auszuf hren sind Spur amp St ferle 1994 Der PEP l sst sich wiederum in einzelne Phasen aufteilen wobei in der Literatur vielf ltige Modelle existieren die letztlich auf ein vergleichbares Konzept bestehend aus drei bis vier Phasen zur ckzuf hren sind Gausemeier Plass amp Wenzelmann 2009 Grote amp Feldhusen 2011 Schenk amp Wirth 2004 Westk mper 2006 Z h 2006 Demnach umfasst der PEP die drei Phasen Produktdefinition Produktentwicklung und Produktionsentwicklung Als Endphase des PEP l sst sich der Produktionsanlauf definieren welcher gleichzeitig die erste Phase des Betriebs bzw des Produkt Pflege Prozesses ist Abbildung 13 2 Theoretischer Hintergrund 53 Ganzheitlicher Unternehmensprozess Produkt Strategie Prozess u EN IE Produkt Pflege Prozess rozess g Co UOO Produkt Entstehung Prozess Produkt definition Produkt Produktions Produktions entwicklung entwicklung anlauf SE gt EB SOP EB gt Eu a gt Eu a Abbildung 13 Phasenmodell des Produkt Entstehungs Prozesses Grunds tzlich lassen sich weder die Unternehmens Teil Prozesse noch die Phasen des PEP eindeutig voneinan
142. ind insbesondere die Beurteilungstiefe die Genauigkeit sowie die Anzahl ber cksichtigter Merkmale Caffier Steinberg amp Liebers 1999 Betrachtet man das gesamte zur Verf gung stehende Methodeninventar so ergibt sich eine dreistufige Einteilung der Verfahren welche in Abbildung 4 dargestellt ist J rgens et al 2001 Orientierende Quantitative Wissenschaftliche Verfahren Verfahren Untersuchungen F r Betriebspraktiker F r ergonomisch F r wissenschaftliches Arbeitgeber geschultes Personal Fachpersonal geringer Aufwand mittlerer Aufwand hoher Aufwand Ergebnisse als grobe Ergebnisse Ergebnisse f r Orientierung hinreichend genau f r Forschungszwecke komplexe Abl ufe Abbildung 4 Dreistufige Einteilung der Ergonomiebewertungsverfahren nach J rgens et al 2001 Orientierende Verfahren sollen bei m glichst geringem Aufwand ausreichend genaue Ergebnisse liefern um rasch die Belastungen der zu untersuchenden T tigkeit absch tzen zu k nnen Sie sollten keine umfangreichen Fachkenntnisse erfordern und f r m glichst viele Arbeitspl tze ohne Einschr nkungen anwendbar sein 2 Theoretischer Hintergrund 39 Weiterhin sollen Ursachen erh hter Belastungen erkennbar werden Quantitative Verfahren kommen bei komplexeren Arbeitsabl ufen etwa mit unterschiedlichen Teilt tigkeiten unklaren Einsch tzungen bez glich der Auspr gung einzelner Belastungsfaktoren oder speziellen Fragestellungen zum Einsatz F
143. iner Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung beschrieben die als Standard Gesch ftsprozess der Ableitung von Bewegungsalgorithmen f r ein digitales Menschmodell dienen soll Daraufhin k nnen nunmehr menschliche Bewegungen mittels einer formalen Ablaufbeschreibung und nicht l nger als blo e Aneinanderreihung einzelner Posen generiert werden Dies erm glicht die in Kapitel 4 gem der Hypothese 4 vorgestellte Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle Die Erkenntnisse flossen in die Entwicklung einer Software zur Simulation und Auswertung menschlicher Bewegung ein Daher wird in Kapitel 5 die Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation dargestellt 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 59 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung Um menschliche Arbeitsvorg nge visuell planen zu k nnen ist zu untersuchen wie der Mensch eine Handlungsabsicht in eine konkrete Bewegung umsetzt Bei der Generierung einzelner K rperhaltungen stellt insbesondere die Mehrdeutigkeit der inversen Kinematik ein Problemfeld dar Hier muss aus der Vielzahl der theoretisch m glichen Gelenkstellungen eine in der entsprechenden Situation geeignete und plausible Haltung ausgew hlt werden Die zu erzeugenden Bewegungen sollen auf den Betrachter glaubhaft wirken und ergon
144. ionen auf oder ber Schulterh he ohne Abst t zung oder mit ung nstigen K rperhaltung erbracht werden m ssen ungseignete Handschuhe a zu gro ee m ssen f r ber die H lfte der Zeit verwendet werden 00 Arbeitsbewegungen implizieren R ckschl ge z B H mmern Schlagen auf harte Oberfl chen mit einer Hacke etc nee 2 Mal pa ne Arbeit mit vibnerenden ER ber ein Drittel Zeit bei stark vibnierenden Werkzeugen ist die Punktezahl 4_ die verwendeten Werkzeuge verursachen Kompressionen der Haut R tungen Schwielen Blasen ete _ A Pr zisionsarbeit Aufgaben mit einer r umlichen Genauigkeit von lt 2 3 mm ber die H lfte der Zeit oder mehr _ treten mehrere Einflussfaktoren gleichzeitig und ber die gesamte Zeit hinweg auf so ist die Punktezahl 3 Dauer TR l Schicht Zeitanteilspunkte 8 um ei rbrech j Unterbrechungen m glich Arbeitsunterbrechungen f hren A eg Prozess nr nicht gest rt Lu vorgeg Rahmenbed ae ange F Organissfionspunkte 2 Erholpausen gt 8 min Erholumgspunkte Dauerpunkte m Gesamtbewertung der Belastungen der oberen Extremit ten bei repetitiven T tigkeiten 20 er Hand Amm Obere aA EAWS_V1 3 2c _ de 20090731 doc amp IAD 2009 Seite 4 von 4 Anlagen 180 Anlage 5 Fragebogen zur Evaluationsstudie Evaluationsstudie ema Der Editor menschlicher Arbeit ema ist ein Werkzeug zur Planung und Visualisierung manueller Arbeitst tigkei
145. itung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 87 3 4 5 Zusammenfassung In der zweiten Studie wurden 21 Verrichtungen der Werkzeughandhabung eines mittelgro en m nnlichen Probanden der ber die notwendigen F higkeiten und Fertigkeiten verf gte aufgenommen Es konnte nachgewiesen werden dass K rperstellungen zwischen verschiedenen Applikationslagen nicht kontinuierlich variieren sondern dass es Zonen gleicher Grundausrichtung gibt und zwischen diesen Zonen Umschlaggrenzen existieren an denen die Applikationsart grundlegend wechselt Dabei stellte sich heraus dass der ge bte Facharbeiter zur beidh ndigen Ausf hrung der Verrichtungen in der Lage ist und intuitiv jeweils die Hand w hlt die eine bessere Kraftaufbringung bzw das Einnehmen einer Komforthaltung erm glicht Aus den gewonnenen und aufbereiteten Daten wurden exemplarisch Gleichungen zur Beschreibung menschlicher Bewegungen abgeleitet welche zur Generierung zielgerichteter menschlicher Bewegungen angewandt werden k nnen 3 5 Entwicklung einer Methode zur Bewegungserfassung und aufbereitung Aus den Voruntersuchungen sowie den Ergebnissen der beiden Studien Kapitel 3 3 und 3 4 wurde ersichtlich dass zur Bewegungsgenerierung einerseits vielf ltige theoretische Vor berlegungen zur Auswahl und Eingrenzung des Untersuchungsbereiches und der Festlegung der Parameter notwendig sind Anderseits sind aber das Erfassen und Auswerten realer Bewegun
146. ity Diesenplion Anabss Date 18 01 1331 v Locke Tire Use Smukton Durabon a set Worker Details Gender Mi u Height mm 179 4 Age Is a g Simdaton wincowbsg w Dralion Basc Twist Laterd Reach c Sove Scars Score Score Standing Upright slighty bant forward 50 754 0 Standing Upnghi beni forward Standing Upright deeply bent forward gt 60 Standing Upright hands above shoukders EN VER AD a ER E Standing Upright hands above head Sking Upright sightly bent fosaid Sting Upright hands above shoideis T Sking Upaight hands above head 4 3 Knesling o Crauching i Knesling o Crouching bent torsard G Knesina o Crouching hands above shaulders a Q 1 0 0 0 Shing Upright bent forward 0 a 0 5 0 0 0 I oO o oa oO oO m Lying an back Irok or side Basic Score 17 TmistScare 0 Lateral Score 0 Reach Score 10 Postural Score 27 Stress Score 77 O E Comments p m i SAPARA MINAAD Zu o Abbildung 41 Prototypische AAWS Bewertung f r das Menschmodell Human Builder Fritzsche 2010 Um eine vollst ndige EAWS Bewertung mit m glichst wenig Aufwand zu erm glichen eignet sich eine semiautomatische L sung d h der Gro teil der Informationen sollte direkt der Simulation automatisch entnommen werden k nnen lediglich wenige fehlende Angaben sollten manuell erg nzt werden
147. kalieren der Beobachtungen auf eine solche Vergleichsbasis ist f r den Anwender schwierig Die anthropometrischen Daten digitaler Menschmodelle k nnen hingegen rasch angepasst werden so dass einerseits Analysen mit vergleichbarer Basis durchgef hrt und andererseits unterschiedliche Populationen simuliert werden k nnen Dies wirkt sich unmittelbar auf die zweite Ebene n mlich die Modellierung der Belastungsfaktoren aus Das Simulationsmodell muss die in der Bewertungsmethode ber cksichtigten Risikofaktoren umfassen und richtig abbilden So m ssen die K rperstellungen eben denen der realen Arbeitspopulation entsprechen und weitere Faktoren wie Kr fte oder Lasten m ssen ebenfalls Bestandteil des Modells sein Insbesondere komplexe Kinematiken und Interaktionen mehrerer Menschmodelle oder zwischen Menschmodellen und technischen Ressourcen m ssen realit tsgetreu modelliert werden So kann ein Arbeiten an sich bewegenden Objekten nur dann automatisch erkannt werden wenn es in der Simulation tats chlich stattfindet Andernfalls ist eine manuelle Eingabe anhand des Planerwissens notwendig Eine solche Eingabem glichkeit ist demnach vorzusehen Schlie lich sind auch die organisatorischen Planungspr missen im Modell zu dokumentieren da sich Taktzeit Schichtleistung und Pausengestaltung auf die Bewertung auswirken 4 1 2 Prototypische Umsetzung Bevor EAWS f r die Auswertung digitaler Menschsimulationen zum Einsatz kommen kann muss zun ch
148. kte medien alaskaDYNAMICUS pdf Jackel D Neunreither S amp Wagner F 2006 Methoden der Computeranimation Berlin Springer Jacob H Toledo Mu oz B Busche C amp Jendrusch R 2010 Durchg ngige Ergonomieabsicherung im Produktentstehungsprozess bei Volkswagen In Mensch und prozessorientierte Arbeitsgestaltung im Fahrzeugbau Herbstkonferenz 2010 der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 63 68 Dortmund GfA Press Jendrusch R 2008 Validit t der Ergonomiebewertung mit digitalen Menschsimulationen Diplomarbeit Professur Arbeitswissenschaft Technische Universit t Chemnitz Literatur 144 Jendrusch R 2012 Einsatz digitaler Menschmodelle im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess In Gestaltung nachhaltiger Arbeitssystme 58 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 169 172 Dortmund GfA Press Jendrusch R amp Bauer S 2010 Der virtuelle Facharbeiter nimmt seine Arbeit auf Tagungsband Digitales Engineering und virtuelle Techniken zum Planen Testen und Betreiben technischer Systeme S 200 206 Magdeburg Fraunhofer Verlag Jendrusch R Leidholdt W Bauer S Hermsdorf H Hofmann N Keil A amp Spanner Ulmer B 2011 Algorithnmische Bewegungsgenerierung und semiautomatische Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 03 2011 S 259 271 Jendrusch R Pirger A amp Fritzsche L 2011 Semiautomatische Ergonom
149. ktionsunternehmen Das Stuttgarter Unternehmensmodell Berlin Springer Wiendahl H P Reichardt J amp Nyhuis P 2009 Handbuch Fabrikplanung Konzept Gestaltung und Umsetzung wandlungsf higer Produktionsst tten M nchen Carl Hanser Verlag Willimezik K amp Roth K 1983 Bewegungslehre Reinbek bei Hamburg Rowohlt Taschenbuch Verlag Wirth D amp Liphardt M 1999 Untersuchung der H ndigkeit Leitlinie der Deutschen Gesellschaft f r Arbeitsmedizin und Umweltmedizin DGAUM Dresden Deutsche Gesellschaft f r Arbeitsmedizin und Umweltmedizin DGAUM Wischniewski S Hold U amp Lehmann M 2012 Ergonomische Analyse menschlicher Bewegungsabl ufe mittels Spielkonsolen Technologie Aktuelle M glichkeiten und Grenzen In Gestaltung nachhaltiger Arbeitssysteme 58 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 123 126 Dortmund GfA Press Witkin A amp Popovic Z 1995 Motion Warping In SIGGRAPH 95 COMPUTER GRAPHICS Proceedings Annual Conference Series Los Angeles Woernle C 2011 Mehrk rpersysteme Heidelberg Springer Yeung S Genaidy A Deddens J Shoaf C amp Leung P C 2003 A participatory approach to the study of lifting demands and musculoskeletal symptoms among Hong Kong workers Occupational and Environmental Medicine 60 S 730 738 Literatur 154 Z h M F 2006 Wirtschaftliche Fertigung mit Rapid Technologien M nchen Carl Hanser Verlag
150. kutierten Untersuchungen und Ergebnisse zu menschlichen Bewegungen konnte eine Methodik zur Bewegungserfassung und aufbereitung entwickelt und deren Machbarkeit exemplarisch berpr ft werden Insbesondere bei den folgenden Aspekten k nnen jedoch noch Einschr nkungen festgestellt werden Diskursbereich Die Untersuchungen erfolgten auf Basis ausgew hlter Verrichtungen und decken keinesfalls alle denkbaren Bewegungen auch nicht im Kontext der manuellen Arbeit im Montagebereich ab Gleichwohl erfolgten umfassende Voruntersuchungen und theoretische berlegungen weshalb davon ausgegangen wird dass die ber cksichtigten Verrichtungen bereits einen Gro teil blicher Arbeitst tigkeiten abdecken Zur Vervollst ndigung sind k nftig weitere Studien unter Ber cksichtigung der entwickelten Methodik durchzuf hren Probandenkollektiv Die Aufnahmen wurden zun chst mit drei Laien sp ter mit nur einem ge bten Werker durchgef hrt weshalb keine statistische Absicherung der Ergebnisse gew hrleistet ist Um dennoch eine hohe Datenqualit t zu erzielen erfolgten entsprechende Vor berlegungen anhand von Planerwissen zur blichen 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 98 Arbeitsweise einerseits und die Etablierung des Simulationstages andererseits Weiterhin fokussieren die Studien auf die Entwicklung eines Planungswerkzeuges weshalb ohnehin von einer Planbewegung ausgegangen werden s
151. le Berlin Beuth Verein Deutscher Ingenieure VDI 2001 VDI Richtlinie 3633 Simulation von Logistik Materialfluss und Produktionssystemen Blatt 6 Abbildung des Personals in Simulationsmodellen Berlin Beuth Verein Deutscher Ingenieure VDI 2008 VDI Richtlinie 4499 Digitale Fabrik Grundlagen Berlin Beuth Voigt K l 2008 Industrieles Management Industriebetriebsiehre aus prozessorientierter Sicht Berlin Springer Literatur 153 Wakula J Berg K Schaub K Bruder R Glitsch U amp Ellegast R 2009 Der montagespezifische Kraftatlas Berlin Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung DGUV Waters T R Putz Anderson V amp Garg A 1994 Applications Manual For the Revised NIOSH Lifting Equation Cincinnati U S Department of Health and Human Ser Waters T R Putz Anderson V Garg A amp Fine L J 1993 Revised NIOSH equation for the design and evaluation of manual lifting tasks Ergonomics Volume 36 S 749 776 Weber B 2010 Entwicklung und Evaluation eines Bewegungsmesssystems Zur Analyse der physischen Aktivit t Dissertation Deutsche Sporthochschule K ln Weber W amp Weber E 1836 Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge eine anatomisch physiologische Untersuchung G ttingen Dieterichsche Buchhandlung Westk mper E 2006 Einf hrung in die Organisation der Produktion Berlin Springer Westk mper E amp Zahn E 2009 Wandlungsf hige Produ
152. len Menschmodell arbeiten k nnen W hrend der Produktionsentwicklung werden Arbeitst tigkeiten festgelegt und Mensch Maschine Schnittstellen konzipiert Nunmehr werden vorwiegend die Prozesse betrachtet Digitale Menschmodelle dienen der Ablaufsimulation hinsichtlich Bau Reihenfolge Vorgabezeit Layoutoptimierung und Belastungsprognose Arbeitspl tze werden nach Grunds tzen der Anthropometrie des Komforts sowie der Sicht und Erreichbarkeit gestaltet Im Rahmen der iterativen Planungsprozesse helfen digitale Menschsimulationen dabei Planungsergebnisse zu validieren Im Ergebnis erh lt der Planer den Bedarf an Personal und die Gestaltungsvorgaben der Arbeitspl tze Die erh hte Planungsqualit t verk rzt die Anlaufphase und dient folglich der Produktivit tserh hung 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 131 Die Nutzung digitaler Menschsimulationen erweist sich insbesondere w hrend der Durchf hrung von Planungs Workshops als geeignetes Werkzeug zur realit tsnahen Darstellung des zu realisierenden Produktionssystems Sie erm glicht ein rasches Problemverst ndnis der Workshopteilnehmer und verhindert Missverst ndnisse oder Unstimmigkeiten Planungsdefizite k nnen fr hzeitig erkannt und beseitigt werden In Anlauf und Serie gibt es zwei weitere Einsatzm glichkeiten digitaler Menschsimulationen die Mitarbeiterqualifizierung sowie die Ablaufsimulation zur Prozessoptimierung Der Einsatz digitaler Menschmodellierung ist folg
153. lich grunds tzlich w hrend des gesamten Produktlebenszyklus m glich wobei sich drei wesentliche Einsatzgebiete identifizieren lassen Abbildung 56 i Produktkonzept roduktionsplanung Absicherung der Zusammenstellung Baubarkeit und Validierung des Vergleich alternativer Montagekonzeptes Konzepte Dokumentation m Prozess Optimierung Qualifizierung Abbildung 56 Einsatzgebiete digitaler Menschmodellierung im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess In Kapitel 1 wurde festgestellt dass digitale Menschsimulationen bislang nicht umfassend eingesetzt werden weil der Aufwand zur Bewegungserstellung zu hoch ist In Fallstudien sowohl mittels konventioneller Software als auch mit dem neu entwickelten Editor menschlicher Arbeit wurde der Zeitaufwand ermittelt Bei konventioneller Bewegungsgenerierung lag der Zeitanteil bei ca 80 des Gesamtaufwandes Durch das Verrichtungskonzept und die entwickelte Bewegungssynthese des ema sinkt dieser Anteil auf ca 30 Es zeigt sich dass nun zwar die Simulationserstellung und auswertung wesentlich schneller m glich sind jedoch die Arbeitsschritte zur Vorbereitung noch immer aufwendig sind Insbesondere die Datenbeschaffung stellt sich als Herausforderung dar 3D Modelle von Produkten und Ressourcen werden in diversen CAD Anwendungen erstellt welche jeweils ber eigene Datenformate verf gen S mtliche Daten m ssen in ein geeignetes Standardformat konvertiert und in Form von Bibliothek
154. llungen Dauer 330 Zu Intensit t 1 2 max Andere k rperliche Belastungen Andere Belastungen keine anderen k rperlichen Belastur Abbildung 48 ema Eingabedialog f r Extrapunkte Alternativ k nnen einige Belastungen welche zur Vergabe von Extrapunkten f hren auch automatisiert identifiziert werden Kritische Gelenkstelluingen Modul Od k nnen analog der K rperhaltungsbewertung dem Menschmodell entnommen und automatisch bewertet werden Schwingungen Impulse R ckschlagkr fte Modul Oc lassen sich vergleichbar mit Aktionskr ften ausgew hlten Verrichtungen zuordnen so dass nur eine Eingabe der Intensit t notwendig ist bzw l sst sich diese auch parametrisch ermitteln Sofern neben Elementarverrichtungen auch Komplexverrichtungen f r die Bewegungssynthese aufbereitet werden ist k nftig auch eine automatische Ber cksichtigung der Zug nglichkeit Modul Ob m glich 4 2 5 EAWS Modul 4 Belastung der oberen Extremit ten Bei Modul 4 handelt es sich faktisch um ein separates Bewertungsverfahren innerhalb von EAWS Es werden Belastungen der oberen Extremit ten durch hochrepetitive T tigkeiten bewertet Dabei finden Belastungen welche bereits in den Modulen 0 3 bewertet wurden erneut Ber cksichtigung Aktionskr fte und manuell 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 117 zu handhabende Lasten werden auch unterhalb der in den Modulen 2 bzw 3 geltenden Grenzwerte v
