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© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Seite 1
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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As it sh
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©Fraunhofer IAO
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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
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