Prof. Dr. Lars Fritzsche Industrial Engineering 4.0 Arbeitsgestaltung in vier Dimensionen. Betriebsleitertagung Südwestmetall,

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1 Prof. Dr. Lars Fritzsche Industrial Engineering 4.0 Arbeitsgestaltung in vier Dimensionen Betriebsleitertagung Südwestmetall,

2 Agenda 1. Kurzvorstellung imk 2. Wirtschaftliche Effekte ergonomischer Arbeitsgestaltung 3. Digitalisierung von IE und Planung 4. Neue Assistenzsysteme: MRK und Exoskelette 5. Demographie und alternsgerechte Arbeitsgestaltung 6. Schlussfolgerung Folie: 2

3 1. Kurzvorstellung imk imk automotive GmbH Firmensitz Chemnitz imk automotive GmbH Betriebsstätte Stuttgart Adresse: Amselgrund Chemnitz Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0) Adresse: Hauptstr Leinfelden-Echterdingen Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0) Folie: 3

4 1. Kurzvorstellung imk Branchenübergreifende Beratungs- und Ingenieurdienstleistungen Produktentwicklung Fertigungsprozessentwicklung Informationstechnologie Ergonomie Dr. Jens Trepte Carsten Otto Dr. Sebastian Bauer Prof. Dr. Lars Fritzsche Antriebslösungen Struktur- und Materialdesign Multiphysikalische Simulation Finite Elemente Beratung und Training Fertigungs- und Montageplanung Fabrik- und Logistikplanung Digitale Produktionsplanung Produkt- und Produktionsoptimierung Softwareentwicklung Support und Service Ergonomische Arbeitsgestaltung und Arbeitsorganisation Ergonomieanalyse und Risikobewertung Virtuelle Ergonomie Beratung und Training Strategische Entwicklung Dr. Wolfgang Leidholdt Folie: 4

5 1. Kurzvorstellung imk Kunden und Partner des Fachbereichs Ergonomie Folie: 5

7 2. Wirtschaftlicher Nutzen Wirtschaftlichkeit von Ergonomiemaßnahmen: Zusammenhang zu Fehlzeiten und Qualität Studie: 56 Teams (623 MA) in der PKW-Montage von Mercedes-Benz (Fritzsche et al., 2014) Ausfalldauer bei Krankheit Fehler pro MA Hoch (4. Quartil) Niedrig (1. Quartil) Ergonomische Belastung im Team (AAWS) Bis zu 20 % geringere Ausfalldauer bei niedriger ergonomischer Belastung Hoch (4. Quartil) Niedrig (1. Quartil) Ergonomische Belastung im Team (AAWS) Bis zu 45 % weniger Montagefehler bei niedriger ergonomischer Belastung Quelle: Fritzsche, L., Wegge, J., Schmauder, M., Kliegel, M. & Schmidt, K.-H. (2014). Good ergonomics and team diversity reduce absenteeism and errors in car manufacturing. Ergonomics, 57 (2), Folie: 7

8 2. Wirtschaftlicher Nutzen Zusammenhang von Beleuchtung mit Wohlbefinden und Leistung Beispiel: Studie im Nacharbeitsbereich eines deutschen Automobilherstellers (Grancharova, 2016) Umbaumaßnahmen: Modernisierung der Arbeitsbedingungen, insbesondere der Beleuchtung (mehr Taglicht durch Dachfenster, neuer Lichttunnel zur Fahrzeugabnahme End-of-Line) und Klimatisierung/Belüftung; Bereich mit ca. 80 Mitarbeiter (überwiegend > 45 Jahre) Fehlzeiten vor und nach der Umbaumaßnahme (inkl. dauerhaft erkrankter MA) Platzierung des Bereichs im unternehmensinternen Fehlzeiten-Ranking 0 2 Nov 11 Dez 11 Jan 12 Feb 12 Mrz 12 Apr 12 Mai 12 Jun 12 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez ,10 6, Abschluss der Baumaßnahmen Vorher (2011) Nachher (2012) Quelle: Grancharova, D. (2016). Alternsgerechte Arbeitsgestaltung? Eine interventionsbasierte Längsschnittuntersuchung in einem Unternehmen der Automobilindustrie. Kassel University Press. Folie: 8

10 3. Digitalisierung Herausforderungen durch aktuelle Trends und Entwicklungen Digitalisierung, Industrie 4.0, Big Data, Cyberphysische Systeme Steigende Datenflut, Variantenanzahl und Komplexität in der Fertigung, Losgröße 1 Neue Systeme zur Datenerfassung Motion Capturing, Wearables, Virtual & Augmented Reality, Sensorsysteme, etc. Neue Technologien und Assistenzsysteme Mensch-Roboter Kollaboration (MRK), Exoskelette, Orthesen, etc. Verschärfung der Demographischen Entwicklung Zunahme der Alterung bis 2050, mehr Leistungsgewandelte Mitarbeiter, steigende Diversität Folie: 10

11 3. Digitalisierung Digitalisierung verändert das Industrial Engineering Traditionell: Manuelle Routine Zukünftig: Kreative Prozessgestaltung Alphanumerische, tabellarische Arbeitsweise ( Zahlenverwalter ) Manuelle zeitwirtschaftliche und ergonomische Bewertung Implizite Visualisierung im Kopf des I.E. Experten; Schwierigkeiten bei der Kommunikation z.b. mit Fertigung, Planung, etc. 3D visuelle Planung, Prozessgestaltung und optimierung Automatische Generierung von Zeit- und Ergonomiebewertungen Explizite Visualisierung als Grundlage der Kommunikation und Zusammenarbeit in digitalen Workshops Folie: 11

