Arbeitsplätze der Zukunft mit integrierten intelligenten … · 2018-11-20 · Prof. Dr.-Ing....

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Prof. Dr.-Ing. Carmen Constantinescu, MBA„Digital Manufacturing 4.0“Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

BGHM-Innovationstag 2018

15. November 2018, Mainz

Arbeitsplätze der Zukunft mit integrierten intelligenten Exoskeletten

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Agenda

Kurzvorstellung Fraunhofer IAO

Herausforderung in heutigen Arbeitsplätzen

Mögliche Lösung: Exoskelette

Exo@Manufacturing – Digital Transformation

Referenzprojekte

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Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

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Der Mensch im Mittelpunkt Wissensvorsprung für die Praxis

Mensch und Arbeitswelt

Mensch und Innovation

Mensch und Organisation

Mensch und ITMensch und Dienstleistung

Mensch und Unter-nehmensentwicklung

Mensch und StadtMensch und Produktion

Mensch und Mobilität

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Montage/Demontage Überkopf-Arbeiten

InstandhaltungLogistik

Car headlights assembly(©INDRA)

Battery disassembly

(©CRF)

Protective shield assembly screwing

(©CRF)Welding in the container

(©Einsenbau)

LogisticsPallets assembly / disassembly

Relocation processesRotor disassembly

Herausforderung in heutigen Arbeitsplätzen

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Arbeitsplätze – schwer/teilweise/nicht automatis ierbar:

Kleine Losgrößen und variantenreiche Produktion

Manuelles Handling von schweren Teilen (>10kg)

Vibrationen

wiederholende Tätigkeiten in Zwangslagen (kniend oder Über-Kopf-Arbeiten)

Folge:

Arbeitsplatzgestaltung und -organisation sowie innovative

Arbeitsprozesse hinsichtlich Bedienbarkeit, Sicherheit und Gesundheit

nicht optimal gestaltet;

-> Entstehung von Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE)

Kosten von 2-3 % des BIP -> 240 Milliarden € pro Jahr in Europa

Chronische Rückenschmerzen

(MSE)

Depression Rheuma Asthma HoherBlutdruck

Präventionskosten

Produktivitätsverlust

MSE im Vergleich

Quelle: 2015, Bertelsmann/Booz & Company

Anfällige Bereiche für MSE

Quelle: Ipetitions, „Work-Related Musculoskeletal Disorders (WRMSDs),” 2018 [Online] https://www.ipetitions.com/petition/work-related-musculoskeletal-

disorders-wrmsds)

Herausforderung in heutigen Arbeitsplätzen

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Exoskelette in der Industrie:

benutzerfreundliches, intelligentes, kooperatives, leichtes

und tragbares Exoskelett für die manuelle Handhabung von

schweren Bauteilen oder bei Überkopf-Arbeiten

Hilfsmittel zur Prävention von Muskel-Skelett-Erkrankungen

Erfahrungen müssen noch gemacht werden

Allgemeines:

Mechanisches Gerüst „Außenskelett“ zur Unterstützung des

Menschen bei Bewegungsabläufen

Unterstützung von Mitarbeitern bei der Manipulation

schwerer Lasten

Reduzierung von körperlicher Belastung

Modulares Konzept des Exoskeletts(A) aktive Armmodul; (B) passive Armmodul; (C) Rumpfmodul

Quelle: Robo-Mate

Mögliche Lösung: Exoskelette

Robo-Mate

Intelligent exoskeleton based on human-robot interaction for manipulation of heavy goods in Europe's factories of the Future www.robo-mate.eu - FP7 - 2013 - 2016

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Exo@Manufacturing - Digital Transformation

Am Fraunhofer IAO in der Abteilung „Digital Manufacturing 4.0“ Entwicklung einer Methode zur Evaluation von Exoskeletten im Industrieeinsatz

Nutzung von bereits vorhandener Software (Siemens Process Simulate, Siemens Jack 9.0) und Erweiterung dieser zur Evaluierung von Exoskeletten