155. log der Verfahren zur Soll Zeit Bestimmung vgl Kapitel 2 2 2 weshalb diese auch f r die definierten Verrichtungen angewandt werden k nnen Das entwickelte Ordnungsschema entspricht somit der blichen Semantik in der Arbeitsplanung Tabelle 4 Ebenen der Verrichtungshierarchie im Vergleich zu den Strukturierungsmodellen von REFA und MTM REFA MTM Neu Beispiele Verrichtungshierarchie Arbeitsvorgang a rn n Mittelkonsole Komplexverrichtung Teilvorgang Vorgangsfolge Mittelkonsole in Vorrichtung einlegen und spannen Vorgangsschritt Mittelkonsole in Vorrichtung einlegen Grundvorgang Elementarverrichtung Antenne aus Ladungstr ger Vorgangsstufe entnehmen und bereitlegen Bewegungsfolge Antenne aufnehmen Vorgangselement Grundbewegung Grundbewegung Hinlangen zur Antenne 3 1 4 Zusammenfassung Gesamtablauf Herstellung Gesamtfahrzeug Teilablauf Montage Gesamtfahrzeug Ablaufstufe Bandabschnitt Montage Interieur Vorgang ZSB Mittelkonsole montieren F r den Einsatz digitaler Menschmodelle als Planungswerkzeug bedarf es einer Semantik welche der Gedankenwelt des Planers weitgehend entspricht Dabei d rfen weder die Anzahl an verf gbaren Elementen noch deren notwendige Parameter ein beherrschbares Ma berschreiten um die Handhabbarkeit sicherzustellen Durch ein hierarchisch aufgebautes Ebenenmodell von Arbeitst tigkeiten Verrichtungen sowie K rperbewegungen k nnen parametrische Bewegungsbausteine von nahezu belieb
156. lt und ben tigen eine vergleichsweise kurze Einstufungsdauer Die Risikobewertung erfolgt anhand eines Drei Zonen Modells mit den drei Ampelfarben gr n gelb und rot gem DIN EN 614 1 2009 Die Verfahren sprechen dabei nicht nur Fachpersonal im Arbeitsschutz an sondern vielmehr Fertigungsplaner und Konstrukteure welche damit fr hzeitig berpr fen k nnen ob ihre Gestaltungsl sungen keine berh hten Belastungen hervorrufen Schlick Bruder amp Luczak 2010 Eine Reihe solcher Screening Checklisten wurde am Darmst dter Institut f r Arbeitswissenschaft IAD entwickelt e Bewertung k rperlicher Arbeit IAD BkA Schaub Spelten amp Helbig 2007 e Bewertung k rperlicher Belastungen IAD BkB Ghezel Ahmadi amp Schaub 2007 e DesignCheck DC Schaub amp Winter 2002 e New Production Worksheet NPW Schaub Storz amp Landau 2001 Schaub amp Landau 2004 e Automotive Assembly Worksheet AAWS Schaub K 2004 e European Assembly Worksheet EAWS Schaub amp Ghezel Ahmadi 2007 Schaub Caragnano Britzke amp Bruder 2012 Die Verfahren hneln sich und ber cksichtigen k rperliche Belastungen in Form von K rperhaltungen und bewegungen Aktionskr ften Lastenhandhabungen und zus tzliche Belastungen EAWS umfasst au erdem repetitive Belastungen der oberen Extremit ten Die Anwendung kann sowohl mitarbeiterorientiert als auch arbeitsplatzbezogen erfolgen Die IAD Methoden finden vor allem dank
157. m ssen Das in Kapitel 3 1 beschriebene Verrichtungskonzept gew hrleistet eine eindeutige und 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 106 fehlerfreie Erkennung der K rperstellungen im Zeitverlauf da insbesondere schwierig erkennbaren Posen wie Knien oder Sitzen die jeweils entsprechende Verrichtung Hinknien oder Hinsetzen vorausgeht Nach dem Setzen folgt demnach eine sitzende Grundk rperhaltung Die Verrichtungen beinhalten weitere Informationen welche zur EAWS Bewertung ben tigt werden bspw geht einer manuellen Lastenhandhabung das Aufnehmen der Last voraus 4 1 3 Zusammenfassung Anhand des Vergleichs etablierter Ergonomiebewertungsmethoden wurde EAWS als zu implementierendes Verfahren ausgew hlt da es arbeitswissenschaftliche Qualit tskriterien erf llt und grunds tzlichen Praxisanforderungen gen gt Vor allem in der Automobilindustrie etwa in der Volkswagen AG wird EAWS standardm ig w hrend des gesamten PEP eingesetzt Notwendige Voraussetzung f r eine korrekte Ergonomiesimulation ist die richtige Modellierung des Prozesses einschlie lich der Belastungsfaktoren und Rahmenbedingungen Anhand von Voruntersuchungen konnte nachgewiesen werden dass simulative Ergonomiebewertung mit EAWS m glich ist Durch die Nutzung des entwickelten Verrichtungskonzeptes l sst sich eine semiautomatische Bewertung realisieren 4 2 Umsetzung Die Realisierung einer semiautomatischen Ergonomiebewertun
158. me Tracking Bewertung k rperlicher Arbeit Bewertung k rperlicher Belastungen Burandt Schultetus VDI Siemens Computer Aided Design Computer Aided Engineering Computer Aided Manufacturing Computer Aided Planning Computer Aided Quality Computer Integrated Manufacturing DesignCheck Deutsches Institut f r Normung European Assembly Worksheet Elektroenzephalografie Editor menschlicher Arbeit Elektromyografie Europ ische Norm End of Production Fehler M glichkeits Einfluss Analysen Heben Halten Tragen Head Mounted Displays Institut f r Arbeitswissenschaft Industrial Engineering Kontinuierliche Verbesserungsprozess Leitmerkmalmethode Motion Capturing Manuelle Prozesse Mixed Reality Methods Time Measurement National Institute for Occupational Safety and Health Abk rzungs und Symbolverzeichnis 14 NPW OCRA OWAS PDCA PDM PEP PLM POI PPS REFA RULA SAM SAK SOP SVZ VDI VR ZS New Production Worksheet Occupational Risk Assessment Ovako Working Posture Analysing System Plan Do Check Act Produktdatenmanagement Systeme Produkt Entstehungs Prozesses Produkt Lebenszyklus Management Point s of Interest Produktions Planung und Steuerung Reichsausschuss f r Arbeitszeitermittlung heute REFA Verband f r Arbeitsgestaltung Betriebsorganisation und Unternehmensentwicklung e V Rapid Upper Limb Assessment Sequence based activity and method analysis System zur Analyse von K rperhaltungen Start of Prod
159. mierung erreichen wird Die vier Partner des Projektes eMAN und ihre Aufgaben waren Professur Graphische Datenverarbeitung und Visualisierung der Technischen Universit t Chemnitz Ihre Aufgabe bestand in der Entwicklung eines Bewegungsgenerators f r humanmotorisch richtige und biomechanisch vorbetrachtete Bewegungsabl ufe technologischer Verrichtungen Dabei wurden Verfahren zur Bewegungsgenerierung durch Bewegungssynthese wie auch f r eine datenbankbasierte Bewegungsgenerierung untersucht und eine Testumgebung zur Verifizierung der Ergebnisse entwickelt 1 Einleitung 20 Institut f r Mechatronik e V An Institut der Technischen Universit t Chemnitz Der Beitrag umfasste biomechanische Betrachtungen von Bewegungen sowie die technologische Umsetzung der Bewegungserfassung Dies beinhaltete die Konzeption Bewertung und Auswahl von Motion Capture Systemen und anschlie end die Methodenbereitstellung zur Bewegungsanalyse und Identifikation von Bewegungsmustern Professur Arbeitswissenschaft der Technischen Universit t Chemnitz Anhand digitaler Bewegungsbeschreibungen wurde ein neues arbeitswissenschaftliches Bewertungsmodell f r muskul re Beanspruchungen entwickelt Hierf r wurde ein Versuchstand entwickelt und anhand von Laboruntersuchungen ein Algorithmus zur Definition dynamischer Muskelarbeit einschlie lich eines Arbeits Belastungs Index konzipiert imk automotive GmbH Ihr oblag die Projektleitung und koordination die Spez
160. modells Eine wichtige Voraussetzung ist deshalb die humanmotorische Richtigkeit der menschlichen Bewegungen d h die synthetisierten Bewegungen m ssen denen entsprechen die ein ge bter und eingearbeiteter Facharbeiter unter normalen Umst nden aus ben w rde Dies gew hrleistet dass die Basis der Ergonomiebewertung n mlich die modellierten Posen plausibel und biomechanisch korrekt ist was valide Risikoabsch tzungen erm glicht Neben der Intensit t von Belastungen ist die Zeitkomponente f r die umfassende ergonomische Bewertung relevant Hier ist bei konventioneller Menschmodellierung mit Ungenauigkeiten zu rechnen insbesondere wenn zahlreiche Zwischenposen erstellt werden um schl ssige Bewegungsabl ufe zu erzielen Dann ist mit erh hter Ablaufzeit zu rechnen Andererseits k nnen auch sehr schnelle biomechanisch gar unm gliche Bewegungen simuliert werden Ein praktikabler Ansatz ist die Simulationen auf Basis eines Systems vorbestimmter Zeiten so dass sich planerisch korrekte Ablaufzeiten ergeben womit auch die Dauer der Belastungen f r die Ergonomiebewertung verwendet werden kann 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 103 In der Praxis erfolgt eine Ergonomiebewertung im Regelfall auf Basis von Beobachtungen verschiedener Mitarbeiter Anderseits soll die Vergleichbarkeit gesichert werden indem eine standardisierte Bewertungsbasis zu Grunde gelegt wird Geschlecht Perzentil etc Ein S
161. mputer Aided Manufacturing CAQ Computer Aided Quality CAM PPS CAQ Abbildung 6 Das Y CIM Modell Scheer 1987 In den 1990er Jahren entstanden Simulationssysteme mit welchen Experimente an digitalen Produkten bzw Modellen durchgef hrt werden konnten was die Anzahl ben tigter realer Prototypen verringerte Der zunehmende Einsatz von Softwarewerkzeugen f hrte zur Notwendigkeit die Verwaltung und Steuerung der entsprechend gro en Datenmengen durch integrierte Produktdatenmanagement Systeme PDM abzusichern Reinhart Schack amp M ller 2006 Das mit Hilfe dieser Werkzeuge entstehende digitale Abbild der realen Fabrik wie auch die Gesamtheit der Software und Methoden werden als Digitale Fabrik bezeichnet In der VDI Richtlinie 4499 2008 wird die Digitale Fabrik definiert als 2 Theoretischer Hintergrund 45 Oberbegriff f r ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen Methoden und Werkzeugen u a der Simulation und der dreidimensionalen Visualisierung die durch ein durchg ngiges Datenmanagement integriert werden Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Strukturen Prozesse und Ressourcen der realen Fabrik in Verbindung mit dem Produkt Durch die Darstellung virtueller Produkte und Produktionsanlagen kann im Vorfeld des Serienanlaufes jedes Produktionssystem schneller und besser auf seine Leistungsf higkeit getestet werden Fahlbusch 2001
162. n tabellarisch dargestellt wurde eine Visualisierung mit digitalem Menschmodell abgeleitet Die farbliche Hervorhebung von K rpersegmenten welche jeweils Kritische Gelenkwinkel innehaben dient der Identifizierung potentieller berbelastungen Arbeitsplatz Nr 2 Batterie Lfd Nr MTM Code R Gesamtzeit Anzahl tg n Zeit Einheit_ Lfd Zeit iBesonderhlHarPT N BesondaLiky m n Besonderheiten Beschreibung Ste SNA a Talplelaf Jalb fe fe aterialwagen an Karosse andocken Afo S S E A Materialwagen vor Karosse platzieren PA 0 012 0 012 00122 laea 1 I 1 REIT E 1 1 IStehen und gehen MAterialwagen ausziehen AA 0 021 0 021 0023 2 636 1 1 J 11 1 1 1 1 Stehen und gehen Batteriekonsole in Motorraum platzieren Afo E SEE E Batteriekonsole in Motorraum platzieren AB2 0 027 0 027 0027 12a l I I 1 EEE 1 1 JAufrechtgebeugt Batteriekonsole in Motorraum platzieren PBe o J 0 012 0 012 00122 2 308 1 1 1J 1 JAufrecht gebeugt ARBEITSPLATZ NR 2 BATTERIE 3 Stck Schrauben mit Schrauber anziehen Afo 2xSchraube aufnehmen und in Schrauber platzieren AE2 START RESET Ss E T NL SE ARTE Er EEE Abbildung 40 Prototypische Visualisierung kombinierter Zeit und Ergonomieanalysen Bei dieser Darstellung fehlen jedoch s mtliche Umgebungsinformationen und Interaktionsobjekte Dennoch konnten bereits anhand der textlichen Beschreibung des Arbeitsschrittes und den
163. n Wiederholungen erfasst werden Stein 2010 F r die Bewegungsmodellierung werden heute meist mittels Motion Capturing erfasste Trajektorien auf Mehrk rpermodelle des menschlichen K rpers bertragen Dabei werden die Informationen ggf um weitere biomechanische Daten die etwa ber Kraftmessplatten aufgenommen werden erg nzt Die realen Daten dienen in Kombination mit Optimierungsverfahren der Mehrk rpersimulation der Synthese menschlicher Bewegungen Simonidis 2010 Neben Ans tzen welchen real erfasste Bewegungen zu Grunde liegen wurden Methoden entwickelt die analytische Bewegungspr diktion anhand kinematisch dynamischer Optimierungsalgoritnmen erm glichen Abdel Malek amp Arora 2009 Vorteilhaft dabei ist dass keine aufwendige Datenerfassung notwendig ist Nachteilig ist jedoch die Tatsache dass die prognostizierten Bewegungen idealisiert sind w hrend reale menschliche Bewegungen nicht zwingend Kriterien wie Energieoptimalit t gen gen 2 1 5 Zusammenfassung Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist die schnelle Modellierung und Prognose realgetreuer menschlicher Bewegungen f r digitale Menschmodelle Die diskutierten Grundlagen zeigen dass diese als ein u erst komplexes Zusammenspiel emotionaler kognitiver und sensomotorischer Prozesse erfolgen und Bewegungsziele auf unterschiedliche Weise erreicht werden k nnen Die durch das Muskel und Skelettsystem realisierten Bewegungen werden f r Untersuchungszwecke in vereinf
164. n der Fertigung sondern auch zur Sicherung der Wettbewerbsf higkeit des Unternehmens 2 Theoretischer Hintergrund 57 2 5 4 Zusammenfassung Der Produkt Entstehungs Prozess ist eine systematische Beschreibung der Vorg nge die w hrend der Konzeption Entwicklung und Realisierung einer Produktidee in Unternehmen durchgef hrt werden einschlie lich definierter Meilensteine und zeitlicher Vorgaben Im PEP werden die Bedingungen der sp teren Produktherstellung weitgehend festgelegt nachtr gliche nderungen sind zumeist schwierig realisierbar und verursachen hohe Kosten Dies gilt ebenso f r die Ergonomie der geplanten Arbeitspl tze Daher wird in der Automobilindustrie vermehrt die Ergonomie bereits fr hzeitig im PEP anhand definierter Meilensteine ber cksichtigt Gem der Fragestellungen dieser Arbeit sind neu geschaffene Hilfsmittel zur Ergonomiebetrachtung entsprechend in den PEP einzuordnen 2 6 Fazit Die Analyse des aktuellen Wissenstandes der f r die vorliegende Arbeit relevanten Fachgebiete macht deutlich dass im Kontext der aufgezeigten Fragestellungen siehe Kapitel 1 2 Forschungsbedarf besteht um digitale Menschsimulationen zu einem praxistauglichen Planungsinstrument zu entwickeln Dies betrifft die diskutierten Schwerpunkte Vereinfachung der Animation und Anreicherung der Analysefunktionen Zur Kl rung der zentralen Fragestellungen im Hinblick auf die Bewegungsgenerierung und Ergonomiebewertung mit digitalen Menschmo
165. n handelt die keiner n heren Erkl rung bed rfen In der konventionellen Arbeitsplanung erfolgt Bewegungsbeschreibung allein unter zeitwirtschaftlichen Aspekten sowie im Kontext der Belastungsprognose Der f r die simulative Planungsabsicherung notwendige Detailllerungsgrad wird erst durch die beschriebene feingranulare algorithmische Bewegungsbeschreibung erreicht Daraufhin kann nun eine ganzheitliche Ergonomiebewertungsmethode angewandt werden um auf Basis erstellter Simulationen Vorhersagen zur sp teren Belastung an den Arbeitspl tzen vornehmen zu k nnen 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 99 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle Die Simulation mit digitalen Menschmodellen erfolgt grunds tzlich zum Zweck der Visualisierung und Plausibilisierung geplanter Arbeitsabl ufe und umgebungen Die ergonomische Bewertung des Arbeitsplatzes und des Arbeitsprozesses soll ein integraler Bestandteil des zu entwickelnden Simulationswerkzeugs sein Nach der endg ltigen Berechnung des Bewegungsablaufes mit allen Restriktionen z B geometrischen Behinderungen der Pfade kann eine Bewertung der Verrichtungen erfolgen die dem Nutzer hilft diese einzusch tzen und gegebenenfalls ergonomisch ung nstige Verrichtungen durch g nstigere zu ersetzen Die Ergonomieabsicherung mit Hilfe digitaler Menschsimulationen umfasst dabei zwei Stufen Zun chst ist die blo e 3D Visu
166. n m ssen humanmotorisch korrekt sein d h sie m ssen so ablaufen wie sie ein Mensch blicherweise ausf hrt in der Arbeitswelt ist dies die Arbeitsweise eines ge bten und eingearbeiteten Facharbeiters Bei zurzeit am Markt 1 Einleitung 17 erh ltlichen Software L sungen ist dieser Aufwand sehr hoch weshalb digitale Menschsimulationen bislang nicht durchg ngig angewandt werden Fraunhofer IAO 2007 Jendrusch 2008 Im Rahmen einer Befragung unter Anwendern digitaler Menschmodelle in Deutschland ergab sich dass bzgl der Manipulations Funktionen der gr te Bedarf an Verbesserung die Animation des Modells betrifft Spanner Ulmer amp M hlstedt 2010 Die exakte Simulation der menschlichen Haltungen und Bewegungen sollte dabei nach Wunsch vieler Anwender auf Basis einer knappen und pr gnanten Aufgabenbeschreibung erfolgen Park 2003 Eine erste Fragestellung ist folglich Wie lassen sich mit m glichst geringem Aufwand humanmotorisch richtige Bewegungen mit einem digitalen Menschmodell simulieren Gerade die Anforderung Bewegungssimulationen schnell und einfach erstellen zu k nnen ist von gro er Praxisrelevanz Durch Simulationen k nnen Arbeitsabl ufe besonders fr h im Planungsprozess noch vor der Realisierung von physischen Prototypen und der Umsetzung des Fertigungssystems untersucht und optimiert werden Somit kann tats chlich eine konzeptive Arbeitsgestaltung sichergestellt werden wohingegen Ergonomiema nahmen
167. n realisiert werden k nnen Erste Untersuchungen zeigten dass deren Einsatz f r ergonomische Untersuchungen generell m glich ist wenngleich der aktuelle Entwicklungsstand als noch nicht ausreichend einzusch tzen ist Wischniewski Hold amp Lehmann 2012 F r die Erfassung von Fingerbewegung wurden spezielle Datenhandschuhe entwickelt Blickbewegungen lassen sich mit am Kopf befestigten Displays Head Mounted Displays aufnehmen Godin amp Chiang 2009 Menschliche Bewegungen zeigen zwar konstante u ere Merkmale mit Hilfe derer eine Klassifizierung von Bewegungen m glich ist variieren jedoch aufgrund der enormen Komplexit t des biologischen Bewegungssystems selbst unter konstanten Bedingungen erheblich Stein et al 2008 Bei der Untersuchung menschlicher Bewegungen zum Zweck der Pr diktion von Bewegungsmustern ist zu beachten dass sich die Ausf hrung von Bewegungsaufgaben sowohl interindividuell als auch intraindividuell unterscheidet Beth et al 2002 Fr hmel 2010 Das menschliche Bewegungsverhalten ist u erst komplex da es situationsabh ngig von einer Vielzahl an Faktoren abh ngt Deshalb erfolgt die Modellierung im Regelfall unter der Annahme dass Menschen zu typischen stochastisch beschreibbaren Bewegungsmustern neigen Bortot et al 2010 Alternative Ans tze beschreiben die Einf hrung von Optimalit tskriterien etwa minimaler Energieaufwand um aus der umfangreichen m glichen Bewegungsvarianz konkrete Be