12 3. Digitalisierung Quelle: Audi AG, Dr. M. Keil & J. Schneider, Vortrag auf 6. Fachkonferenz Ergonomie & I.E., Hamburg Folie: 12

13 3. Digitalisierung ema Visuelles Industrial Engineering & Ergonomie Produkt CATIA, NX, AutoCAD, Planung/ Industrial Engineering Layout AutoCAD, HLS, Zeitwirtschaft, Ergonomie Betriebsmittel, Roboter, Werkzeuge CATIA, NX, AutoCAD, CAD Logistik Tabelle Folie: 13

14 3. Digitalisierung Messbare Ergebnisse direkt aus dem 3D Modell MTM-UAS Zeitanalyse Spaghetti Diagramm EAWS- Ergonomiebewertung Folie: 14

15 3. Digitalisierung Durchgängige Digitale Planung und Bewertung als integraler Bestandteil des PEP Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung SOP Serie Konzept Digitales EHPV & Bauteilergonomie Planung Digitale Arbeitsplatzgestaltung & Virtuelle Workshops Serie Digitales KVP-Management & Arbeitsunterweisung Folie: 15

16 3. Digitalisierung Quelle: Audi AG, Dr. M. Keil & J. Schneider, Vortrag auf 6. Fachkonferenz Ergonomie & I.E., Hamburg Folie: 16

17 3. Digitalisierung Integration von Motion Capturing Beispielsimulation Reale Bewegung mit MoCap-System Xsens Darstellung in Xsens Übertragung in ema Beispiel Motion-Capturing Import und Bearbeitung von MoCap-Aufnahmen: Simulation von Motion-Capturing-Daten kombiniert mit Standard-Verrichtungen von ema Halbautomatische ergonomische Beurteilung basierend auf MoCap-Aufnahmen Folie: 17

18 3. Digitalisierung Integration von Motion-Capturing Ergebnisse Ergonomiebeurteilung nach EAWS Spaghetti-Diagramm Körperteil-Höhenangaben Gelenkwinkelangaben - Rumpf Folie: 18

20 4. Neue Assistenzsysteme Planung und simulative Absicherung von Mensch-Roboter-Kollaboration Entscheidende Vorteile: valide Daten für menschliche Arbeit (Fertigungszeit und Ergonomie) valide Daten für Roboter-Arbeit (Geschwindigkeit und Erreichbarkeit) systematische Arbeitsteilung und optimale Synchronisierung von Mensch und Roboter integrierter Sicherheitscheck, z.b. durch Berechnung und Bewertung von Kollisionen virtuelle Machbarkeitsanalyse ohne teure Laborversuche und Pilotaufbauten Visualisierung als gemeinsame Sprache für alle Beteiligten zur Lösungsfindung Zeitersparnis und Kostenersparnis durch schnelle Simulation und valide Ergebnisse Folie: 20

21 4. Neue Assistenzsysteme Umsetzungsbeispiel: Virtueller Planungsprozess unter Einbindung der Mitarbeiter V1 v3b erster Entwurf ein Ladungsträger mittige Roboteraufstellung alternativer Roboter an der Decke montiert KR 20-3 V2f v2i v2j verbessertes Layout Lichtvorhänge Ladungsträgeraufstellung Typ A optimiertes Layout KR 120 Sicherheitsausrüstung alternative Layoutvariante ohne Roboterpodest Folie: 21

22 4. Neue Assistenzsysteme Umsetzungsbeispiel: Realisierte MRK-Station im Normalbetrieb ema-simulation (November 2016) Anlage im Normalbetrieb ( ) Quelle: Geberit Lichtenstein GmbH Folie: 22

23 4. Neue Assistenzsysteme Umsetzungsbeispiel: Realisierte MRK-Station vorher/nachher vorher Quelle: Geberit Lichtenstein GmbH nachher Quelle: Geberit Lichtenstein GmbH Taktzeit: 30 s Ergonomie (EAWS): 52 Punkte roter Arbeitsplatz Prozess / Logistik: bei jedem Behälterwechsel Produktionsstillstand (Platzmangel) Taktzeit: 16 s (Zielzustand) Produktivitätserhöhung +47% Ergonomie (EAWS): 35 Punkte gelber Arbeitsplatz Belastungsreduktion 33% Prozess / Logistik: unterbrechungsfreie Produktion durch Zwei-Behälterprinzip Quelle: Geberit Lichtenstein GmbH Folie: 23

24 4. Neue Assistenzsysteme ema2anybody Biomechanische Ergnomomieanalyse durch Kopplung von ema und AnyBody Folie: 24

25 4. Neue Assistenzsysteme Beispielanwendung von AnyBody zur Bewertung und Auslegung von Exoskeletten Folie: 25

26 4. Neue Assistenzsysteme PAEXO von Ottobock Zur Unterstützung von Überkopf-Arbeit Entlastung bei Überkopfarbeiten +8 h Tragezeit; Anziehen < 30 s Geeignet für getaktete Fertigungsprozesse Individuell anpassbar, für Frauen und Männer Folie: 26

28 5. Demographie VirtualAging Simulation altersbedingter Leistungsveränderungen in ema Folie: 28

29 5. Demographie Arbeitsgestaltung für Mitarbeiter mit Einsatzeinschränkungen ( Leistungsgewandelte Mitarbeiter ) Folie: 29

30 5. Demographie Folie: 30

32 6. Schlussfolgerung Herausforderungen für das Industrial Engineering 4.0 mit Innovation bewältigen Folie: 32

33 Ergonomie Kontakt Prof. Dr. Lars Fritzsche Fachbereichsleiter Ergonomie Mobil: +49 (0) Honorarprofessur Ergonomie und betriebliches Gesundheitsmanagement Institut für Arbeits-, Organisationsund Sozialpsychologie Technische Universität Dresden innovationen methoden konzepte