Active Exoskeleton (©ZHAW) Siemens JackExA (©FhG-IAO)

Siemens Jack (©Siemens)

Passive Exoskeleton (©ZHAW)

Simulationenmit JackExP

Simulationenmit JackExA

Siemens JackExP (©FhG-IAO)

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Exo@Manufacturing - Digital Transformation Vollständige Digitalisierung von Arbeitsplätzen mit integrierten Exoskeletten

Methode zur Evaluation:

1. Ganzheitliche Digitalisierung des Arbeitsplatzes –IST-Zustand

2. Simulation und Analyse von Ergonomieparametern auf Basis des IST-Zustands

3. Digitale Koppelung eines potentiell geeigneten Exoskeletts an das digitale Menschmodell

4. Simulation und Analyse des SOLL-Zustands und Optimierung des Arbeitsplatzes

5. Analyse und Gegenüberstellung der beiden Zustände (IST vs . SOLL)

6. Empfehlung eines geeigneten Exoskeletts für den untersuchten Arbeitsplatz

vs .

Fraunhofer IAOInnovation

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Fahrzeugmontage: Arbeiten über dem Kopf - Unterboden

Manipuliertes Teil: Schraubmaschine 1,6 kg;

Gehstrecke pro Tag: 700 m;

Verarbeitungszeit / Schraube: 0,73 Sekunden;

Nr. von Schrauben: 13;

Drehmoment auf Arbeiterhand: 2,6Nm.

Ohne Exoskelett Mit Exoskelett

Exo@Manufacturing - Digital Transformation - Anwendungsbeispiel

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Exo@Manufacturing - Digital Transformation - Anwendungsbeispiel

Ohne Exoskelett (14 Kg) Mit Exoskelett (14 Kg)

©FhG - IAO

Logistik: Manipulation von Waren und Verpackungen

Manipulierte Teile: von 10 kg bis 15 kg;

Gehstrecke pro Tag: 1200 m;

Bewegtes Gewicht pro Tag: 700kg.

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Referenzprojekte – Exo@Manufacturing - Digitale Transformation

EU: RoboMate –Intelligent exoskeleton based on human-robot interaction for manipulation of heavy goods in Europe’s factories of the future (2013-2016)

Projektträger: EU – FP7 Anwendungsfall: Automotive (dis) assembly,

suppliers Ergebnisse: Ergonomisch verbesserte

Arbeitsplätze durch den Einsatz von Exoskelettenzur Manipulation von Ressourcen bis 15kg

Industrie:

Automotive- Deutsche Automobilhersteller- verschiedenste Anwendungen:Arbeiten über dem Kopf, Hebe- und Senktätigkeiten, etc.

EnergiesektorInstandhaltung von Gasturbinen

LogistikNamhafte Logistikdienstleister

Classic Jack,

Process Simulate

(©Siemens)

Classic Jack

Emulated Exoskeleton

(©FhG-IAO)

JackEx Alpha

Classic Jack

(©FhG-IAO)

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As It Is

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Arbeitsplätze der Zukunft mit integrierten intelligenten Exoskeletten für Logistik- und Produktionsprozesse in KMU – Exo4LogiProd

01.01.2019 – 31.12.2021

Assoziierte Partner:

Berufsgenossenschaft Holz und Metall

Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg des VDMA Baden-Württemberg

Siemens Industry Software GmbH

Aktuelles Forschungsprojekt:Exo4LogiProd – BMBF

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Carmen Constantinescu

Digital Manufacturing 4.0www.iao.fraunhofer.de

Telefon +49 (711) 970-2282

Mobil: +49 (175) 575-1155

carmen.constantinescu@iao.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft

und Organisation IAO

Nobelstraße 12 | 70569 Stuttgart

Oliver Todorovic

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Digital Manufacturing 4.0

Telefon +49 (711) 970-2289

Mobil +49 (152) 2254-3939

oliver.todorovic@iao.fraunhofer.de