168. nagement of Repetitive Movements and Exertions of Upper Limbs Amsterdam Elsevier Conradi J amp Alexander T 2008 Evaluation eines digitalen anthropometrischen Menschmodells zum Design von Konsolenarbeitspl tzen In L Schmidt J Grosche amp C Schlick Ergonomie und Mensch Maschine Systeme S 235 252 Berlin Springer Dassault Systemes 2012 Abgerufen am 3 April 2012 von http www 3ds com products delmia solutions human modeling DELMIA 2007 China Motor Corporation Develops a Fast and Simple DELMIA V5 Human Automatic Animator DELMIA World News 15 S 21 22 Deutsche MTM Vereinigung e V 2012 Abgerufen am 02 April 2012 von https www dmtm com produkte ausbildung engineer eaws php Literatur 140 Deutscher Bundestag 2009 Bericht der Bundesregierung ber den Stand von Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit und ber das Unfall und Berufskrankheitengeschehen in der Bundesrepublik Deutschland im Jahr 2009 Deutsches Institut f r Normung 1987 DIN 33408 1 K rperumri schablonen f r Sitzpl tze Berlin Beuth Deutsches Institut f r Normung 2003 DIN 8580 Fertigungsverfahren Begriffe Einteilung Berlin Beuth Deutsches Institut f r Normung 2005 DIN EN ISO 9000 Qualit tsmanagementsysteme Grundlagen und Begriffe Berlin Beuth Deutsches Institut f r Normung 2009 DIN EN 1005 2 Sicherheit von Maschinen Menschliche K rperliche Leistung Teil 2 Manuelle Handhabung von Gegen
169. nd GfA Press Leidholdt W Jendrusch R amp Fritzsche L 2011 Der Humanmotorik auf der Spur Algorithmische Bewegungsgenerierung Digitaler Menschmodelle In Mensch Technik Organisation Vernetzung im Produktentstehungs und herstellungsprozess 57 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 607 610 Dortmund GfA Press Jendrusch R Leidholdt W Bauer S Hermsdorf H Hofmann N Keil A amp Spanner Ulmer B 2011 Algorithmische Bewegungsgenerierung und semiautomatische Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 03 2011 S 259 271 Fritzsche L Jendrusch R Leidholdt W Bauer S J ckel T amp Pirger A 2011 Introducing ema Editor for Manual Work Activities A New Tool for Enhancing Accuracy and Efficiency of Human Simulations in Digital Production Planning In V Duffy Digital Human Modeling HCII 2011 LNCS 6777 S 272 281 Berlin Springer Jendrusch R 2012 Einsatz digitaler Menschmodelle im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess In Gestaltung nachhaltiger Arbeitssystme 58 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 169 172 Dortmund GfA Press Arnold R amp Sch nherr R 2012 Ganzheitliches Beschreibungsmodell der Digitalen Fabrik im Anlauf als Schnittstelle zwischen Planung und Serie In E M ller amp A Bullinger Hoffmann VPP2012 Vernetzt planen und produzieren amp Symposium Wissenschaft und
170. nde Piktogramme erg nzt um Gelenkwinkelangaben f r die Rumpfbeugung bzw neigung sowie relative Verh ltnisangaben zur Armstreckung Die Piktogramme bestehen dabei aus wenigen Segmenten e Kopf e Rumpf e Arm in zwei Teilen und e Beine in drei Teilen Die Module 1 2 und 3 schlie en sich grunds tzlich gegenseitig aus d h eine belastende T tigkeit wird entweder als K rperhaltung Aktionskraft oder Lastenhandhabung bewertet eine mehrfache Ber cksichtigung ist nicht zul ssig Dennoch ist in Modul 1 die gesamte Dauer des Arbeitszyklus zu bewerten daf r erfolgt die Zuordnung s mtlicher Zeitanteile die entweder als nicht statisch bzw hochfrequent identifiziert oder in den Modulen 2 und 3 bewertet wurden zu einer jeweils f r den Arbeitsplatz typische Grundk rperhaltung Umsetzung zur automatischen Bewertung Die Herausforderung einer automatisierten Bewertung von EAWS Modul 1 f r ein digitales Menschmodell besteht in der korrekten Zuordnung der komplexen m glichen K rperstellungen die mit einem digitalen Menschmodell modelliert werden k nnen zur vereinfachten Darstellung in EAWS Formblatt Nicht alle K rperhaltungen k nnen allein anhand der Gelenkwinkel exakt zugeordnet werden vgl Kapitel 4 1 2 prototypische AAWS Bewertung f r das Menschmodell Human Builder Die zehn im Regelwerk formulierten Anwendungsregeln zu Modul 1 sind algorithmisch in die Berechnungsvorschrift zu implementieren Dabei sind manuelle Eingaben notwe
171. ndig So wird eine Grundk rperhaltung zur Bewertung des Arbeitsplatzes ben tigt welche bei stehender K rperhaltung von den Abmessungen und theoretisch m glichen Laufwegen abh ngt Mittels Eingrenzung des Arbeitsplatzes im 3D Layout k nnte dies automatisch erkannt werden ein praktikabler Ansatz ist jedoch die Festlegung mittels Checkbox Ohnehin muss der Anwender einige f r die Punktberechnung notwendige Parameter zum Arbeitsplatz eingeben Dies sind die Plantaktzeit sowie die Anzahl der Takte je Schicht bzw die Netto Schichtdauer Es bedarf zun chst einer Transformation der sehr einfachen Segmentierung der Piktogramme auf die komplexere Struktur eines digitalen Menschmodells Dabei muss das Menschmodell analog der Piktogramme in einzelne Funktionseinheiten aufgeteilt werden wobei jeweils mehrere Freiheitsgrade kombiniert werden m ssen 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 108 Abbildung 42 verdeutlicht dies am Beispiel des digitalen Menschmodells Human Builder Hier l sst sich ein Beugen des Rumpfes relativ zu den Beinen ber mehrere Gelenke realisieren zweifach in der Wirbels ule sowie einfach im Becken wobei auch gegens tzliche Ausrichtungen der einzelnen Gelenke m glich sind z B Auspr gen eines Hohlkreuzes F r die Adaption auf die vereinfachte Darstellung im EAWS Piktogramm wird daher ein Gesamtwinkel zwischen den Geraden von der H fte zur Schulter und der Vertikalen durch den H ft
172. ng an Analysefunktionen zur ergonomischen Risikoabsch tzung mittels digitaler Menschsimulationen Es wurde angenommen dass das Vorliegen einer vollst ndigen Ablaufbeschreibung einer Arbeitst tigkeit eine weitgehend automatische mehrere Belastungsfaktoren umfassende Ergonomiebewertung erm glicht Hypothese 4 Im Hinblick auf arbeitswissenschaftliche Qualit tskriterien sowie grundlegende Praxisanforderungen wurde eine Methode f r die Umsetzung ausgew hlt In Vorstudien wurde untersucht inwieweit digitale Menschsimulationen vallde Ergonomiebewertungen erm glichen und wie sich eine solche Bewertungsmethode softwaretechnisch umsetzen l sst Auf Basis des European Assembly Worksheet EAWS wurde eine semiautomatische Belastungsbewertung konzipiert die anhand des entwickelten Verrichtungskonzeptes nahezu alle notwendigen Eingangsgr en automatisch der Simulation entnimmt und nur um wenige manuelle Eingaben erg nzt werden muss Die gewonnenen Erkenntnisse zur Bewegungserzeugung wie auch zur automatisierten Ergonomiebewertung flossen in die Entwicklung des Editors menschlicher Arbeit ema einer Software zur Planung und Bewertung manueller T tigkeiten ein Im Rahmen einer abschlie enden Studie zur Praxisevaluation wurde untersucht inwieweit die mit ema erzeugten Simulationen belastbare Vorhersagen zu den geplanten Abl ufen und den zu erwartenden physischen Belastungen erm glichen Zun chst dienten fiktive Szenen der berpr fung der
173. ng der Hand 2 Schlagbewegung zum Werkzeug 3 Eindr ckbewegung Hand am Werkzeug 4 Wegf hren der Hand vom Werkzeug Abbildung 35 Gelenkwinkelverl ufe w hrend der Phasen der Verrichtung Handhabung Eindr ckwerkzeug Wiederum konnten idealtypische K rperausrichtungen zum Wirkpunkt nunmehr auch unter Ber cksichtigung der Applikationsrichtung identifiziert werden wobei neben der Rotation des K rpers auch die entsprechende Neigung ber cksichtigt wurde Die Verl ufe der erkannten Teilbewegungen dienten anschlie end als Basis der mathematischen Aufbereitung der Bewegungsdaten in Algorithmen zur Bewegungssynthese Dabei wurden f r die Verrichtungen f r die jeweils an der Bewegung beteiligten Gelenkwinkel mittels Regression Funktionen in Abh ngigkeit der Applikationslage und richtung sowie des zeitlichen Verlaufes entwickelt Thiele 2011 Wenngleich die Erkenntnisse zum Bewegungsverhalten von nur einem Probanden nicht als allgemeing ltig angenommen werden d rfen konnte mit Hilfe der Studie aufgezeigt werden dass auf Basis von erfassten Realbewegungen mathematische Formulierungen f r das parameterabh ngige Bewegungsverhalten ermittelt werden k nnen Ausgehend von den beiden vorgestellten Studien wurde eine methodische Vorgehensweise entwickelt mit welcher real erfasste Bewegungsdaten in Verrichtungsdaten berf hrt und anschlie end zur Bewegungssynthese aufbereitet werden k nnen siehe Kapitel 3 5 3 Methode zur Aufbere
174. ngen wie bei Modul 1 vgl Kapitel 4 2 1 Dar ber hinaus sind weitere Daten notwendig n mlich insbesondere die zu handhabenden Massen der Objekte aber auch Ausf hrungsbedingungen Die Masse eines Objektes muss idealerweise bereits bei der Erstellung des digitalen Modells als ein Merkmal angelegt werden In PDM Systemen sind den digitalen Produktmodellen zumeist in Form von Attributen weitere Eigenschaften erg nzt Diese k nnen in Dialogen entnommen werden In der Abbildung 46 ist der Eigenschaften Dialog eines CAD Modells im System CATIA dargestellt Es handelt sich um das Modell eines Schraubwerkzeugs die Masse ist mit 0 753kg als Attribut hinterlegt Als Lastenhandhabung w re die Manipulation dieses Objekts demnach nicht zu bewerten 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 113 Sp testens f r die Simulationsanwendung ist ein Wert f r das Objektgewicht festzulegen sofern eine korrekte Bewertung des EAWS Moduls 3 erfolgen soll Eigenschaften Aktuelle Auswahl Produkt Grafk Mechanisch Zeichnungserstellung Eigenschaften Tr gheitszentrum Volumen 0m3 x 879 824mm Fl che 0 073m2 z 1132 3mm Tr gheitsmatrix Ixx 0 004kgxm2 Ixy 3 769e 007Kkgxm2 Ixz 1 346e 006kgxm2 Iyx 3 769e 007kgxm2 Iyy 0 002kgxm2 Iyz 0 001kgxm2 Izx 1 346e 006kgxm2 Izy 0 001kgxm2 Izz 0 002kgxm2 L Nur Hauptk rper Abbildung 46 Attribute eines digitalen Modells im System CATIA Damit ist
175. ngern Au erdem m ssen Belastungsprognosen m glichst fr h erfolgen um etwaige Konzept nderungen noch realisieren zu k nnen Ein Hilfsmittel zur pr ventiven ergonomischen Arbeitsgestaltung sind digitale Menschmodelle Mit ihnen k nnen Gestaltungsvarianten gefahrlos untersucht und verglichen sowie Belastungsprognosen erstellt werden Landau 2007 Jedoch sind die bislang etablierten Softwarel sungen hinsichtlich des notwendigen Zeitaufwandes zur Bewegungssimulation wie auch in Bezug auf die M glichkeiten zur Auswertung f r den Praxiseinsatz unzureichend 1 2 Fragestellungen Der Einsatz von Software Werkzeugen im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess ist g ngige Praxis gerade die unter dem Begriff Digitale Fabrik zusammengefassten Systeme erm glichen ein konsequentes Produkt Lebenszyklus Management PLM Die durchg ngige Verf gbarkeit aller Produkt Prozess und Ressourcendaten bietet zu jedem Reifegrad vielseitige Untersuchungsm glichkeiten etwa zur Produktgestaltung Materialflussoptimier amp ung oder Robotersimulation Sendler 2009 Bracht Geckler amp Wenzel 2011 Die Betrachtung arbeitswissenschaftlicher Fragestellungen erfolgt mit Hilfe digitaler Menschmodelle Deren Akzeptanz h ngt wesentlich davon ab ob der Aufwand zur Modellierung vertretbar und der Funktionsumfang ausreichend ist um eine Anwendung in der fr hzeitigen Planungsabsicherung zu erm glichen Chaffin 2005 Z lch 2009 Die erzeugten Bewegunge
176. ngesetzten Probek rpers konnten die einzelnen Umschlagzonen in Abh ngigkeit der Lage des Applikationspunktes ermittelt werden So kann ein Werkzeug rechtsh ndig und linksh ndig appliziert und unterschiedlich bet tigt werden Nach dem Erreichen der Wirkstelle folgt die eigentliche werkzeugspezifische Applikationsbewegung etwa die lineare Zuf hrung beim Akkuschrauber oder die Rotation beim Handschrauben Zus tzlich zu den Bewegungsbahnen wurden weitere Charakteristika eruiert etwa Amplitude und mittlere Schlagzahl beim H mmern oder Drehwinkel beim Handschrauben Im Rahmen zweier studentischer Arbeiten wurden die in den Motion Capture Studien vgl Kapitel 3 3 und 3 4 gewonnenen Daten aufbereitet und ausgewertet Geiler 2010 Thiele 2011 F r Werkzeuge die eine komplexere Geometrie und definierte Greif und Arbeitspunkte haben empfiehlt sich eine manuelle Definition dieser Punkte Points of 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 97 Interest POI An dem in Abbildung 39 dargestellten Akkuschrauber wurden ein Greifpunkt und ein Arbeitspunkt Tool CGenter Point definiert Anhand dieser POIs ist eine schnelle und exakte Simulation m glich das Werkzeug wird korrekt gefasst und appliziert Die notwendigen Trajektorien werden automatisch generiert Z Abbildung 39 Werkzeugmodell mit Greifpunkt 1 und Arbeitspunkt 2 3 6 3 Allgemeine Untersuchungskritik Anhand der dis
177. ngreiche technische Ausstattung sowie entsprechend viel Zeit notwendig Die realistische Darstellung f r den Probanden erfordert ausreichend reale Bestandteile und zur umfassenden Bewertung bedarf es weiterer Angaben so dass die Methode als sehr aufwendig eingesch tzt werden muss Ferner ist eine nachtr gliche Modifikation des erfassten Szenarios nicht m glich Gestaltungsalternativen m ssen erneut aufgebaut und erfasst werden M glichkeiten zum Variantenvergleich mit weniger Aufwand sowie zur Ergonomiebetrachtung ohne den Aufbau realer Produkt und Umgebungsmodelle erm glichen in Planungs Software L sungen implementierte digitale Menschmodelle Kapitel 2 4 2 3 5 Zusammenfassung Ergonomische Arbeitsgestaltung dient prim r der Sicherstellung der Ausf hrbarkeit Ertr glichkeit und Zumutbarkeit einer Arbeitsaufgabe und zielt somit zun chst auf die Gesunderhaltung der Mitarbeiter Gleichwohl wirkt sich gute ergonomische Gestaltung auch auf weitere Faktoren wie Qualit t aus und dient letztlich auch der Wirtschaftlichkeit Zur Beurteilung der ergonomischen Gestaltungsg te wurden zahlreiche Methoden unterschiedlicher Detaillierung entwickelt In der Praxis werden heute vermehrt Screening Verfahren angewandt welche eine Risikobeurteilung komplexer Belastungssituationen erm glichen Zur Dokumentation der Bewertungsergebnisse wie auch zur Erleichterung der Verfahrensanwendung werden teilweise rechnerunterst tzte Systeme eingesetzt 2 4
178. ngselement Grundbewegung Hinlangen zur Antenne W hrend REFA eine vollst ndige Beschreibung der betrieblichen Arbeitsorganisation fokussiert dient MTM insbesondere der Beschreibung und Optimierung manueller Arbeitsprozesse und behandelt damit einen Teilbereich der durch die REFA Methodik abgedeckten prozessorientierten Arbeitsorganisation Beiden gemeinsam ist die zeitwirtschaftliche Orientierung Unabh ngig davon ob die Vorgabezeit durch Bewegungsstudien oder blo e Zeitaufnahmen gewonnen wird bezweckt die Strukturierung und zeitliche Beschreibung eine Steigerung der Arbeitsleistung bzw 2 Theoretischer Hintergrund 34 optimierte Arbeitsgestaltung REFA Bundesverband e V 2002 Bokranz amp Landau 2006 Gliederungen aus arbeitsorganisatorischer Sicht insbesondere vertikal eignen sich zur T tigkeitsbeschreibung da der Fokus auf der Arbeitsverrichtung des Menschen liegt Unzureichend ist jedoch der Bezug zur tats chlichen menschlichen Bewegung da dieser lediglich im Hinblick auf deren Ausf hrungszeit gegeben ist Hierf r bedarf es einer Betrachtung aus t tigkeitsunabh ngiger Sicht 2 2 3 Strukturierung von Bewegungen aus t tigkeitsunabh ngiger Sicht In den SvZ erfolgt auf der Ebene der Grundbewegungen eine Unterscheidung zwischen Bewegungen der Arme und H nde der F e und Beine oder des gesamten K rpers Die jeweiligen Bewegungen sind mit zeitbestimmenden Parametern belegt etwa der notwendigen Zielgenauigkeit beim Hinl
179. nnnennnn 176 Anlage 5 Fragebogen zur Evaluationsstudie 444444RnHRRn nn nn nennen 180 Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Zeitartengliederung nach REFA 202220022202220snnnenenenennennnenn Tabelle 2 Gegen berstellung der Strukturierungsmodelle von REFA und MTM Tabelle 3 Hierarchische Strukturierung von Schraubarbeiten Tabelle 4 Ebenen der Verrichtungshierarchie im Vergleich zu den Strukturierungsmodellen von REFA und MTM u 000 Tabelle 5 Vergleich praxis blicher Ergonomiewerkzeuge hinsichtlich des Funktionsumfangs und der Anwendbarkeit u 040044002nn en Tabelle 6 K rperhaltungsklassen f r das Modul Lastenhandhabung Tabelle 7 Einsch tzung der Beobachter zur Nat rlichkeit der simulierten KOrDETNANUNGEN enge ee Tabelle 8 Rangkorrelationen der EAWS Risikobewertung zwischen den Beobachtern und ema ucusansensnnensnnensnnnnnennunennnnnnnn anne nnnnnnnnn Abk rzungs und Symbolverzeichnis 13 Abk rzungs und Symbolverzeichnis O A N AAWS ART BkA BkB BSVS CAD CAE CAM CAP CAQ CIM DC DIN EAWS EEG ema EMG EN EOP FMEA HHT HMD IAD KVP LMM MoCap MP MR MTM NIOSH Cohens Kappa Signifikanzwert Ortsvektor Intraklassen Korrelation Kendalls Tau Median zweidimensional dreidimensional Automotive Assembly Worksheet Advanced Realti
180. nomiebetrachtung d h der zu erwartenden physischen Belastungen Neben einem blicherweise am Arbeitsplatz vorhandenen Computer ist keine weitere Hardware erforderlich Die Verfahren sind insbesondere f r den Einsatz in der Prozessplanung geeignet da unmittelbar Zusammenh nge zwischen Prozess und Ergonomie erkennbar werden Jedoch bedarf es ausreichender Kenntnisse im jeweiligen SvZ sowie einer gewissen Vorstellungskraft da eine Visualisierung der T tigkeiten nicht erfolgt Die Chance fr hzeitig einen Teil der ergonomischen Bedingungen von Arbeitspl tzen zu bewerten bieten auch Virtual bzw Mixed Reality Technologien VR MR virtuelle bzw vermischte Realit t In besonderem Ma e effektiv ist dabei die Anreicherung von realen Aufbauten durch digitale Daten sog Mixed Reality So k nnen geplante Arbeitsstationen oder Prototypen unter Nutzung alter Produktmodelle erg nzt um eingeblendete digitale Daten simuliert werden Der beispielhaft in Abbildung 5 dargestellte Versuchsaufbau dient der ergonomischen 2 Theoretischer Hintergrund 42 Untersuchung der Montage des Warndreiecks in die Heckklappe eines Fahrzeugs Statt des realen Warndreiecks wird ein Ersatzk rper verwendet Dieser ist mit einem optischen Marker versehen ber ein Head Mounted Display HMD am Kopf befestigtes Anzeigeger t wird auf die jeweilige Position des Ersatzk rpers sein virtuelles Pendant projiziert Die Testperson befindet sich in einer virtuellen Umgebung und
181. nsch und prozessorientierte Arbeitsgestaltung im Fahrzeugbau Herbstkonferenz 2010 der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 29 42 Dortmund GfA Press Liu C Hertzmann A amp Popovic Z 2005 Learning physics based motion style with nonlinear inverse optimization SIGGRAPH 2005 The 32nd International Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques S 1071 1081 Los Angeles Loosch E 1999 Allgemeine Bewegungslehre Wiebelsheim Limpert Luczak H 1991 Arbeitswissenschaft Konzepte Arbeitspersonen Arbeitsformen Arbeitsumgebung Berlin Papyrus Druck Luczak H 1991 Arbeitswissenschaft Systematik Arbeitsschutz Arbeitsgestaltung Arbeitswirtschaft Berlin Papyrus Druck Luczak H Volpert W Raeithel A Schwier W M ller T amp R tting M 1989 Arbeitswissenschatt Kerndefinition Gegenstandskatalog Forschungsgebiete Eschborn RKW Maslow A 1954 Motivation and Personality New York Harper amp Row McAtamney L amp Corlett E 1993 RULA a survey method for the irwestigation of world related upper limb disorders Applied Ergonomics 24 S 91 99 McCracken T O 1999 Der 3D Anatomie Atlas Augsburg Weltbild Verlag Literatur 147 Mechling H 2003 Zu Gegenstand und Geschichte der Bewegungswissenschaft In H Mechling amp J Munzert Handbuch Bewegungswissenschaft Bewegungslehre Schorndorf Verlag Karl Hofmann Moen R amp Norman C 2006
182. ntstehungsprozess In Gestaltung nachhaltiger Arbeitssysteme 58 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 119 122 Dortmund GfA Press Tiich J 2012 Ausarbeitung eines Algorithmus zur automatisierten Werkst ckhandhabung f r ein Digitales Menschmodell Bacherlorarbeit Chemnitz Technische Universit t Chemnitz Tober H amp K hler T 2009 Grundlagen und technische Realisierungskonzepte zur Stand und Bewegungsanalyse Orthop die Technik 1 09 S 15 19 Toledo Mu oz B 2012 Global ergonomics strategy in Volkswagen from the product construction over the planning until the serial process Work Volume 41 S 4413 4417 Uhlig J 2008 Analyse Systematisierung und Vorbereitung der Implementierung parametrischer Verrichtungen zur Anwendung im Planungswerkzeug Editor menschlicher Arbeit Diplomarbeit Chemnitz Technische Universit t Chemnitz Ulich E 2011 Arbeitspsychologie Stuttgart Sch ffer Poeschel Verlag Unger K amp Jander H 2010 Ber cksichtigung der Ergonomie im Produktentstehungsprozes als ein Mittel zur Beherrschung des Demografischen Wandels In Mensch und prozessorientierte Arbeitsgestaltung im Fahrzeugbau Herbstkonferenz 2010 der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 69 74 Dortmund GfA Press Verein Deutscher Ingenieure VDI 1990 VDI Richtlinie 2860 Montage und Handhabungstechnik Handhabungsfunktionen Handhabungseinrichtungen Begriffe Definitionen Symbo
183. nzelmann C 2009 Zukunftsorientierte Unternehmensgestaltung Strategien Gesch ftsprozesse und IT Systeme f r die Produktion von morgen M nchen Carl Hanser Verlag Geckler D amp Rehnelt C 2004 Die Digitale Fabrik als neue Wissensdrehscheibe zwischen OEM und Zulieferer Projektmanagement aktuell 1 2004 S 26 30 Geiler P 2010 Analyse und Strukturierung ausgew hlter Verrichtungen menschlicher Arbeit zur algorithmischen Abbildung Bachelorarbeit Jena Fachhochschule Jena Ghezel Ahmadi K amp Schaub K 2007 Bewertung der k rperlichen Belastungen am Arbeitsplatz mit dem IAD BkB im Rahmen des ERA Tarifwerks Zeitschrift f r Arbeitswissenschaft 61 S 255 262 Gibet S amp Marteau P F 2003 Expressive Gesture Animation Based on Non Parametric Learning of Sensory Motor Models Proceedings of the 16th International Conference on Computer Animation and Social Agents CASA 03 S 465 472 New Brunswick Godin C amp Chiang J 2009 The Use of Digital Human Models for Advanced Industrial Applications In V G Duffy Handbook of Digital Human Modeling Research for Applied Ergonomics and Human Factors Engineering S 39 1 39 15 Boca Raton CRC Press G hner U 1987 Bewegungsanalyse im Sport Schorndorf Verlag Karl Hofmann G tze U 2000 Kostenrechnung und Kostenmanagement Chemnitz Verlag der Gesellschaft f r Unternehmensrechnung und Controlling Grote K H amp Feldhusen
184. oduktion EOP End of Production Aktivit ten unternommen die Produktivit t weiter zu verbessern durch Modifikationen am Herstellprozess an den Betriebsmitteln und am Produkt Zentrales Werkzeug ist dabei der Kontinuierliche Verbesserungsprozess KVP KVP wird insbesondere im Rahmen von Workshops durchgef hrt Landau 2007 und dient prim r der Produktivit tsverbesserung schlie t aber Ma nahmen zur ergonomischen und sicherheitsgerechten Gestaltung der Arbeitspl tze und abl ufe ebenso mit ein 2 5 3 Ergonomie im Produkt Entstehungs und Herstellungsprozess Ergonomische Verbesserungen lassen sich im Serienbetrieb in der Regel nur schwer realisieren weshalb konzeptiver Arbeitsgestaltung gro e Bedeutung zukommt Luczak 1991 Dadurch k nnen mit geringem Aufwand erhebliche Verbesserungen realisiert werden Um dies zu erm glichen sind insbesondere die folgenden Voraussetzungen zu schaffen Jacob Toledo Munoz Busche amp Jendrusch 2010 e Auswahl Einf hrung und Verbesserung von Werkzeugen zur Ergonomiebewertung e Implementierung von Ergonomie Meilensteinen in den PEP e konsequente und zielgruppenorientierte Qualifizierung der Mitarbeiter aller am PEP beteiligten Organisationseinheiten e f higkeitsgerechter Mitarbeitereinsatz auf Basis eines Ergonomiekatasters strukturierte Darstellung der Arbeitspl tze eines Bereiches mit den zugeh rigen ergonomischen Bewertungen e Controlling der Ergonomiema nahmen im PEP 2 Th
185. oll was in fr hen Planungsphasen zur Absicherung zun chst gen gt e Versuchsdesign Die Ausf hrung erfolgte unter Laborbedingungen sowie unter arbeits hnlichen Verh ltnissen nicht aber in echter Arbeitsumgebung Au erdem wurden die Verrichtungen isoliert an Versuchsst nden durchgef hrt Die Gestaltung der Versuchsst nde ber cksichtigte jedoch viele Aspekte realer Bedingungen weshalb die Qualit t f r die Bewegungserfassung als ausreichend eingesch tzt wurde 3 6 4 Zusammenfassung Aus den im Rahmen der Motion Capture Studien gewonnenen Daten wurden unter Anwendung der in Kapitel 3 5 entwickelten Methode zur Bewegungserfassung und aufbereitung idealtypische Bewegungsmuster der Handhabung von Werkst cken und Werkzeugen abgeleitet Im Rahmen dreier studentischer Arbeiten wurden die gewonnenen Daten umfassend aufgearbeitet und exemplarisch Bewegungs Algorithmen der Werkst ck und Werkzeughandhabung beschrieben Diese wurden im Rahmen des Projektes eMAN weiterverarbeitet und flossen in die Entwicklung einer Software zur digitalen Menschsimulation ein vgl Kapitel 5 1 Es konnte gezeigt werden dass menschliche Bewegungen mit Hilfe von Algorithmen beschrieben und auch generiert werden k nnen wobei die humanmotorische Richtigkeit gew hrleistet ist Die gewonnenen Erkenntnisse zur Handhabung von Objekten sind insofern neuartig da sie bislang im Rahmen der Arbeitsplanung vernachl ssigt wurden weil es sich um Facharbeiter Fertigkeite
186. omics and quality in assembly work Applied Ergonomics Volume 26 Issue 1 S 15 20 Eklund J A 1997 Ergonomics quality and cintinuous improvement conceptual and empirical relationship in an industrial context Ergonomics 40 S 982 1001 Literatur 141 Engstler F 2006 Virtual Reality als Hilfsmittel zur Beantwortung ergonomischer Fragestellungen Ergonomie aktuell 007 S 21 22 Fahlbusch M 2001 Einf hrung und erste Ans tze von Virtual Reality Systemen in der Fabrikplanung Aachen Shaker Feldmann K Sutano A amp Brossog M 2005 Der virtuelle Darwin Zukunft im Brennpunkt 4 S 85 90 Fireman J amp Lesinski N 2009 Virtual Ergonomics Taking Human Factors into Account for Improved Product and Process Whitepaper Dassault Systemes Fischer O amp Braune C W 1899 Der Gang des Menschen Leipzig B G Teubner Flash T Hogan N amp Richardson M J 1995 Optimization Principles In Motor Control In M A Arbib The handbook of brain theory and neural networks S 827 835 Massachusetts Massachusetts Institute of Technology Fraunhofer IAO 2007 Jahresbericht 2006 Fritzsche L 2010 Good Ergonomics is Good Economics Empirische Belege zum Zusammenhang zwischen ergonomischer Arbeitsplatzgestaltung und Produktivit t in der PKW Montage Vortrag auf der MTM Anwenderkonferenz Heilbronn Fritzsche L 2010 Work Group Diversity and Digital Ergonomic Assessment as Ne
187. omischen biomechanischen sowie zeitwirtschaftlichen berpr fungen standhalten Ausgehend von einer strukturierten T tigkeitsbeschreibung und einem 3D Layout soll ein System entworfen werden welches im Stande ist aus diesen Eingangsinformationen weitgehend automatisch anhand weniger einzugebender Parameter einen situationsbedingt korrekten Bewegungsablauf f r ein digitales Menschmodell zu generieren vgl Hypothese 3 Kapitel 2 6 Zur Kl rung der Frage wie ein korrekter Bewegungsablauf f r die entsprechende T tigkeit aussieht sind mehrere Aspekte relevant Zun chst gilt es basierend auf der Umgebungsgeometrie unbeabsichtigte Kollisionen z B Ansto en des Kopfes an einem Umgebungsobjekt Durchdringung eines Werkzeugs zu vermeiden jedoch beabsichtigte Kollisionen z B Objekt in die Hand nehmen F e auf Boden zu erzeugen Dabei m ssen die handlungsbezogenen Eingangsinformationen in geometriebezogene Informationen konvertiert werden Weiterhin m ssen biomechanische Gesetzm igkeiten und Beschr nkungen Freiheitsgrade von Gelenken maximale Kr fte oder Beschleunigungen eingehalten werden Aus der Vielzahl der rein theoretisch biomechanisch korrekten Bewegungen und Posen soll dann eine situationsgebunden m glichst realistische Bewegung ermittelt und visualisiert werden Die verwendeten Menschmodelle haben zumeist etwa 65 Gelenke mit ein bis drei Freiheitsgraden so dass bis zu 100 Gelenkwinkel zur Beschreibung einer einzelnen
188. on ein vielschichtiges Konzept Begriff und Methodik von Evaluierung und Evaluationsforschung Empfehlungen f r die Praxis Sozialwissenschaften und Berufspraxis 24 Jg 2 2001 S 105 132 Kromrey H 2005 Evaluation ein Uberblick In H Sch ch Was ist Qualit t Die Entzauberung eines Mythos S 31 85 Berlin Wissenschaftlicher Verlag Kuchling H 2001 Taschenbuch der Physik Leipzig Carl Hanser Verlag Kugler M Schaub K Sinn Behrendt A Ghezel Ahmadi K Bierwirth M amp Bruder R 2009 Prim rpr vention durch konzeptive Ergonomie Das Projekt KoBRA am Beispiel eines Unternehmensteilprojektes In Arbeit Besch ftigungsf higkeit und Produktivit t im 21 Jahrhundert 55 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 415 418 Dortmund GfA Press K hn W 2006 Digitale Fabrik Fabriksimulation f r Produktionsplaner M nchen Carl Hanser Landau K 2007 Lexikon Arbeitsgestaltung Best Practice im Arbeitsprozess Stuttgart Gentner Landau K Luczak H amp Laurid W 1997 Software Werkzeuge zur ergonomischen Arbeitsgestaltung Bad Urach IFAO Laring J Christmansson M Kadefors R amp rtengren R 2005 ErgoSAM A Preproduction Risk Identification Tool Human Factors and Ergonomics in Manufacturing 15 S 309 325 Lawaczek M 2001 Zur ergonomischen Beurteilung von Montaget tigkeiten in der Automobilindustrie Stuttgart ERGON Leidholdt W amp Bauer S 2
189. on Planung und Betrieb ihre eingesetzte Software jedoch bergreifend abstimmen und datentechnisch vernetzen Schl gl 2007 Im Laufe des Produkt Entstehungs Prozesses werden aktuell auch f r Ergonomiebetrachtungen verschiedene sowohl alphanumerische als auch graphische Softwaresysteme eingesetzt Dies induziert Reibungsverluste aufgrund unterschiedlicher Daten und Wissensst nde der Beteiligten und wirkt sich negativ auf den Planungsprozess aus Die zu l senden Aufgaben werden dabei berwiegend sequentiell durch die Bereiche bearbeitet wodurch erh hter Abstimmungsaufwand notwendig wird Bei der Auswahl bzw Entwicklung einer Software zur Menschsimulation ist demzufolge darauf zu achten dass keine Insell sung entsteht 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 130 sondern eine Integration in die bestehende Programmlandschaft realisiert wird Dies l sst sich einerseits durch eine vollst ndige Integration der Menschmodelle in die etablierte Planungssoftware erreichen oder andererseits durch funktionierende Schnittstellen Minimal notwendig f r die Anwendung digitaler Absicherung mit einem Menschmodell sind dreidimensionale Produktdaten Umgebungsgeometrien k nnen insbesondere in fr hen Phasen vernachl ssigt werden sp ter gen gen grobe Modelle Dies verringert auch die Hardware Anforderungen da sich gro e Datenmengen wie etwa sehr exakte 3D Fabrik Layouts negativ auf die Leistungsf higkeit der Hardware auswirken was sich
190. on 30 40N bzw 3kg bewertet Neben den durch die T tigkeit hervorgerufenen Belastungen wirkt sich auch die Arbeitszeitgestaltung in Form der Schichtdauer sowie Pausenh ufigkeit und dauer aus Grundlage der Bewertung in Modul 4 sind die sog realen Aktionen d h isolierte Bewegungshandlungen der oberen Extremit ten Diese lassen sich am einfachsten ber die dem Ablauf zugrunde liegende MTM Analyse ermitteln Die f r die Bewertung von Modul 4 notwendigen Informationen entsprechen berwiegend denen die f r die brigen Module bereits ben tigt werden so dass eine weitgehend automatische Bewertung m glich ist Im Rahmen dieser Arbeit wurde zun chst jedoch ausschlie lich eine Ganzk rperbewertung realisiert da bislang noch keine vollst ndige validierte Ausgabe einer MTM Analyse f r die Simulationen implementiert wurde 4 2 6 Zusammenfassung EAWS ist ein aus mehreren Modulen aufgebautes Kombinationsverfahren zur Bewertung physischer Belastungen Die Bewertungskriterien sind vielmals qualitativ formuliert Jedem Modul liegt ein komplexes Regelwerk zugrunde Die EAWS Bewertung erfordert zum Teil umfassende Rechenschritte In Kapitel 2 6 wurde in Hypothese 4 formuliert dass eine vorliegende vollst ndige Ablaufbeschreibung eine weitgehend automatische Ergonomiebewertung mehrerer Belastungsfaktoren erm glicht Der Hypothese folgend wurde unter Ber cksichtigung des in Kapitel 3 1 vorgestellten Verrichtungskonzeptes f r jedes Modul der
191. owie Erweiterungsform z B Griff ffnungen e Masse e Beschaffenheit von Kanten und Oberfl che e Steife e Empfindlichkeit des Objektes sowie e m gliche Gef hrdung durch Handhabung des Objektes Zur algorithmischen Umsetzung m ssen die Parameter klassifiziert werden Nicht alle Eigenschaften sind einem digitalen Modell ohne weiteres zu entnehmen z B Steife bzw erfordern diese komplexe ggf nicht echtzeitf hige Algorithmen z B Formklassifizierung mittels Skelettierung Brunner D 2007 Daher wurden zur weiteren Betrachtung insbesondere die Gr e und Grundform sowie die Masse ber cksichtigt Als Grundlage zur Greifklassifikation wurde eine einfache Objekteinordnung anhand des Object Bounding Volume in Verbindung mit der Masse entwickelt Ausgehend von einem quaderf rmigen Object Bounding Volume kann anhand dessen Ma en das Objekt eindeutig einer Klasse zugeordnet werden Die Masse eines Objektes stellt eine f r das Handhaben bedeutende Einflussgr e dar und sollte in der Regel bekannt sein oder zumindest abgesch tzt werden k nnen Anhand der einfacher geometrischer Berandungsk rper der das komplexe Objekt umschlie t Jackel Neunreither amp Wagner 2006 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 94 durchgef hrten Greifversuche wurde in Verbindung mit einer studentischen Arbeit ein Algorithmus zur Festlegung von Greifart und Greifpunkten entw
192. ozess ein welcher bis zum Ende des Produktlebenszyklus fortw hrende Optimierung auch hinsichtlich der Belastungsreduzierung sicherstellt Als Voraussetzung dieser konzeptiven ergonomischen Arbeitsgestaltung ist es unerl sslich dass die am Prozess beteiligten Mitarbeiter ber das entsprechend notwendige ergonomische Fachwissen verf gen weshalb der Qualifizierung der Planer und sp ter den Betreibern der Produktionsst tten eine wesentliche Rolle zukommt Spanner Ulmer amp Hensel 2010 Die Ber cksichtigung der Ergonomie in der Konzept und Planungsphase erm glicht es Produkte und Montageprozesse von Beginn an ergonomisch zu gestalten geeignete Hilfswerkzeuge auszuw hlen und zu entwickeln sowie Logistikprozesse Linienanstellung abzustimmen Der gezielte Einsatz digitaler Planungstools sowie die Ber cksichtigung bereits bekannter Problemstellungen in fr hen Phasen und sp ter die konsequente ergonomische Begleitung in Anlauf und Serie k nnen in ihrer Kombination eine Verbesserung der Ergonomiesituation bewirken Durch die Gestaltung belastungsarmer Arbeitspl tze k nnen oftmals auch Verringerungen der Fertigungszeit realisiert die Fehlerh ufigkeit reduziert Einsatzm glichkeiten f r leistungsgewandelte Mitarbeiter geschaffen und die Lohnkosten durch den Entfall von Erschwerniszulagen verringert werden So f hrt die durchg ngige Ergonomieabsicherung im PEP nicht nur zur Verbesserung der Arbeitsplatzqualit t f r die Mitarbeiter i
193. punkt ben tigt Abbildung 42 M glichkeiten der Rumpfbeugung f r das Menschmodell Human Builder Ferner m ssen Marker am Menschmodell definiert werden um die Relativpositionen einzelner K rpersegmente zueinander etwa der Arme zu Schulter und Kopf erkennen zu k nnen Als notwendige Marker werden die Positionen der Schultern der H nde sowie der Augen erfasst Diagramm Abbildung 43 Die x Achse repr sentiert dabei den Zeitverlauf die y Achse die absolute H he des jeweiligen Markers F r jeden Marker ist ein Graph aufgetragen Mit diesen Markern werden die K rperstellungen der EAWS Zeile 5 aufrecht Arme auf ber Schulterh he sowie der Zeile 6 aufrecht Arme ber Kopfh he erfasst ebenso die korrespondierenden K rperhaltungen im Sitzen oder Hocken Knien Die Kopfh he ist dabei als H he der Augen definiert Sobald also ein Handmarker ber dem der Augen ist wird Zeile 6 bewertet In Abbildung 43 ist bspw zum Zeitpunkt t 63s zu erkennen dass der Marker der linken Hand sich kurzzeitig ber der Schulter befindet so dass hier die K rperhaltung aufrecht Arme auf ber Schulterh he erkannt wird Vereinzelt ist die Zuordnung zu einer K rperstellung auf alleiniger Basis der Gelenkinformationen und Markerpositionen nicht eindeutig So k nnen bspw bei sitzender K rperhaltung auf einem Montagehocker die Beine derart seitlich am K rper sein dass die Gelenkstelluingen dem Hocken gleichen Hier hilft die Modellierungsmethodik au
194. r nkten Funktionsumfang sind aber sehr viele Verrichtungen insgesamt notwendig was den Suchaufwand nach der f r die Arbeitsaufgabe zutreffenden Verrichtung erh ht Ist die Verrichtung hingegen hochkomplex verringert dies die notwendige Gesamtmenge und die passende Verrichtung wird schnell gefunden Jedoch ist 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 64 anschlie end eine aufwendige Parameterabfrage zu durchlaufen um s mtliche m gliche F lle zu unterscheiden Um eine je nach Anwendungsfall bestm gliche Komplexit tsreduzierung zu erreichen ist eine Kombination mehrerer Ebenen der Verrichtungsstrukturierung notwendig Eine weitere Vereinfachung wird ber die gezielte Reduktion der Eingabeparameter erzielt indem Parameter weitgehend automatisiert ermittelt werden z B Greifpunkte Tragehaltungen Arbeitspositionen etc 3 1 3 Hierarchisches Ebenenmodell der Verrichtungen und Bewegungen Die im vorangegangen Kapitel beschriebene Strukturierung orientiert sich an Technologie und Arbeitsaufgabe Bezogen auf die vom Menschen auszuf hrenden T tigkeiten lassen sich verschiedene technologische Abl ufe auf gleichartige Aus bungsmuster zur ckf hren Diese werden im Weiteren als Elementarverrichtungen bezeichnet Das folgende Beispiel verdeutlicht diesen Zusammenhang Die komplexen technologischen Verrichtungen e Setzen eines Klebepunktes mit Klebepistole e Reinigen einer Bohrung
195. r Ulmer 2009 In der historischen Entwicklung hat sich der Fokus des IE verschoben von einer berwiegenden Technikorientierung hin zu einer ausgewogenen Betrachtung welche den Menschen in der Organisation im Vordergrund sieht Hensel Unger 2011 Von ganzheitlicher Arbeitsgestaltung wird gesprochen sofern alle eingangs genannten sieben Bestandteile erg nzt um psychologische Aspekte ber cksichtigt werden Dabei sollten diese bereits in die Produktgestaltung eingebunden werden Diese Vorgehensweise wird als konzeptive Luczak 1991 Landau 2007 bzw auch prospektive Schlick Bruder amp Luczak 2010 Ergonomie bezeichnet Unter dem Gesichtspunkt der Vorbeugung von Sch digungen und Beeintr chtigungen sowie der m glichst effizienten Ressourcennutzung wird au erdem der Begriff pr ventive Arbeitsgestaltung verwendet Landau 2007 Belastungen resultieren aus der Arbeitsaufgabe und der Arbeitsumwelt wie auch dem Mensch Maschine System demzufolge sind im Sinne einer ganzheitlichen Arbeitsgestaltung s mtliche Elemente des Arbeitssystems zu ber cksichtigen 2 3 2 Dimensionen der Arbeitsgestaltung Arbeitsgestaltung kann sich auf unterschiedliche Dimensionen auswirken Maslow 1954 entwickelte eine pyramidale Darstellung von Bed rfnissen welche von der 2 Theoretischer Hintergrund 37 Absicherung von Grundbed rfnissen ber soziale Komponenten bis hin zur Selbstverwirklichung reicht Die Gestaltung der Arbeit kann dabei helfen einen
196. r digitalen Bewegungserfassung Kapitel 2 1 4 Da die videogest tzte Untersuchung als unzureichend erkannt wurde diente als Basis der detaillierten Auswertung menschlicher Bewegungen ein Motion Capturing System Im vorliegenden Projekt wurde das System A R T Advanced Realtime Tracking Abbildung 21 verwendet A R T basiert auf einem optischen Verfahren unter Verwendung von Markern Am Probanden werden sogenannte Targets befestigt die eine Kombination von optischen Markern darstellen Die Bewegung des Probanden wird von mehreren Infrarot Kameras aufgezeichnet Die integrierte Tracking Software detektiert die Targets in den Bildern der Kameras Unter Verwendung der Kalibrierungsdaten der Kameras werden aus den Bildkoordinaten Position und Orientierung der Targets im globalen Koordinatensystem f r jeden Zeitschritt berechnet Diese Daten stehen dem Anwender als digitalisierte Bewegungsdaten zur Verf gung j Datenausgang Daten bertragung von der Kamera zum PC gt Kamera sendet Infrarot Blitze A d Reflektiertes Infrarot _ NA ih Licht i O Kreuzung von Berec neter Lichtstrahlen Lichtstrahl Marker Position Abbildung 21 Funktionsprinzip des Motion Capturing Systems A R T ar tracking com 2012 3 2 4 Zusammenfassung W hrend der Vor berlegungen konnten zun chst grundlegende Anforderungen an synthetisierte Bewegungen festgelegt werden Diese m ssen demnach plausibel hinsichtlich des Ablaufes zeitrichtig un
197. r in Form einer Holzhalbkugel Abbildung 31 angefertigt der 181 vorgefertigte Bohrungen in systematischer Anordnung enth lt Die Bearbeitungspunkte sind ausgehend vom Mittelpunkt auf der Kugeloberfl che der die Basis Bohrung enth lt in konzentrischen Kreisen angeordnet Dabei bestehen die ersten drei Reihen aus jeweils 12 Bohrungen welche im Abstand von 30 angeordnet sind Die restlichen sechs Reihen enthalten aufgrund des gr eren Durchmessers jeweils 24 Bohrungen im Abstand von 15 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 82 Abbildung 31 Probek rper zur Untersuchung der Werkzeugapplikation Der Probek rper wurde mit einer Kippvorrichtung an der Hebeb hne angebracht so dass eine Variation der H he und Neigung m glich war Es wurden f nf f r den Probanden individuelle H hen definiert e Knieh he 0 5 m e H fth he 0 93 m e Brusth he 1 35 m e Augenh he 1 71 m und e _ berkopfh he 2 05 m Anhand der Erkenntnisse aus Studie 1 insbesondere aufgrund der Anmutung der Werkzeugbewegungen im Demonstrator wurde die Hypothese abgeleitet dass es bei der Werkzeugapplikation unterschiedliche vom Wirkpunkt abh ngige Arbeitsweisen gibt Es wurde vermutet dass es einerseits Bereiche gibt in denen eine stetige Anpassung der Pose des Werkers erfolgt und andererseits Bereiche in denen eine sprunghafte nderung der Pose also eine grundlegende Ver nderung
198. rbildende Elemente verwendet werden sollten 2 Theoretischer Hintergrund 35 2 3 Arbeitsgestaltung und Ergonomie 2 3 1 Begriffsbestimmung Als Arbeitsgestaltung wird die Auslegung von Arbeitssystemen nach technischen konomischen und ergonomischen Erkenntnissen Landau 2007 S 103 bezeichnet Dies umfasst die folgenden sieben Aspekte e Gestaltung der Anthropometrie e Bewegungstechnische Arbeitsgestaltung e Gestaltung der Arbeitsorganisation e Physiologische Arbeitsgestaltung e Informationstechnische Arbeitsgestaltung e Sicherheitstechnische Arbeitsgestaltung und e Gestaltung der Arbeitsumgebung Die wissenschaftliche Disziplin die sich mit der Arbeitsgestaltung besch ftigt ist die Arbeitswissenschaft bzw Ergonomie Die europ ische Norm DIN EN 614 1 2009 definiert beide Begriffe synonym als wissenschaftliche Disziplin die sich mit dem Verst ndnis der Wechselwirkungen zwischen menschlichen und anderen Elementen eines Systems befasst und der Berufszweig der Theorie Prinzipien Daten und Methoden auf die Gestaltung von Arbeitssystemen anwendet mit dem Ziel das Wohlbefinden des Menschen und die Leistung des Gesamtsystems zu optimieren Alternativ kann Ergonomie auch als eine Teildisziplin der Arbeitswissenschaft verstanden werden welche sich nach Ma und Zahl um die Arbeitsgestaltung bem ht Schmidtke 1993 S 6 Ergonomie beschreibt demnach die praktische Anwendung arbeitswissenschaftli
199. rechnungen m ssen nicht durch den Anwender ausgef hrt werden was hilft Fehler zu verhindern 4 2 3 EAWS Modul 3 Manuelles Handhaben von Lasten Beschreibung des Moduls In Modul 3 im Formblatt die Zeile 19 werden Belastungen durch manuelles Handhaben von Lasten bewertet Die Belastung ist dabei anh ngig vom Lastgewicht der K rperhaltung und Position der Last sowie der H ufigkeit Dauer oder Wegstrecke Bei der Beurteilung der Lastgewichte erfolgt eine geschlechtsabh ngige Differenzierung F r Operationen die das Ziehen oder Schieben von Lasten umfassen k nnen zus tzliche Ausf hrungsbedingungen ber cksichtigt werden Bez glich H ufigkeit Dauer und Wegstrecke werden unterschiedliche Arten von Lastf llen unterschieden Vorg nge die weder lange Wegstrecken gt 5m noch Zeitdauern gt 5s umfassen werden in Abh ngigkeit der H ufigkeit je Schicht bewertet Sind Wegstrecken von mehr als 5m zur ckzulegen erfolgt die Bewertung anhand der Gesamtwegstrecke pro Schicht Lang andauernde Haltet tigkeiten mit einer Dauer vom mehr als 5s und ohne Wegstrecke werden anhand der Gesamtdauer je Schicht bewertet Umsetzung zur automatischen Bewertung Dem Modul liegen wiederum elf erg nzende Regeln zugrunde die bei der Umsetzung ber cksichtigt werden m ssen F r eine automatisierte Bewertung von EAWS Modul 3 werden erneut Informationen bzgl der K rperhaltung des Menschmodells ben tigt hierbei gelten dieselben Herausforderu
200. rig I Frob se amp M Bohnes Assessmentinstrumente zur Teilhabeeinsch tzung ipgr Forschungsbericht S 78 79 K ln Institut f r Qualit tssicherung in Pr vention und Rehabilitation GmbH an der Deutschen Sporthochschule K ln Schaub K Storz W amp Landau K 2001 Nachhaltige Risikobeurteilung von Montageprozessen in der Automobilindustrie In K Landau amp H Luczak Ergonomie und Organisation in der Montage M nchen Carl Hanser Scheer A W 1987 CIM Der computergesteuerte Industriebetrieb Berlin Springer Schenk M amp Wirth S 2004 Fabrikplanung und Fabrikbetrieb Methoden f r die wandlungsf hige und vernetzte Fabrik Berlin Springer Scherf C Leitner Mai B B rner K amp Spanner Ulmer B 2010 Versuchsdesign zur Generierung altersdifferenzierter Beanspruchungsprofile In E M ller amp B Spanner Ulmer Nachhaltigkeit in Planung und Produktion 4 Symposium Wissenschaft und Praxis amp 8 Fachtagung Vernetzt planen und produzieren VPP2010 S 1 12 Chemnitz Wissenschaftliche Schriftenreihe des Institutes f r Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Schlick C Bruder R amp Luczak H 2010 Arbeitswissenschaft Berlin Springer Schl gl W 2007 Einsatz der Digitalen Fabrik von der Anlagenplanung bis in den laufenden Betrieb In V D VDI GMA Kongress 2007 Automation im gesamten Lebenszyklus S 717 725 Schmidtke H 1993 Ergonomie M nchen Hanser
201. rkzeugs nach der Ausf hrung Dieser grundlegende Aufbau ist unabh ngig vom konkreten Werkst ck und wird jeweils an dessen geometrische Gegebenheiten 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 62 adaptiert Diese Kenntnisse werden beim Facharbeiter vorausgesetzt weshalb im Rahmen der Planung keine weitere Detaillierung erfolgt allenfalls eine Vorgabezeitermittlung bspw Mittels SvZ vgl Kapitel 2 2 anhand der Parameter der Verrichtung 3 1 2 Klassifizierung komplexer Verrichtungen In Anlehnung an etablierte Verfahren zur Vorgabezeitermittlung speziell h her verdichtete MTM Verfahren bzw dazu geh rige Aufbaustufen sowie anhand statistischer Auswertungen konkreter Arbeitspl ne wurden im Rahmen einer Diplomarbeit typische Verrichtungen ermittelt und kategorisiert Uhlig 2008 Im Ergebnis lassen sich zun chst zehn Grundtypen an Verrichtungen identifizieren e Aufnehmen Positionieren Ablegen e Schraubarbeiten e Schwei arbeiten e Stecken Clipsen e Nieten e Klebearbeiten e Festspannen L sen e Maschinen Anlagen bedienen e K rperbewegungen sowie e Sonstige Verrichtungen Diesen grundlegenden Typen liegen jeweils Unterarten zugrunde die eine weitere Detaillierung erm glichen und zu einer Verringerung der notwendigen Parameter f hren Dies soll am Beispiel der Schraubarbeiten in Tabelle 3 verdeutlicht werden Tabelle 3 Hierarchische Strukturierung von
202. rperhaltungen auch Belastungen durch Aktionsk fte und manuelle Lastenhandhabung vorkamen Die mittlere Dauer einer Simulation betrug etwa 90 Sekunden Da die Szenen verschiedenen Bereichen entstammen wurden sie durch unterschiedliche Bearbeiter erstellt Wie in Kapitel 5 1 erl utert wird die Software ema sowohl eigenst ndig als auch als Plug In f r bestehende Systeme angeboten Innerhalb der Stichprobe erfolgte in vier F llen die Modellierung mit dem Menschmodell ema in den brigen acht mit dem Menschmodell Human Builder Zur Bewegungssynthese wurde in allen Szenarien die ema Software verwendet 5 2 4 Untersuchungsdesign Alle zw lf Simulationen wurden von drei Experten mit der notwendigen Qualifizierung und Erfahrung auf dem Gebiet der Ergonomiebewertung mit EAWS beurteilt Die Szenarien standen den Beobachtern dabei als Video zur Verf gung so dass diese beliebig oft betrachtet werden konnten F r die berpr fung der Qualit t der simulierten Bewegungen wurde ein Fragebogen erstellt Anlage 5 Abbildung 52 Mit Hilfe von f nf kurzen und pr gnanten Fragen wurde untersucht inwieweit die Bewegungen des digitalen Menschmodells humanmotorisch richtig wirken Dies betrifft die Biomechanik der K rperhaltungen die Fl ssigkeit der Bewegungsmuster und die gew hlte Arbeitsmethode sowie eine generelle Einsch tzung der Eignung der Simulationen zur Plausibilisierung geplanter Arbeitsabl ufe und zur pr ventiven Ergonomiebewertung 5 Umsetz
203. rpers macht deutlich dass je nach Untersuchungskriterrium eine entsprechende Modellbildung zur Approximation notwendig ist F r die biomechanische Modellierung des Menschen hat sich die Anwendung von Starrk rpermodellen durchgesetzt Stelzner 2008 Zur Beschreibung der Bewegung des Hand Arm Systems etwa wird dieses auf wenige verkettete starre K rper reduziert Allein der Unterarm besteht aus zwei 2 Theoretischer Hintergrund 27 Knochen Elle und Speiche die eine Rotationsbewegung des Unterarms in Form einer geschlossenen kinematischen Kette realisieren Ein einfaches m gliches Modell des Hand Arm Systems ist in Abbildung 2 dargestellt Es besteht aus den drei Festk rpern Hand Unterarm und Oberarm Schultergelenk und Handgelenk verf gen jeweils ber drei Rotations Freiheitsgrade der Ellbogen ber einen Rotations Freiheitsgrad Mit dem gew hlten Modell kann die Bewegung der Hand zu einem Zielpunkt in Bezug zum Fixpunkt am Schultergelenk ber die sieben Gelenkwinkel beschrieben werden 1 Schultergelenk 1 2 Oberarm 3 Ellbogengelenk 4 Unterarm 5 Handgelenk 6 Hand Abbildung 2 Kinematisches Modell des menschlichen Arms Die Modellbildung ist Basis der Bewegungsanalyse welche im nachfolgenden Abschnitt 2 1 4 diskutiert wird Eine weitergehende Detaillierung zur Modellierung des menschlichen K rpers erfolgt in Kapitel 2 4 Digitale Menschmodelle 2 1 4 Bewegungsanalyse und modellierung Bewegungs
204. rs in die folgenden Schritte Abbildung 26 1 Gehen zum Arbeitsplatz Hinlangen zum Schrauber Aufnehmen des Schraubers Schraubteil an Schrauber ansetzen Schraubteil an Verwendungsstelle ansetzen le S u gt Abbildung 26 Ausgew hlte Einzelbilder zur Darstellung des Ablaufs der Verrichtung Handhabung Akkuschrauber Die graphische Darstellung des zeitlichen Gelenkwinkelverlaufs zeigt die wiederkehrenden Bewegungsmuster bei der mehrmaligen Wiederholung der Verrichtungen In Abbildung 27 ist exemplarisch der Verlauf des rechten Ellbogengelenkes dargestellt Daraus l sst sich ableiten dass es mathematisch 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 77 beschreibbare verrichtungsimmanente Gelenkwinkelfunktionen gibt die zur parameterabh ngigen Bewegungsbeschreibung und vorhersage genutzt werden k nnen Handhabung Akkuschr r horizontal H he 1 4m Proband 2 oO O COO MV WYN NI o ny Wy y O ME Vu u 2 0 c TO O H O c O C o X o L O e c 2 O I X W g LL Abbildung 27 Graphische Darstellung des Gelenkverlaufs am Beispiel des rechten Ellbogens w hrend der Verrichtung Handhabung Akkuschrauber In Abbildung 28 sind die vier f r die Zuf hrbewegung des Werkzeugs zum Wirkpunkt relevanten Freiheitsgrade des rechten Arms w hrend der Verrichtung Anwendung Akkuschrauber mit Pistolengriff H he 1 4m horizontal dargestellt
205. rte korigieren wenn Taktzeit 00s Kr fte E Zeilen 17 18 Karren Balancer Manipulatoren Ziehen und nne Transportwagen Schieben ohne Bockrollen Transportwagen mit Bockrallen __ Lasfpunkte Transportmittel Fr Position der Last repr sentative K rperhaltung w hlen me LERA nianna as Oberk rper aufrecht geringes Rumpfnei 17 tiefes Beugen oder weites Vorneigen F ES NE OENB und Werdrehen und nicht verdreht gen oder r geringe Vorneigung m gleichzeitigem r ran Sape a Last am K rper Last am K rper oder I Last k rpe des Oberk rpers eingeschr nkte Haltungsstabilit t stehen aaa an i Last k rperfern oder ber Schulterh he 1 Hocken oder Knie l z 4 Baan Rollwiderstand Ausf hrungsbedingungen nur bei Ziehen und Schieben von Wagen er on tand Wagen ziehen schieben j Auf rauem Boden und ber ea auf Riffelblech unebenem Wagen m ssen beim Anfahren losgeris auf glatem Boden kleine Fugen Kanten Boden oder inaus LKW sen werden stark besch digter Fahrwe m mm m mm m m m gg m m mm man mu Ziehen y Sieden EAWS_V1 3 2c_de_200390731 doc IAD 2009 Seite 3 von 4 Anlagen 179 European Assembly Worksheet V 1 3 2c de Belastung d oberen Extremit ten bei hoch repetitiven T tigkei bere Extremit ten 20 Anzahl der remen Aktionen min bzw prozentuale Anteile zu betrachten ist die am meisten belastete Extremit t en schwert das Schritt hal
206. s RULA er OCRA aas ems HHT zs me Bezeichnung System zur Analyse von K rperhaltungen Ovako Working Posture Analysing System Burandt Schultetus VDI Siemens Granzlast bzw Grenzkraftverfahren Revised Lifting Equation Rapid Upper Limb Assessment Leitmerkmalmethode Heben Halten Tragen Leitmerkmalmethode Ziehen Schieben Occupational Risk Assessment Automotive Assembly Worksheet European Assembly Worksheet National Institute for Occupational Safety and Health Leitmerkmalmethode Manuelle Arbeitsprozesse Risikofaktoren E manuele Lastenhandnabung E _ repettive T tgkeien o DE Be hohe aktonsk te J M M o Gelenkstelungen obere Extremit ten EN u ung nstige Ausf hrungsbedingungen Geschteohtsciterenzierung X Aroensauer BE BE 7 S Zoa e Pausensysem l l S l L S a S Anwendung S S O O BESES Bl EEE ea E3 1 sehr gering 5 sehr hoch Genauigkeit Notwendige Expertise Praxisverbreitung und Akzeptanz Legende Quantitative Auspr gung des Kriteriums Qualitative Auspr gung des Kriteriums 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 102 Es stellt sich heraus dass EAWS ber den umfangreichsten Fundus an Risikofaktoren verf gt und hinsichtlich Konformit t mit Standards sowie Praxisverbreitung positiv hervorsticht Jedoch sind der zeitliche Aufwand sowie die notwendige Expertise sehr hoch Diese Defizite sind ab
207. sche Ergonomiebewertung beschrieben Nach einer Diskussion des gegenw rtigen Wissensstandes folgt die Darstellung zweier empirischer Untersuchungen zur Bewegungserfassung und auswertung Anschlie end wird die Implementierung eines mehrere Belastungsfaktoren umfassenden Kombinationsverfahrens zur Ergonomiebewertung erl utert Die gewonnenen Erkenntnisse zur Bewegungsgenerierung und Ergonomiebewertung flie en in die Entwicklung einer Software zur Planung und Bewertung manueller Arbeit den Editor menschlicher Arbeit ema ein Schlie lich erfolgt eine Evaluation anhand realer Planungsszenarien Schlagworte Digitale Menschmodelle Ergonomiebewertung Arbeitswissenschaft Belastung EAWS Bewegungserfassung Motion Capturing Bewegungssimulation Bewegungsmodellierung Abstract 3 Abstract Digital Human Models are said to be appropriate tools for planning and assessing human work especially for preventive ergonomics risk assessment Up to now the functional range of established software tools is not sufficient and the operation is too complex and time consuming Thus in the present doctoral thesis the development of a method for the preparation of digitally captured human motions for an algorithmic motion generation and automatic ergonomic risk assessment is described On the summarization of the relevant current level of knowledge follows the description of two empirical studies for motion capturing and analysis Afterwards the implemen
208. se zu gewinnen und unterschiedliche Varianten zu vergleichen Dabei k nnen die 2 Theoretischer Hintergrund 46 wesentlichen Aspekte fokussiert und f r die Simulation unerhebliche Systembestandteile abstrahiert werden Ein Anwendungsbereich der Simulation ist die Modellierung personalbezogener Prozesse beispielsweise zur Abbildung von Gruppenarbeit oder zur Optimierung von Dwurchlaufzeiten Verein Deutscher Ingenieure VDI 2001 Seit den 1960er Jahren werden hierf r digitale Abbilder des Menschen digitale Menschmodelle entwickelt 2 4 2 Historische Entwicklung und wichtige Modelle Mit der Digitalisierung der Konstruktion mittels CAD einhergehend wurden die bislang genutzten Anthropometrie Schablonen z B die Kieler Puppe Deutsches Institut f r Normung 1987 ebenfalls digitalisiert Neben der Anwendung zur ma lichen Gestaltung galt das Interesse der Entwicklung bereits fr hzeitig auch der ergonomischen Bewertung von K rperkr ften und Lastenhandhabungen Chaffin 1969 Als historisch bedeutende Modelle gelten unter anderen SAMMIE BoeMan CyberMan Anthropos ERGOMan und SAFEWORK bersichtsdarstellungen finden sich beispielsweise bei Chaffin 2001 M nhlstedt et al 2008 M hlstedt 2011 oder Duffy 2009 Bis heute wurden mehr als 150 verschiedene digitale Menschmodelle entwickelt Getrieben wurde diese Entwicklungen durch Wissenschaft Industrie und Milit r Dabei entstanden L sungen f r unterschiedlichste Anwendung
209. selbst ndig und ohne sich mit den anderen auszutauschen Die Ergebnisse der automatisiert gewonnenen EAWS Bewertung kannten die Beobachter im Vorfeld nicht 5 2 5 Ergebnisse Expertenbeurteilung der Simulationsqualit t Anhand der H ufigkeitsverteilung der Antworten auf die Fragen zur Humanmotorik konnten R ckschl sse dar ber gezogen werden ob die Simulationen eine vergleichbare Qualit t haben oder sich in einzelnen Merkmalen unterscheiden Ferner konnten etwaige Ursachen f r eine ggf schlechte bereinstimmung zwischen den manuell und automatisiert erstellten EAWS Bewertungen identifiziert werden Tabelle 7 zeigt die Antworten der drei Beobachter zur Frage 1 Biomechanik Die K rperhaltungen erscheinen nat rlich Kein Beobachter hat die Antwortm glichkeit trifft nicht zu gew hlt in mehr als 80 der F lle wurde trifft voll zu oder trifft weitgehend zu als Antwort gegeben 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 125 Tabelle 7 Einsch tzung der Beobachter zur Nat rlichkeit der simulierten K rperhaltungen Szenario Beobachter 1 Beobachter 2 Beobachter 3 1 a o4 o6 o 8 o i Oon m e me 12 2 7 19 Einschr nkungen in Bezug zur Biomechanik wurden insbesondere bei Bewegungen im Innenraum eines Fahrzeugs oder in Form von kurzen Spr ngen in der Bewegung erkannt Die simulierte Arbeitsmethode Frage 3 X 3 7 wurde als berwiegend praxisnah eingesch tzt Insgesamt beurteilten
210. serfassung nur eines Probanden erm glicht dar ber hinaus keine statistische Absicherung der Ergebnisse Im Sinne einer Vervollst ndigung sind k nftig weitere Studien unter Ber cksichtigung der in Kapitel 3 5 entwickelten Methodik durchzuf hren wobei folgende Aspekte zu ber cksichtigen sind e Auswahl eines geeigneten Probandenkollektivs Sinnvoll ist die Erfassung von mehr als einem Probanden Dabei ist eine Aufnahme verschiedener Probandengruppen Geschlecht Alter Perzentil Nationalit t zu empfehlen um diese Unterschiede in der Planung ber cksichtigen zu k nnen Dies ist bislang nicht erfolg da zun chst die Entwicklung der methodischen Vorgehensweise im Vordergrund stand und ferner die Kapazit ten hinsichtlich Zeit und Personal im Rahmen des Forschungsprojekts begrenzt waren e Aufnahme unter realen Arbeitsbedingungen Die humanmotorisch korrekte Bewegungsausf hrung l sst sich so am besten gew hrleisten Denkbar ist bspw die Aufnahme in Pilothallenbereichen welche zumeist ber nachgebaute Linienabschnitte verf gen und wo reale Produkte zur Verf gung stehen Reale Arbeitsbedingungen bedeuten auch eine l ngere Exposition mit vorhandenen Belastungen Zu untersuchen ist daher ob sich das Bewegungsverhalten im Laufe einer Schichtdauer ver ndert e Erweiterung des Diskursbereiches um Komplexverrichtungen Erg nzung der Parametrierung um variierende Ausf hrungsbedingungen Um tats chlich nahezu alle g ngigen Bewegungen simul
211. sowie bez glich ihrer Praxistauglichkeit berpr ft Inhalte dieses Kapitels wurden zum Teil bereits in Form von Tagungsbeitr gen publiziert Jendrusch 2012 Sch nherr Fritzsche amp Schmickartz 2013 5 1 Der Editor menschlicher Arbeit 5 1 1 Begriffsbestimmung Bereits seit dem Jahr 2005 wird durch die imk automotive GmbH in Chemnitz eine Software zur Planung und Visualisierung manueller T tigkeiten entwickelt welche im Jahr 2006 zun chst prototypisch umgesetzt wurde Bauer S 2006 Die Software wurde seitdem stetig weiterentwickelt und die Ergebnisse der vorgestellten Forschungsarbeiten flossen entsprechend ein Die Bezeichnung Editor menschlicher Arbeit ema steht dabei einerseits f r die Softwarel sung insgesamt andererseits aber auch f r das zugrunde liegende eigene Menschmodell Die Software ema ist ein Werkzeug welches die Prozessplanung manueller T tigkeiten vereinfachen soll Neben der Visualisierung der menschlichen Bewegungen entstehen weitgehend automatisch Aussagen ber das Zeitverhalten und die Ergonomie Ergebnisse die bislang nur in sehr aufwendigen Planungsschritten erzeugbar gewesen sind Kern des ema sind die Algorithmen zur Bewegungssynthese so dass zun chst eine Adaption an eine bestehende 3D Planungssoftware DELMIA V5 erfolgte Anschlie end wurde eine v llig eigenst ndige Version mit eigener 3D Graphik Umgebung entwickelt Das Menschmodell ema ist aus 58 Segmenten aufgebaut und verf gt ber
212. st bei bewussten Bewegungen bedenkt der Mensch lediglich das Ziel nicht aber den Vorgang selbst welcher aus der Absicht heraus ber Nerven letztlich Muskeln ansteuert um die notwendigen K rpersegmente zu bewegen Bewegungshandlungen umfassen in aufeinanderfolgenden Phasen emotionale Kognitive sowie sensomotorische Prozesse und sind abh ngig von den individuellen Eigenschaften Roth amp Willimczik 1999 Nitsch 1986 geht von einer triadischen Struktur aus welche die drei Phasen Antizipieren Realisieren und Interpretieren umfasst Das Rubikon Modell Heckhausen amp Heckhausen 2010 ein motivations psychologisches Modell zu Handlungsphasen umfasst noch eine weitere Phase und besteht aus den folgenden vier konsekutiien Abschnitten einer Bewegungs Handlung e Pr dezisionale Motivationsphase Abw gen e Pr aktionale Volitionsphase Planen e Aktionale Volitionsphase Handeln und e Postaktionale Motivationsphase Bewerten Demzufolge geht einer Bewegung eine aktives Entscheiden bzw Ausw hlen bzgl der Bewegungsausf hrung voraus d h der Mensch entscheidet auf Basis der situativen Gegebenheiten und der Einsch tzung seiner F higkeiten und Fertigkeiten wie die konkrete Bewegung ausgef hrt werden soll Nachtr glich folgt eine Bewertung hinsichtlich Effektivit t und Effizienz der gew hlten Bewegungsstrategie Daraus l sst sich ableiten dass Bewegungsmuster sowohl von den individuellen Eigenschaften als auch von der Erfa
213. st nden in Verbindung mit Maschinen und Maschinenteilen Berlin Beuth Deutsches Institut f r Normung 2009 DIN EN 1005 4 Sicherheit von Maschinen Menschliche k rperliche Leistung Teil 4 Bewertung von K rperhaltungen und Bewegungen bei der Arbeit an Maschinen Berlin Beuth Deutsches Institut f r Normung 2009 DIN EN 614 1 Sicherheit von Maschinen Ergonomische Gestaltungsgrunds tze Teil 1 Begriffe und allgemeine Leits tze Berlin Beuth Diaz Meyer M 2008 Modellierung von Bewegungen und ihre Auswirkungen auf den Menschen bei der Handhabung delikater Objekte Stuttgart ergonomia Dietz M amp Walwei U 2007 Fachkr ftebedarf der Wirtschaft Wissenschaftliche Befunde und Forschungsperspektiven N rnberg Institut f r Arbeitsmarkt und Berufsforschung Duffy V G 2009 Handbook of Digital Human Modeling Research for Applied Ergonomics and Human Factors Engineering Boca Raton CRC Press Eberle G Kraemer R amp L ck P 2005 Wirtschaftlicher Nutzen Betrieblicher Gesundheitsf rderung aus Sicht von Unternehmen Dokumentation einer Befragung Bonn AOK Bundesverband Hrsg Ehrlenspiel K Kiewert A amp Lindemann U 1998 Kosteng nstig Entwickeln und Konstruieren Berlin Springer Eigner M amp Stelzer R 2009 Product Lifecycle Management Ein Leitfaden f r Product Development und Life Cycle Management Berlin Springer Eklund J A 1995 Relationships between ergon
214. st sichergestellt werden dass das Verhalten des realen Systems in diesem Fall also die Verrichtung der Arbeit durch Menschen im modellierten System hinreichend genau wiedergegeben wird K hn 2006 Es stellt sich die Frage inwieweit die Simulation auf Basis von Planungsdaten g ltige valide Prognosen der Ergonomiebewertung zul sst Hierf r wurde im Vorfeld untersucht ob zwischen den Bewertungsergebnissen bereits realisierter Arbeitspl tze und korrespondierenden Simulationen eine ausreichende bereinstimmung vorliegt Anhand einer Stichprobe von 20 Arbeitspl tzen konnte dabei nachgewiesen werden dass insgesamt eine gute bereinstimmung zwischen den Bewertungen realer und simulierter Arbeitspl tze besteht gleichwohl aber Unterschiede zwischen den Belastungsfaktoren bestehen So lassen sich K rperhaltungen sehr gut abbilden Aktionskr fte hingegen erweisen sich als schwierig Fritzsche amp Jendrusch 2009 In einer weiteren Vorstudie wurde untersucht ob ein umgekehrter Ansatz n mlich die Visualisierung einer Prozessbeschreibung aus kombinierten Zeit und 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 104 Ergonomieinformationen m glich ist Aus diesen Daten konnten in einem Demonstrator die zu erwartenden Bewegungen im Zeitverlauf abgebildet werden Abbildung 40 Ausgehend von einer MTM UAS Analyse erg nzt um Informationen zu den K rperhaltungen w hrend der Prozessschritte in der Abbildung obe
215. stung daraus resultiert ist fraglich Dennoch erweist sich die Software basierte Bewertung hier als genauer als die manuelle und f hrt im Rahmen des EAWS Regelwerks zu exakteren Ergebnissen Gegebenenfalls ist der Bewegungsgenerator des ema dahin gehend zu berarbeiten dass kleine Korrekturbewegungen der Beine unn tigen asymmetrischen Rumpfstellungen z B seitliche Verdrehung vorbeugen sofern dies die Nat rlichkeit der Bewegungen nicht verf lscht 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 128 Abbildung 55 Menschmodell ema mittlere Rumpfdrehung von 15 bei aufrechter K rperhaltung Die starke berbewertung in Szenario 6 l sst sich damit erkl ren dass hier angegebene Kraftwerte durch alle Beobachter als Ganzk rperkraft interpretiert in ema jedoch als Fingerkraft modelliert und demzufolge auch bewertet wurden 5 2 6 Zusammenfassung In der Studie zur Praxisevaluation wurden drei Kriterien untersucht Zun chst wurde die Validit t der Umsetzung des EAWS Regelwerks in ema berpr ft Dar ber hinaus wurde die Effektivit t wie auch die Effizienz in der praktischen Anwendbarkeit untersucht Die Ergebnisse der Studie k nnen in theoretischer wie auch praktischer Hinsicht einen Beitrag leisten Die berpr fung der EAWS Umsetzung best tigte dass die bislang implementierten Module 0 3 formal korrekte Ergebnisse liefern Die qualitative Einsch tzung der Experten zu den Simulationen best tigte die Effektivit t von ema als
216. suchsanordnung detailliert Dabei werden bspw Applikationsh hen und Standfl chen des Probanden festgelegt Anschlie end wird durch ein Team von Arbeitsplanern Ergonomen Dynamikern und Praktikern der aufzunehmende Vorgang mit dem Probanden ge bt durch die Teammitglieder beobachtet und bewertet Dabei werden f r die geometrischen Lagen der Applikationspunkte Bereiche gesucht e in denen eine stetige nderung der Pose des Arbeiters erfolgt und e in denen eine sprunghafte nderung der Pose d h ein Wenden des Werkzeugs in eine v llig andere Handhabung erfolgt Diese Bereiche werden protokolliert und ihre geometrischen Grenzen bestimmt Auf dieser Basis erfolgt eine exakte Versuchsplanung f r den Aufnahmetag an dem die Verrichtungen bereichsweise getrennt aufgenommen werden W hrend des Simulationstages wird der Proband mit der Versuchsanordnung und umgebung vertraut gemacht und in den aufzunehmenden Verrichtungen trainiert wobei ggf eine Korrektur seiner Bewegungsabl ufe unter ergonomischen oder technologischen Gesichtspunkten erfolgt sofern etwaige Fehler durch die Teammitglieder festgestellt werden Obwohl es sich bei dem Probanden um einen qualifizierten Facharbeiter handelt ist ein Training der konkreten Bewegungen notwendig da nachweislich lokale Trainingseffekte f r explizit einge bte Bewegungspfade auftreten unabh ngig von der globalen Trainiertheit Demnach werden trainierte Bewegungen fl ssiger und gleichm iger ausg
217. suenneennnenenennnenn 68 Abbildung 20 Laborversuche zum Entnehmen eines Objektes aus einem Ladungstr ger erh ht 1 und am Boden 2 22 00222000 70 Abbildung 21 Funktionsprinzip des Motion Capturing Systems A R T 71 Abbildung 22 Probanden Motion Capture Studie 1 mit Markern der Firma A R T 73 Abbildung 23 Versuchsaufbau Motion Capture Studie 1 2 2u02220022n00 nennen 73 Abbildung 24 Schematische Darstellung der bertragung der 17 Targets auf das algitale Menschmo ell usessnn ee 74 Abbildung 25 Auswirkung des Lastgewichtes auf die K rperhaltung beim A menmemder Basen as ana 76 Abbildung 26 Ausgew hlte Einzelbilder zur Darstellung des Ablaufs der Verrichtung Handhabung Akkuschrauber sehe ae 76 Abbildung 27 Graphische Darstellung des Gelenkverlaufs am Beispiel des rechten Ellbogens w hrend der Verrichtung Handhabung Akkuschrauber 77 Abbildung 28 Vergleichende graphische Darstellung der Gelenkverl ufe der drei Probanden f r die Verrichtung Handhabung Akkuschrauber 78 Abbildung 29 Ausrichtung der drei Probanden zum Wirkpunkt w hrend der Handhabung Akkuschrauber u02 4002040020n0 nenn nenn nenne nennen 79 Abbildungsverzeichnis 10 Abbildung 30 Demonstrator zur Bewegungssynthese Beispiel Handhabung Akkuschrauber ersen rinn a eE E 80 Abbildung 31 Probek rper zur Untersuchung der Werkzeugapplikation 82 Ab
218. t 5 In dieser Form kann jedes Objekt einer Kategorie zugeordnet werden die das jeweilige Greifen ein oder beidh ndig mit entsprechend Greifpunkten am Objekt sowie zugeh riger Greifart Umfassungsgriff Zufassungsgriff Kontaktgriff Finger oder Hand etc definiert Ferner wurden entsprechende Greiffolgen wie beispielhaft erl utert beschrieben 3 6 2 Werkzeughandhabung Zur Beschreibung von Verrichtungen der Werkzeughandhabung wurden die Abl ufe als Folgen von Teil Verrichtungen beschrieben wobei besonderes Augenmerk auf die Zielpose d h der Ausrichtung des Werkers zum Applikationspunkt sowie auf die Trajektorie der werkzeugf hrenden Hand gelegt wurde Die Handhabung von Werkzeugen umfasst mehrere aufeinander folgende Teilbewegungen wobei neben der Aufnahme des Hilfsmittels vor allem die spezifischen Bahnbewegungen der Applikation am Wirkpunkt von Bedeutung sind Bei den Untersuchungen konnte festgestellt werden dass sich dabei verschiedene Bestandteile identifizieren lassen Zun chst wird das Werkzeug entlang des Zustellweges zum Wirkpunkt gef hrt Die K rperausrichtung ist dabei durch eine Rotation um die Z Achse gepr gt so dass der Mensch nicht frontal zum Wirkpunkt steht Der Zustellweg und die daraus resultierende K rperstellung h ngen sowohl von der Lage als auch von der Orientierung der Wirkstelle ab Es existieren Umschlagzonen an denen die Grundausrichtung und ggf die ausf hrende Hand wechseln Mit Hilfe des ei
219. t und Dauer bzw H ufigkeit bewertet Dabei wird zwischen Finger und Arm bzw Ganzk rperkr ften unterschieden Fingerkr fte von weniger als 30N bzw Arm Ganzk rperkr fte von weniger als 40N werden nicht bewertet die Belastung ist in diesen F llen bereits in der Bewertung von Modul 1 enthalten F r die Maximalkr fte werden zwei Perzentile angegeben P15 f r Planungsanalysen sowie P40 f r Ausf hrungsanalysen Die maximal m gliche Fingerkraft ist abh ngig von der Griffform wobei zwischen f nf M glichkeiten unterschieden wird Die Aus bung der Kraft wird als einarmig angenommen Bei Arm Ganzk rperkr ften ist die Maximalkraft abh ngig von der Grundk rperhaltung Stehen Knien Sitzen und der Kraftrichtung sechs Richtungen Weiterhin wird zwischen ein und beidarmiger Kraftaus bung unterschieden Die manuelle Bewertung von EAWS Modul 2 ist sofern unterschiedliche Kraftf lle an einem Arbeitsplatz auftreten sehr rechenintensiv und damit fehleranf llig Es m ssen statische und dynamische Kraftf lle sowie Kraftf lle mit unterschiedlichen Kraftniveaus durch Bildung gewichteter Mittelwerte und Interpolation letztlich zu jeweils einem Gesamtpunktwert f r die Zeilen 17 und 18 zusammengefasst werden Umsetzung zur automatischen Bewertung EAWS Modul 2 liegen elf erl uternde Regeln zugrunde welche algorithmisch umgesetzt werden m ssen Um eine weitgehend automatische Kraftbewertung zu realisieren muss einer Simulation zun c
220. t zu ver ndern dass ergonomische Mindestanforderungen erf llt werden Ein weiterer Vorteil ist dass zur Anwendung keine Ergonomieexperten ben tigt werden vielmehr kann die berpr fung direkt durch den Prozessplaner erfolgen so dass dieser erkennt welche technischen oder organisatorischen Gestaltungsma nahmen sich in welcher Art und Weise auswirken Werden Gestaltungsdefizite identifiziert kann der Planer umgehend reagieren und Verbesserungen entwickeln Die Ergonomiebewertung erfolgt mit dem EAWS wobei eine Integration anderer Verfahren m glich ist Ein vergleichbares Werkzeug wurde in Schweden von wissenschaftlichen Instituten in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen u a Volvo entwickelt ErgoSAM Laring Christmansson Kadefors amp rtengren 2005 erm glicht es ebenfalls auf Basis von Zeitanalysen verschiedener MTM Verdichtungsverfahren einschlie lich SAM Sequence based activity and method analysis Untersuchungen zur Ergonomie durchzuf hren F r die Beurteilung werden drei Dimensionen betrachtet K rperhaltung Kraft und Zeit Je nach Kombination der drei Faktoren ergibt sich ein Punktwert zwischen 1 und 27 welcher nach einem Ampelschema beurteilt wird Die Ausgabe erfolgt in Form eines Diagramms in welchem die k rperliche Belastung ber den zeitlichen Verlauf abgetragen wird So k nnen bedenkliche Teilt tigkeiten leicht identifiziert werden Ergonomiebewertung auf Basis von SvZ erm glicht eine fr hzeitige Ergo
221. taler Menschmodelle Spanner Ulmer amp M hlstedt 2010 2 Theoretischer Hintergrund 51 Diese Anforderungen aus Sicht der Anwender unterstreichen die Praxisrelevanz der Fragestellungen der vorliegenden Arbeit Eine Funktion von besonderer Bedeutung ist die M glichkeit Menschmodelle nicht nur statisch anzuwenden sondern Bewegungsabl ufe zu simulieren Diese wird im folgenden Abschnitt erl utert 2 4 4 Bewegungsgenerierung f r Digitale Menschmodelle Die Posenerstellung f r digitale Menschmodelle ist der Robotik entlehnt So erfolgt diese weitgehend manuell durch gliedma weise Manipulation s mtlicher Gelenkwinkel Weiterhin ist es in den g ngigen Systemen m glich mittels inverser Kinematik ganze Ketten von K rpersegmenten gleichzeitig zu manipulieren Problematisch ist dass die so erzeugten K rperstellungen nicht in jedem Falle realistisch sind bzw auch biomechanischen Gesetzm igkeiten nicht gen gen Um Standard Posen mit einem m glichst geringen Aufwand erzeugen zu k nnen wurden K rperhaltungs Bibliotheken entwickelt Zur Bewegungssimulation werden Start und Endposen modelliert und die zu simulierende Bewegung wird mittels linearer Interpolation zwischen den Posen erzeugt Dieses als Warping bezeichnete Verfahren f hrt jedoch nur dann zu glaubhaften Bewegungen wenn sich Start und Endpose nicht sehr unterscheiden insbesondere weil jeweils nur der k rzeste Weg zwischen den Posen generiert wird Witkin amp Popovic 19
222. tation of a method of the ergonomics risk assessment that combines several biomechanical risk factors is explained The results of the preliminary studies flow into the development of a new software tool for planning and assessing human work the editor for manual work activities ema Finally the practical evaluation with the help of real planning scenarios is presented Keywords digital human models ergonomics risk assessment human factors stress EAWS motion capturing motion simulation motion generation Vorwort 4 Vorwort Diese Arbeit entstand zu gro en Teilen im Rahmen des vom Europ ischen Fond f r regionale Entwicklung EFRE und vom Freistaat Sachsen durch die S chsische Aufbaubank SAB gef rderten Verbundprojektes System zur Bewegungssynthese f r digitale Menschmodelle eMAN Ich bedanke mich bei allen Projektpartnern der Professuren Arbeitswissenschaft und Graphische Datenverarbeitung der Technischen Universit t Chemnitz des Instituts f r Mechatronik e V sowie bei den Mitarbeitern der imk automotive GmbH Gedankt sei ebenfalls den Mitarbeitern der Volkswagen AG die durch Ihre Mitarbeit im Fachbeirat das Gelingen des Projekts unterst tzten Meiner Doktormutter Frau Prof Birgit Spanner Ulmer danke ich herzlich f r die bereitwillige und unkomplizierte Betreuung des Promotionsvorhabens Bei Herrn Prof M ller bedanke ich f r die bernahme des Zweitgutachtens Besonderer Dank gilt Herrn Dr Wolfgang Lei
223. te bereinstimmung Gesamtpunkte EAWS alitilia Szenario m Beobachter 1 wBeobachter2 wBeobachter3 mema Abbildung 53 Gegen berstellung der EAWS Bewertungen der drei Beobachter und von ema Die Bewertungen der drei Beobachter wurden gemittelt und mit den Punktwerten der automatischen Bewertung verglichen Aufgrund der vergleichsweise kleinen Stichprobe wurde als Rangkorrelationskoeffizient Kendalls Tau Bortz amp D ring 2006 berechnet Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 zusammengefasst Tabelle 8 Rangkorrelationen der EAWS Risikobewertung zwischen den Beobachtern und ema Gesamtpunkte 0 381 K rperhaltungen gesamt 0 443 K rperhaltungen symmetrisch 0 515 K rperhaltungen asymmetrisch 0 264 Aktionskr fte 0 874 Manuelle Lastenhandhabung 0 789 signifikant mit p lt 0 05 sehr signifikant mit p lt 0 01 hoch signifikant mit p lt 0 001 F r die Gesamtpunkte wurde mit T 0 381 signifikant mit p lt 0 05 ein mittlerer Zusammenhang ermittelt Bei den K rperhaltungen ergab sich ein etwas st rkerer Zusammenhang mit T 0 443 signifikant mit p lt 0 05 Hier zeigte sich dass ema tendenziell zu einer h heren Bewertung f hrt wobei insbesondere deutlich h ufiger Punktwerte f r asymmetrische K rperhaltungen Rumpfdrehung neigung 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 127 Reichweite vergeben wurden So korrelieren die symmetrischen K rperhaltungen mit 1T 0 515 sehr signifikant mit p lt
224. ten das mit Hilfe eines digitalen Menschmodells 3D Simulationen vollst ndiger Arbeitsabl ufe erzeugt Grundlage daf r bilden Bewegungsalgorithmen die mittels Motion Capturing aus Realbewegungen abgeleitet wurden Zum Funktionsumfang geh rt auch eine semiautomatische Ganzk rper Ergonomiebewertung auf Basis des Ergonomic Assessment Worksheet EAWS Mit Hilfe dieser Studie soll sichergestellt werden dass die Bewegungssimulationen und auswertungen valide Vorhersagen zur ergonomischen Belastungssituation erm glichen Dazu sollen im Folgenden zw lf Beispiel Simulationen beurteilt werden Zun chst sind f nf Fragen zur humanmotorischen Richtigkeit der Bewegungen zu beantworten Dabei soll als Ma stab die Arbeits und Bewegungsweise eines durchschnittlich ge bten Mitarbeiters in der Produktion gelten Besonderheiten die in der jeweiligen Simulation beobachtet werden k nnen in den daf r vorgesehenen Freitextfeldern erg nzt werden Anschlie end soll eine Stift Papier Bewertung mit EAWS erstellt werden Hierbei sind die neben den Gesamtpunkten auch die Einzelwerte innerhalb der Module von Bedeutung Vielen Dank f r die Unterst tzung Anlagen 181 Beispiel 01 Reserverad A Beurteilung der Humanmotorik 1 Biomechanik Die K rperhaltungen erscheinen nat rlich Abweichungen w ren bspw bertriebene Beugungen oder Verdrehungen trifft voll zu trifft weitgehend zu trifftkaum zu _ trifft nicht zu Erkannte Abw
225. these f r digitale Menschmodelle eMAN Studium Wirtschaftsingenieurwesen an der Technischen Universit t Chemnitz Grundwehrdienst in Braunschweig und Wesendorf Abitur am Greifenstein Gymnasium Thum Fritzsche L amp Jendrusch R 2009 Prospektive Arbeitsgestaltung mit digitalen Menschmodellen Validit t der Ergonomiebewertung von simulierten Arbeitsabl ufen in der Automobilmontage In Arbeit Besch ftigungsf higkeit und Produktivit t im 21 Jahrhundert 55 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 583 587 Dortmund GfA Press Jendrusch R amp Bauer S 2010 Der virtuelle Facharbeiter nimmt seine Arbeit auf Tagungsband Digitales Engineering und virtuelle Techniken zum Planen Testen und Betreiben technischer Systeme S 200 206 Magdeburg Fraunhofer Verlag Jacob H Toledo Munoz B Busche C amp Jendrusch R 2010 Durchg ngige Ergonomieabsicherung im Produktentstehungsprozess bei Volkswagen In Mensch und prozessorientierte Arbeitsgestaltung im Fahrzeugbau Herbstkonferenz 2010 der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 63 68 Dortmund GfA Press Lebenslauf 185 Jendrusch R Pirger A amp Fritzsche L 2011 Semiautomatische Ergonomiebewertung mit dem Editor menschlicher Arbeit ema In Mensch Technik Organisation Vernetzung im Produktentstehungs und herstellungsprozess 57 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 641 644 Dortmu
226. tomatisch eine Bewegungsfolge f r das Aufnehmen beliebiger Objekte in Abh ngigkeit von Geometrie Masse und Lagerung generiert In Abbildung 38 ist beispielhaft die Greiffolge f r das Entnehmen einer Streifenplatte in Regallagerung dargestellt ASA Abbildung 38 Greiffolge f r den Objekttyp Streifenplatte Durch die Geometrie wurde das Objekt als Streifenplatte identifiziert das bedeutet die k rzeste Dimension H he hat eine L nge von weniger als 50mm die l ngste Dimension L nge ist mindestens 4 mal so lang wie die mittlere Breite wobei die L nge eine Abmessung von 100mm bersteigt Durch die Abmessungen wurde ferner identifiziert dass ein Tragen durch eine Person allein m glich ist Durch die Vorpositionierung des Menschmodells vor das Werkst ck 1 wird der Fall des Handhabens definiert im gezeigten Beispiel beginnend an der kurzen Seite Zun chst erfolgt ein beidh ndiges Greifen mittels Zufassungsgriff seitlich am Objekt 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 96 2 gefolgt vom Hervorziehen um eine definierte Distanz weniger als die L nge des Objekts so wird ein Kippen verhindert Nach einem Umpositionieren des Menschmodells neben das Objekt folgt ein erneutes aufnehmen durch beidh ndiges Greifen mit Zufassungsgriff mittig am Objekt 3 Anschlie end wird das Objekt vollst ndig aufgenommen 4 und letztlich in die finale Tragehaltung umgesetz
227. ts von den altgriechischen Philosophen studiert heute werden sie interdisziplin r unter anderem innerhalb der Medizin Psychologie Biomechanik oder Sportwissenschaft untersucht Mechling 2003 Bewegungen lassen sich im Hinblick auf ihren Zweck gliedern in Gumpert 2012 e Alltagsbewegungen d h weitgehend automatisierte Bewegungen z B Laufen e Arbeitsbewegungen also spezielle Bewegungsmuster die einem Arbeitsprozess dienen e Sportbewegungen welche durch gezielte Beanspruchung gepr gt sind sowie e Ausdrucksbewegungen die in Form von Mimik und Gestik der Kommunikation oder k nstlerischen Aspekten dienen 2 Theoretischer Hintergrund 22 Dabei kann unterschieden werden zwischen dem Au enaspekt der Bewegung welcher die Raum zeitliche Ver nderung des K rpers betrifft und dem Innenaspekt der die inneren Steuerungs und Funktionsprozesse umfasst Der Begriff Bewegung beschreibt prim r den Au enaspekt f r eine ganzheitliche Betrachtung wird der Begriff Motorik verwendet Willimcezik amp Roth 1983 Der Au enaspekt ist die Bewegungsdimension welche durch qualitative Merkmale wie Rhythmus oder Genauigkeit und quantitative Merkmale wie Geschwindigkeit oder Kraft beschrieben wird Der Innenaspekt umfasst die Handlungsdimension der Bewegung deren Ursachen sensorische und psychische F higkeiten sowie subjektive Motive und Ziele sind Loosch 1999 Bewegungen k nnen sowohl bewusst als auch unbewusst Reflexe erfolgen Selb
228. tspunkten geplant und optimiert Im Rahmen von Vorserien wird die Produktion getestet um die Prozessf higkeit der Anlagen und Betriebsmittel wie auch die Serienherstellbarkeit des Produktes unter dem Aspekt der Qualit tsanforderungen sicherzustellen Voigt 2008 2 Theoretischer Hintergrund 55 Mit fortschreitendem Reifegrad der Planung werden gr ere St ckzahlen unter seriennahen Bedingungen hergestellt anschlie end wird die Serienfreigabe erteilt und es beginnt die Produktion mit dem Start of Production SOP Ergebnis ist das erste kundenf hige Produkt Schneider 2008 Ggf ist vor der Markteinf hrung des Produktes ein Produktionsvorlauf notwendig bspw weil das Produkt Teil einer Baugruppe ist oder aber um Distributionskan le zu f llen Clark amp Fujimoto 1991 Nach SOP folgt der Produktionshochlauf d h die kontinuierliche Steigerung der produzierten St ckzahl Dies kann mit einer Umstellung von einem auslaufenden auf das neue Produkt verbunden sein eine Integration des Produktes in eine bestehende Fertigung umfassen oder eine v llig neue Produktionsanlage betreffen N ser 2007 Schneider 2008 Das Ende des Hochlaufs ist erreicht wenn fortlaufend die geplante St ckzahl in der entsprechend geforderten Qualit t hergestellt wird Schuh St lzle amp Straube 2008 Dieser stabile Zustand wird als Kammlinie bezeichnet Grundig 2009 Nach dem Erreichen der Kammlinie werden fortlaufend bis zur Einstellung der Pr
229. ttowertsch pfung in H he von 16 Milliarden Euro Bundesministerium f r Arbeit und Soziales BMAS 2012 Die derzeitige demographische Entwicklung f hrt zu einem Anstieg des Durchschnittsalters der Gesamt wie auch Arbeitsbev lkerung Statistische mter des Bundes und der L nder 2011 IImarinen 2006 Erkrankungen insbesondere des Muskel und Skelettsystems treten mit zunehmendem Alter wesentlich h ufiger auf Zoike et al 2011 woraus sich ein k nftiger Anstieg der Arbeitsunf higkeit prognostizieren l sst Um konstante Produktionsleistungen zu gew hrleisten sind jedoch niedrige Krankenst nde ein wichtiges Gestaltungsziel der betrieblichen Planung Gerade f r Branchen wie die Automobilindustrie wo zumeist kurze Taktzeiten und hohe Auslastung regelm ige Wechselschichtarbeit und geringe Handlungsspielr ume eine Belastungskompensation weitgehend behindern bedarf es folglich L sungsans tzen diesen ge nderten Anforderungen zu begegnen Aus dem demographischen Wandel folgt auch ein weiterer Aspekt n mlich ein potentieller Mangel an Fachkr ften weshalb es k nftig einen Wettbewerb der Unternehmen um qualifizierte Mitarbeiter geben wird Reinberg amp Hummel 2003 Dietz amp Walwei 2007 Gute Arbeitsbedingungen stellen somit auch einen Wettbewerbsfaktor im Hinblick auf die Personalrekrutierung dar Ergonomische d h belastungsarme Arbeitsgestaltung wirkt sich nachweislich positiv auf die Gesundheit der Mitarbeiter Cole
230. u und Darstellungsm glichkeiten digitaler Menschmodelle am Beispiel des Modells Jack Die Modelle sind entweder direkt in CAD bzw PLM Systeme integriert oder k nnen ber Schnittstellen importiert werden Sie k nnen derart manipuliert werden dass gew nschte Posen eingenommen und auch Bewegungsabl ufe simuliert werden k nnen Entsprechend ihrer Eigenschaften erfolgt die Anwendung einerseits im Rahmen der Produktentwicklung wobei beispielsweise Fahrzeuge entsprechend der anthropometrischen Anforderungen ausgelegt werden Andererseits dienen digitale Menschmodelle der Prozessgestaltung indem Abl ufe visualisiert und beurteilt werden Die Nutzung beschr nkt sich dabei nicht auf Aufgaben in der Industrie Anwendungen sind bspw auch in der Medizin Seitz et al 2004 oder beim Milit r SantosHuman 2012 zu finden F r die Anwendung digitaler Menschmodelle im ergonomischen Gestaltungsprozess wurde die Bezeichnung Ergotyping gepr gt als Oberbegriff f r die Nutzung von Methoden und digitalen Werkzeugen zur Analyse Bewertung und Gestaltung ergonomischer Aspekte im Digital Prototyping Kamusella amp Schmauder 2009 Bubb und Fritzsche 2009 unterscheiden hinsichtlich der Anwendungsgebiete f nf Typen digitaler Menschmodelle e anthropometrische Modelle e biomechanische Modelle e Modelle f r die Produktionsplanung e anatomische Modelle und e kognitive Modelle Dar ber hinaus werden insbesondere Absicherung der Instandhalt
231. uction System e vorbestimmter Zeiten Verein Deutscher Ingenieure Virtual Reality Ziehen Schieben 1 Einleitung 15 1 Einleitung 1 1 Motivation Unternehmen sehen sich heute mit einem turbulenten Gesch ftsumfeld konfrontiert Grundig 2009 Wiendahl Reichardt amp Nyhuis 2009 Effekte wie die Globalisierung und die Wandlung hin zu einem K ufermarkt f hren zu verk rzten Innovationszyklen Produktdiversifikation und verringerten Losgr en Reinhart amp Z h 2003 Westk mper amp Zahn 2009 Daraus ergibt sich die Notwendigkeit hochflexibler Herstellungsm glichkeiten bei m glichst geringen Durchlaufzeiten Schenk amp Wirth 2004 Arndt 2008 Pawellek 2008 Dies bedingt die Verf gbarkeit der daf r notwendigen Ressourcen einschlie lich einer gesunden und leistungsf higen Belegschaft Besonders im produzierenden Gewerbe sind jedoch die Belastungen an Arbeitspl tzen trotz stetiger Verbesserungen hoch Streb Voelpel amp Leibold 2008 Gerade Montagearbeitspl tze sind gepr gt durch eine hohe Standardisierung zumeist kurze Arbeitstakte und hohe Wiederholfrequenzen J rgens U 2007 Arbeitsbedinge Erkrankungen sind die Folge Allen Muskel und Skeletterkrankungen f hren j hrlich zu erheblichen Ausf llen Im Jahr 2010 waren sie die Ursache von 95 4 Millionen Arbeitsunf higkeitstagen Damit waren sie die h ufigste Ursache f r krankheitsbedingte Fehlzeiten von Arbeitskr ften und f hrten zu einem Ausfall an Bru
232. udien nicht ausreichend Bewegungen erfasst werden um eine vollst ndige Datenbankbef llung zu realisieren Vielmehr handelte es sich zun chst um eine Machbarkeitspr fung auf deren Basis k nftig weitere Verrichtungen erfasst und aufbereitet werden m ssen 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 93 3 6 1 Werkst ckhandhabung Die Mehrzahl der Verrichtungen umfasst Interaktionen mit Objekten Deren Handhabung unterscheidet sich je nachdem ob es sich um Einzelteile Zusammenbauten Ladungstr ger oder Werkzeuge handelt erheblich Beeinflusst wird die Greif und Transportweise von den Eigenschaften der Objekte sowie von den geometrischen Bedingungen der Umgebung Um Bewegungsmuster der Objekthandhabung zu entwickeln m ssen die Greifart und Greifpunkte am Objekt zun chst ermittelt werden um dann die Bewegung hin zur notwendigen Endpose zu generieren zu k nnen Um dies zu erreichen ist eine mehrstufige Betrachtung der folgenden Parameter notwendig 1 Objektklassifizierung Pr fung der Ausf hrbarkeit Entscheidung zwischen ein und beidh ndigem Greifen Festlegung der Greifart sowie Festlegung der Greifposition bzw Greifpunkte am Objekt On 2 Zu Durch Versuche an unterschiedlichen Objekten konnten im Wesentlichen die folgenden Einflussgr en f r die Handhabung identifiziert werden e Teilegr e u ere Abmessungen e Teileform Grundform des Objektes Formklasse s
233. ufwand ber cksichtigt 5 2 2 Vorbetrachtungen Die implementierte EAWS Bewertung umfasst insgesamt vier Module vgl Kapitel 4 2 denen jeweils eigene Datentabellen sowie Regeln zugrunde liegen Zun chst wurde daher anhand von fiktiven Szenarien die Richtigkeit und Vollst ndigkeit der EAWS Umsetzung berpr ft Die Testf lle wurden so konstruiert dass s mtliche Regeln und Sonderf lle abgepr ft werden Dabei sind an die Szenen keine weiteren Anforderungen hinsichtlich der Praxisn he gestellt Es gen gen kurze Szenen welche mit wenigen Objekten modelliert werden um systematisch jede Regel zu berpr fen Insgesamt wurden 15 Testszenarien mit einer Ablaufdauer von ca 6 5 min erstellt Diese umfassten 134 Verrichtungen was einer mittleren Dauer von 3s pro Verrichtung entspricht W hrend des Testens lie en sich ca 20 Regelabweichungen und kleinere Software Fehler identifizieren In Form eines iterativen Vorgehens wurden diese parallel zu 5 Umsetzung der Ergebnisse und Praxisevaluation 123 weiteren Untersuchungen durch die Software Entwicklung der imk automotive GmbH behoben so dass nach Abschluss dieser Vorbetrachtungen die formale Korrektheit der EAWS Implementierung best tigt werden konnte 5 2 3 Stichprobe Es wurden zw lf reale Planungssimulationen ausgew hlt Diese umfassen Montageoperationen am Fahrzeug wie auch Vormontaget tigkeiten an Komponenten Die Szenarien wurden so ausgesucht dass neben unterschiedlichen K
234. und Pr fung auf Umsetzbarkeit 4 1 1 Anforderungen und Auswahl einer Methode Das zu implementierende Verfahren zur Ergonomiebewertung sollte arbeitswissenschaftliche Qualit tskriterien erf llen und grunds tzlichen Praxisanforderungen gen gen Dies umfasst insbesondere die folgenden Kriterien Fritzsche 2010 Lins amp Britzke 2010 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 100 e Vollst ndigkeit der Risikobewertung ber cksichtigte Risikofaktoren Nach M glichkeit sollte die Methode eine umfassende Risikobeurteilung mehrerer DBelastungsfaktorren erm glichen weshalb insbesondere Kombinationsverfahren in Betracht kommen Bspw sollten sowohl ung nstige K rperhaltungen als auch Aktionskr fte oder manuelle Lastenhandhabungen ber cksichtigt werden e Konformit t mit Standards Die ausgew hlte Methode sollte aktuellen als gesichert erachteten arbeitswissenschaftlichen Erkenntnissen entsprechen Die Validit t des Verfahrens sollte durch entsprechende wissenschaftliche Untersuchungen best tigt sein Eine Konformit t mit g ltigen Normen und Richtlinien stellt dies sicher e Zeitlicher Aufwand Die Methode sollte ohne gro en zus tzlichen Zeitaufwand durchf hrbar sein um die von Praktikern im betrieblichen Alltag zumeist gew nschten raschen Prognosen und Variantenvergleiche zu erm glichen Die spricht wiederum f r ein Screening Verfahren welches eben auf diese Anforderung fokussiert e G
235. ung der Ergebnisse und Praxisevaluation 124 Beispiel 01 Reserverad A Beurteilung der Humanmotorik 1 Biomechanik Die K rperhaltungen erscheine en rlch Abweichungen w ren bspw bertriebene Beugungen oder Verdrehungen Drift vol zu O vi weirgenend zu E rik kaumzu tritt nicht zu 2 Die Bewegungsmuster wirken praxisnah betrifftdie Bewegungsbahnen Fl ssigkeit und Geschwindigkeit der Bewegungen trifft voll zu trifft weitgehend zu trifft kaum zu trifft nicht zu Erkannte Abweichungen bitte kurz erl utern o Abbildung 52 Fragebogen zur Evaluationsstudie Auszug Zu jeder Frage wurden die vier ordinal skalierten Antwortm glichkeiten trifft voll zu 4 trifft weitgehend zu 3 trifft kaum zu 2 und trifft nicht zu 1 angeboten Diese Vierteilung wurde gew hlt um Mittelungseffekte zu vermeiden Ferner sind die Beobachter aufgefordert etwaige Auff lligkeiten kurz zu umreisen F r die quantitative Untersuchung der Vorhersageg te der ergonomischen Belastungen f hrten die Beobachter eine Stift Papier Bewertung mit EAWS durch Die Software liefert gleichfalls eine EAWS Bewertung die als Bericht in tabellarischer Form exportiert werden kann Somit liegen die Gesamtpunktwerte wie auch detaillierte Einzelwerte zur Auswertung vor In den Simulationen ber cksichtigte Eingangsgr en bspw Kr fte oder Bauteilgewichte waren den Beobachtern bekannt Jeder Beobachter arbeitete
236. ung wie auch Demonstrations oder Trainingsm glichkeiten als Einsatzgebiete beschrieben Li 2 Theoretischer Hintergrund 48 2009 Ein Funktionsschema digitaler Menschmodelle ist in Abbildung 9 dargestellt Die Abbildung veranschaulicht die bliche Anwendung eines digitalen Menschmodells Basis bildet eine Bibliothek unterschiedlicher Modelle sowie die Integration weiterer ben tigter Daten bspw Werkzeugmodelle Mittels unterschiedlicher Eingabeger te k nnen nun die Manipulationsfunktionen zur Untersuchungsdurchf hrung genutzt werden Implementierte Ergonomiemethoden dienen anschlie end der detaillierten Auswertung Dokumentation und insbesondere Visualisierung k nnen wiederum mittels unterschiedlicher Ausgabeger te vorgenommen werden Ergonomie Methoden NETTE TEE Te Ausgabe _ Funktionen __ Sichtanalysen _ Funktionen __ K rperhaltung Ma analysen Visualisierung Handhaltung NEUCUCIE Bild Aussehen Haltungsanalysen Visualisierung Animation weitere Analysen z B Video Mehrpersonen Zeitanalysen Dokumentationen Interaktion Laufwegermittlung Berichte Diagramme Energieverbrauch Ressourcen Menschmodell Ressourcen Geometrie Geschlechter Perzentile Betriebsmittel Nationalit ten Somatotypen weitere Ressourcen Akzeleration manuelle Anpassungen Abbildung 9 Funktionsschema digitaler Menschmodelle M hlstedt amp Spanner Ulmer 2009 Neben der reinen Visualisierungsm glichkeit des Menschmodells beinhalten die
237. von Objekten sowie von Werkzeugen Durch stufenweise Variation hinsichtlich der Belastung Gewicht von Gegenst nden und auch in Bezug auf die geometrische Anordnung Applikationslage wurden letztlich insgesamt 54 unterschiedliche Verrichtungen aufgenommen Anlage 1 F r die Durchf hrung der Verrichtungen wurden drei Probanden ausgew hlt die sich in der Gr e stark unterscheiden Abbildung 22 Dies erfolgte mit Hinblick auf Fragestellungen zur Abh ngigkeit der Bewegungsabl ufe von anthropometrischen Daten der Testpersonen Zwei Versuchspersonen waren m nnlich eine weiblich S mtliche Verrichtungen wurden zun chst rechtsh ndig konzipiert da diese f r den Gro teil der Menschen ca 90 die dominante Hand darstellt Wirth amp Liphardt 1999 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 73 Proband 1 9 1 56m 51kg Proband 2 1 75m 85kg Proband 3 3 1 87m 85kg Abbildung 22 Probanden Motion Capture Studie 1 mit Markern der Firma A R T 3 3 3 Versuchsdesign Die Verrichtungen wurden unter Laborbedingungen an einem flexiblen Demonstrations Arbeitsplatz durchgef hrt Der Arbeitsplatz befand sich in der Raummitte umgeben von acht Tracking Kameras des Motion Capture Systems Der Aktionsraum umfasste dabei eine Fl che von etwa 2 x 2 Metern Abbildung 23 Abbildung 23 Versuchsaufbau Motion Capture Studie 1 Alle Probanden wurden mit je 17 Targets versehen Di
238. w Approaches for Compensating the Aging Workforce in Automotive Production Dissertation Dresden Technische Universit t Dresden Fritzsche L amp Jendrusch R 2009 Prospektive Arbeitsgestaltung mit digitalen Menschmodellen Validit t der Ergonomiebewertung von simulierten Arbeitsabl ufen in der Automobilmontage In Arbeit Besch ftigungsf higkeit und Produktivit t im 21 Jahrhundert 55 Kongress der Gesellschaft f r Arbeitswissenschaft S 583 587 Dortmund GfA Press Fritzsche L Jendrusch R Leidholdt W Bauer S J ckel T amp Pirger A 2011 Introducing ema Editor for Manual Work Activities A New Tool for Enhancing Accuracy and Efficiency of Human Simulations in Digital Production Planning In V Duffy Digital Human Modeling HCII 2011 LNCS 6777 S 272 281 Berlin Springer Fritzsche L Klippert J Hildebrandt A Gudehus T Zick J Lange K H Kohler P 2007 Innovative Methoden zur fr hzeitigen Simulation ergonomischer Bedingungen f r partizipative Produktionsplanungsprozesse In Bericht zum 53 Arbeitswissenschaftlichen Kongress vom 28 2 2 3 2007 an der Otto von Guericke Universit t Magdeburg S 825 828 Dortmund GfA Press Fr hmel C 2010 Validierung des RAMSIS Krafthaltungsmodells Dissertation Technische Universit t M nchen Gattringer H 2011 Starr elastische Robotersysteme Heidelberg Springer Literatur 142 Gausemeier J Plass C amp We
239. wegungen sicherzustellen Die Reihenfolge der Applikationspunkte wurde so gew hlt dass sie jeweils entlang der vermuteten Zonen Grenzen lagen sowie anschlie end deutlich in einer anderen Zone um klare Umschl ge erkennen zu k nnen Weiterhin diente der Simulationstag der Zeitabsch tzung f r den Aufnahmetag W hrend des Aufnahmetages wurden f r die verwendeten Werkzeuge wiederum eigene Targets konfiguriert so dass deren Bewegungen ebenfalls erfasst werden konnten Die Verrichtungen wurden jeweils in Bl cken durchgef hrt d h es wurde jede Verrichtung an einer Reihe von Wirkpunkten direkt hintereinander durchgef hrt worauf eine Pause folgte in welcher der Proband in eine Grundstellung zur ckkehrte und auch das Werkzeug in eine Grundauslage in der rechten Hand brachte 3 Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegung f r die Bewegungsgenerierung 84 Anschlie end wurde dieselbe Verrichtung an anderen Wirkpunkten erneut durchgef hrt 3 4 4 Ergebnisse Die aufgenommenen Bewegungen wurden wiederum auf das digitale Menschmodell Dynamicus bertragen und f r die Auswertung mit der Visualisierungs Software Ergo Tool aufbereitet Die w hrend der Versuchsplanung entwickelten Hypothesen bzgl vorhandener umschlagfreier Zonen wurden anhand der Motion Gapture Daten berpr ft Grunds tzlich konnten die bereits zum Simulations Tag definierten Zonen best tigt werden wobei ggf Korrekturen der Zonengrenzen notwendig war
240. wegungsbahnen ausw hlen zu k nnen Flash Hogan amp Richardson 1995 Blickhan 1997 Alexander R M 1997 Alexander Alexander T 2010 beschreibt ein Modell zur Abbildung von Bewegungsbahnen H llkurren mittels Regressionsanalysen real erfasster 2 Theoretischer Hintergrund 30 Bewegungen mit dem sowohl die zentrale Tendenz als auch die Varianz der Bewegungen prognostiziert werden k nnen Die Modellierung von Bewegungen beinhaltet auch die Betrachtung der zugrundeliegenden neurophysiologischen Steuerungsmechanismen An der Bewegungssteuerung sind demzufolge neben der Extremit t auch die Augen sowie der Kopf beteiligt Dieses Zusammenspiel kann in Form dreier Kontrollschienen modelliert werden W hrend der Bewegungshandlung laufen parallel eine optische eine Ausrichtungs und eine Transportkomponente ab d h es erfolgt eine optische Erfassung des Bewegungsraumes ein Vorausrichten der Extremit t und der Transport also die Bewegung vom Start zum Zielpunkt Arlt 1999 Trotz der komplexen Steuerungsmechanismen wie auch der zahlreich vorhandenen Freiheitsgrade konnte festgestellt werden dass sich bei Bewegungsanalysen gleichartige wiederkehrende Bewegungsmuster identifizieren lassen Diese eignen sich als Basis f r die Bewegungssynthese Aubry Julliard amp Gibet 2009 Liu Hertzmann amp Popovic 2005 Gibet amp Marteau 2003 Dabei sollten grunds tzlich wenige Probanden eingesetzt gleichwohl aber eine hohe Anzahl a
241. wertsch pfenden T tigkeiten werden unterschiedliche Arten von Verschwendungen klassifiziert bspw unn tige Prozesse oder auch Bewegungen Ohno 1993 Horizontale Untergliederung dient demnach der Auswertung von Arbeitsprozessen hinsichtlich der Effizienz und hilft Potentiale der Prozessverbesserung zu erkennen Vertikale Untergliederung hingegen dient der Komplexit tsreduzierung und Modularisierung um Arbeitsprozesse zu planen und zu beschreiben Eine wiederum vertikale Gliederung wird bei den Systemen vorbestimmter Zeiten SvZ angewandt So wird bei MTM Methods Time Measurement unterschieden in sechs Niveaus Bokranz amp Landau 2006 e Garundbewegung e Bewegungsfolge e Garundvorgang e Vorgangschritt e organgsfolge und e Arbeitsvorgang Eine Gegen berstellung der vertikalen Hierarchiemodelle vom MTM und REFA einschlie lich typischer Beispiele ist in Tabelle 2 dargestellt Tabelle 2 Gegen berstellung der Strukturierungsmodelle von REFA und MTM REFA Beispiele MTM Gesamtablauf Herstellung Gesamtfahrzeug Teilablauf Montage Gesamtfahrzeug Ablaufstufe Bandabschnitt Montage Interieur Vorgang ZSB Mittelkonsole montieren Arbeitsvorgang Antenne in Mittelkonsole montieren Teilvorgang Vorgangsfolge Mittelkonsole in Vorrichtung einlegen und spannen Vorgangsschritt Mittelkonsole in Vorrichtung einlegen Grundvorgang Antenne aus Ladungstr ger entnehmen und bereitlegen Vorgangsstufe Bewegungsfolge Antenne aufnehmen Vorga
242. wickelten Software berpr ft werden wobei die Objektivit t der Bewertung sichergestellt werden muss Kromrey 2001 2005 5 2 1 Untersuchungsgegenstand Allgemein gilt dass eine Methode oder ein Werkzeug als valide betrachtet werden kann wenn es genau das misst was es zu messen vorgibt Bortz amp D ring 2006 Gem DIN EN ISO 9000 2005 wird Validierung wie folgt definiert Best tigung durch Bereitstellung eines objektiven Nachweises dass die Anforderung f r einen spezifisch beabsichtigten Gebrauch oder eine spezifische beabsichtigte Anwendung erf llt worden sind Es ist folglich zu untersuchen ob die Simulation valide Vorhersagen zur menschlichen Arbeitsweise und den damit verbundenen ergonomischen Belastungen am geplanten Arbeitsplatz erm glicht Daf r ist zun chst zu berpr fen ob die Ergonomiebewertungsmethode EAWS formal korrekt implementiert wurde Sofern dies sichergestellt ist kann die Evaluation der Praxistauglichkeit anhand realistischer Planungsszenarien erfolgen Hier soll berpr ft werden ob die generierten Bewegungen tats chlich korrekt sind d h ob das Bewegungsverhalten einem Beobachter als hinreichend wirklichkeitsgetreu erscheint und au erdem biomechanischen Gesetzm igkeiten gen gt Dar ber hinaus soll die Ergonomiebewertung eines Experten zu einem vergleichbaren Ergebnis kommen wie die semiautomatisch durch die Software ermittelte Dabei werden auch die Genauigkeit sowie der zeitliche A
243. www santoshumaninc com industries defense Saziorski W M Aruin A S amp Selujanow W N 1984 Biomechanik des menschlichen Bewegungsapparates Berlin Sportverlag Schaub K 2004 Das Automotive Assembly Worksheet AAWS In K Landau Montageprozesse gestalten Fallbeispiele aus Ergonomie und Organisation S 91 111 Stuttgart ergonomia Literatur 149 Schaub K amp Ghezel Ahmadi K 2007 Vom AAWS zum EAWS ein erweitertes Screening Verfahren f r k rperliche Belastungen In Bericht zum 53 Arbeitswissenschaftliichen Kongress vom 28 2 2 3 2007 an der Oitto von Guericke Universit t Magdeburg S 601 604 Dortmund GfA Press Schaub K amp Landau K 2004 Ergonomie und Pr vention in der betrieblichen Praxis Angewandte Arbeitswissenschaft 180 S 52 70 Schaub K amp Winter G 2002 Design Check ein Screeningverfahren zur Beurteilung k rperlicher Belastungen Der Orthop de 31 S 987 996 Schaub K Britzke B Sanzenbacher G Jasker K amp Landau K 2004 Ergonomische Risikoanalyssen mit MTM Ergo In K Landau Montageprozesse gestalten Fallbeispiele aus ergonomie und Organisation S 175 199 Stuttgart ergonomia Schaub K Caragnano G Britzke B amp Bruder R 2012 The European Assembly Worksheet Theoretical Issues in Ergonomics Science S 1 23 Schaub K Spelten C amp Helbig R 2007 IAD BkA Bogen zur Bewertung k rperlicher Arbeit In A R h
244. zenario einer Fahrzeugmontage Situation 42 Abbildung 6 Das Y CIM Modell 2 200220002200000000000nonnnno nenne nenne nenne nennen 44 Abbildung 7 Nutzenpotentiale der Digitalen Fabrik uu024002400 Bene Rennen 45 Abbildung 8 Aufbau und Darstellungsm glichkeiten digitaler Menschmodelle am Beispiel des Modells Jack 2220222200200002000000RnBRnn nennen 47 Abbildung 9 Funktionsschema digitaler Menschmodelle 2 002220 48 Abbildung 10 Analysefunktionen f r das digitale Menschmodell Human Builder 49 Abbildung 11 Manipulationsfunktionen digitaler Menschmodelle 50 Abbildung 12 Analysefunktionen digitaler Menschmodelle 50 Abbildung 13 Phasenmodell des Produkt Entstehungs Prozesses 53 Abbildung 14 M glichkeit der Kostenbeeinflussung und Kostenfestlegung w hrend JES PFOQUKNIEDENSIAUIS zerru 00u200050 reiner 54 Abbildung 15 Notwendige Arbeitsschritte zur Simulation einer Arbeitsaufgabe 60 Abbildung 16 Virtuelle Szene Setzen Schwei naht an Teil auf Tisch 61 Abbildung 17 Grundbewegungen eines digitalen Menschmodelis 65 Abbildung 18 Verrichtungshierarchie mit 4 Ebenen 02220222002n0onnnenennnnnenn 66 Abbildung 19 Anforderungen an generierte Bewegungen uu22uuss
245. zugeh rigen K rperstellungen im Zeitverlauf Hinweise zur Gestaltungsqualit t des Arbeitsplatzes gewonnen werden Fritzsche 2010 beschreibt eine prototypische Umsetzung einer AAWS Bewertung f r das Menschmodell Human Builder Abbildung 41 Wie in der Abbildung auf der linken Seite erkennbar ist erfolgt eine automatische Erkennung sowie Bepunktung 4 Anwendung einer Methode zur Ergonomiebewertung f r digitale Menschmodelle 105 der AAWS K rperhaltungskategorien Diese basiert ausschlie lich auf Gelenkwinkeln des digitalen Menschmodells Bei Tests wurden Posen im Zeitverlauf berwiegend korrekt erkannt wenngleich fehlerhafte Zuordnungen vorkamen Insbesondere erwies sich die Unterscheidung zwischen Sitzen und Hocken als problematisch sowie die Differenzierung der Armhaltung in Relation zum Rumpf F r die Berechnung von Kr ften und Lasten ist lediglich eine manuelle Dateneingabe und anschlie ende Berechnung der Punkte m glich weitere notwendige Prozessinformationen werden der Simulation nicht automatisch entnommen Extrapunkte wurden nicht ber cksichtigt Trotz der bestehenden Defizite zeigt sich dass es m glich ist eine teilweise automatisierte Ergonomiebewertung mit einem Kombinationsverfahren wie AAWS f r digitale Menschsimulationen m glich ist Allerdings sind die blo en Gelenkwinkelinformationen im Zeitverlauf nicht ausreichend at Fie Edt Mew Inset Toos Wndow Analyze Hep Actiety Acbyky Tile Wrdowbag Analyst LF Actw
246. zur Strukturierung von Arbeitsinhalten diskutiert sowie Konzepte und Werkzeuge f r die Beurteilung menschlicher Arbeit erl utert Dem schlie t sich eine berblicksdarstellung digitaler Menschmodelle und ihrer Funktionen an Abschlie end erfolgt eine Betrachtung des Produkt Entstehungs und Herstellungsprozesses insbesondere des in der Automobilindustrie blichen Phasenmodells welches die Grundlage zur Integration digitaler Menschmodellierung in ein durchg ngiges Konzept zur Absicherung der Ergonomie darstellt 2 1 Menschliche Bewegungen 2 1 1 Grundlagen menschlicher Bewegungen Bewegen ist ein scheinbar selbstverst ndlicher Vorgang Wie schwierig und komplex er tats chlich ist zeigt sich bei Kleinkindern die gerade das Laufen erlernen Es muss das Zusammenwirken zahlreicher Muskeln zeitlich koordiniert werden um einerseits die notwendigen Kr fte f r den Vortrieb zu erzeugen andererseits wird durch Ausgleichsbewegungen der Arme und Aktivierung der Rumpfmuskulatur die notwendige Gleichgewichtserhaltung realisiert Im physikalischen Sinne wird Bewegung definiert als Ortsver nderung eines K rpers relativ zu anderen K rpern bzw zu einem Bezugssystem Zeitler amp Simon 1998 F r den Menschen bedeutet dies folgich ein bergang von einer K rperstellung Pose in eine andere K rperstellungen beschreiben die r umliche Beziehung einzelner K rpergliedma en zueinander Landau 2007 Historisch betrachtet wurden Bewegungen berei

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