Digital Humans in Application Humanmotorisch eigeninitiierte Bewegungen und Normzeitbezug als Grundlagen für den virtuellen Facharbeiter

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1 Dr. Lars Fritzsche Dr. Jens Trepte Digital Humans in Application Humanmotorisch eigeninitiierte Bewegungen und Normzeitbezug als Grundlagen für den virtuellen Facharbeiter

2 Digital Humans in Application Inhalt I imk innovationen methoden konzepte II Humanmotorisch eigeninitiierte Bewegungen und Normzeitbezug III Der virtuelle Facharbeiter im PEP Folie: 2

3 Standorte und Kunden imk Unternehmensgruppe Standorte und Kunden Kunden Europa imk automotive, Inc. imk automotive GmbH Automobilindustrie, Maschinenbau, Industriegüter, erneuerbare Energien, IT, Luft- und Raumfahrt Folie: 3

4 Geschäftsfelder imk automotive GmbH Branchenübergreifende Beratungs- und Ingenieurdienstleistungen Engineering Consulting Produktentwicklung Fertigungsprozessentwicklung Informationstechnologie Ergonomie Beratung Dr. Jens Trepte Carsten Otto Gerson Heuwieser Dr. Lars Fritzsche Ingolf Grüßner Mechatronische Systeme Fertigung und Montage Softwareentwicklung Ergonomische Arbeitsgestaltung Produktionsstrategie Strukturbauteile Karosseriebau Support und Service Schulung und Training Produkt- und Produktionsoptimierung Strategische Entwicklung Dr. Wolfgang Leidholdt Folie: 4

5 Dr. Jens Trepte Humanmotorisch eigeninitiierte Bewegungen und Normzeitbezug

6 Planungsprozess Simulation Roboter versus Mensch Konzeptplanung Detailplanung / Prozessoptimierung Spez. Controller 3D-Simulation 3D-Simulation Roboter Zugänglichkeitsanalyse Richtzeit Spez. MTM- Bausteinsystem Offline Programmierung Verifizierte 3D-Simulation Zugänglichkeitsanalyse auf Basis spez. Controller Genaue Zeit 3D-Simulation 3D-Simulation menschlicher Arbeit Ergonomieanalyse Richtzeit 3D-Verifikation Verifizierte 3D-Simulation Ergonomieanalyse auf Basis der analysierten Zeit Analysierte Zeit (MTM) Folie: 6

7 Der Mensch in der Digitalen Fabrik Ausgangssituation Der Mensch ist heute noch weitestgehend Statist in der Digitalen Fabrik Anforderungen an Menschmodelle Realitätsnahe Bewegung in 3D Interaktion Mensch - Maschine Vertretbarer Aufwand für die Modellerstellung Auswertung der Fertigungszeit und Ergonomie auf Basis akzeptierter Standards Merkmale heutiger Menschmodelle Aufwendige Modellierung jeder einzelnen Pose z.b. Schritt(e) vorwärts stehen aufrecht Beugen Hand zum Objekt Greifen Mechanistische Motorik der Bewegung Keine vergleichbare Zeitaussage Rudimentäre Ergonomiebewertung Folie: 7

8 Humanmotorik Lösungsansatz Motion Capturing Mathematische Regression Menschmodell + = Folie: 8

9 Humanmotorik Technologiekette: Systembefüllung Systembefüllung Technische Aufgabe Systemanwendung Auswahl und Aufbereitung der Verrichtungen Bewegungsgenerierung der Verrichtungen Ergonomiebewertung Systematisches parametrisches Motion-Capturing Umwandlung in Bewegungsdaten des Menschmodells Algorithmen- Datenbank Verknüpfen zum geschlossenen Ablauf Biomechanische Nachrechnung Mapping auf MTM Mathematische Analyse der Bewegungsdaten Kollisionsprüfung Folie: 9

10 Prozesssprache Technische Aufgabe Menschmodell soll Arbeitsanweisungen interpretieren können Verstärkungsblech aus Regal entnehmen und in Vorrichtung VS 3.6 einlegen Gehen zu Objekt -VB / Regal Objekt aufnehmen -VB / Regal Gehen zu Objekt -VB / VS 3.6 Objekt platzieren -VB / VS 3.6 Folie: 10

11 Anwendungsbeispiele emaf Editor menschlicher Arbeit emaf findet in vielen Branchen und Aufgabenstellungen Anwendung Bewegte Montagelinie Schweißen Ein- und Aussteigen Interior Montage Logistik Folie: 11

12 Dr. Lars Fritzsche Der virtuelle Facharbeiter im PEP

13 Einsatz im PEP Durchgängige Anwendung PM PP PD PF KE DE DF BF LF VFF PVS 0-S SOP ME Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung Konzept-Workshops 3P-WS Produkt 3P-WS Prozess Anlaufworkshop Training KVP-WS Etablierte Prozessschritte Prämissen Planungsstandards, Anforderungen, Lastenheft EHPV-Ziele Invest-Ziele Produktkonzept Machbarkeit/ Baubarkeit Aufwand/EHPV Zeitspreizung aus Produkt Austaktung Produktoptimierung Layout Materialanlieferung Taktung Layout MA-Training Ablauf F-Zeit Ergonomie Punktuelle Verifizierung neuer Konzepte und Technologien: Machbarkeit Zugänglichkeit Richtzeit Ergonomie (Vorbewertung) Durchgängige Verifizierung des Fertigungsprozesses: Layout Arbeitsplatzgestaltung Fertigungszeit Taktung Ergonomie Mitarbeiter-Training (Standardablauf) auf Basis der 3D-Visualisierung von Arbeitsabläufen Optimierung der Serienfertigung: Layout Wege/Zeit Ergonomie Alternativszenarien Anwendung im PEP vom Konzept bis in die Serie Folie: 13

14 Einsatz im PEP Verifizierung Konzept Fügeinformationen konventionell verschrauben Fügepunkt_01 Lage: xyz (297; 277; 850) Techn.: Verschrauben manuell Drehmoment: 50 Nm Fügepunkt_02 Lage: xyz (297; -289; 93) Techn.: Verschrauben manuell Drehmoment: 50 Nm Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung Folie: 14

15 Einsatz im PEP Verifizierung Konzept Ausgangsvariante: konventionell verschrauben auf Boden Prozess Strebe aufnehmen und positionieren Schrauben aufnehmen und positionieren Akkuschrauber aufnehmen und Schrauben festdrehen Kriterium Arbeitszeit Wertschöpfung Gesamtdauer Stehen Gesamtdauer Laufen Gesamtdauer Knien Laufweg Variante 60 s 28 s 7 s 6 s 47 s 6 m Ergonomie 63 Punkte Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung Folie: 15

16 Einsatz im PEP Verifizierung Konzept 1. Verbesserung: konv. verschrauben auf Verkettungsmittel Prozess Strebe aufnehmen und positionieren Schrauben aufnehmen und positionieren Akkuschrauber aufnehmen und Schrauben festdrehen Kriterium Arbeitszeit Wertschöpfung Gesamtdauer Stehen Gesamtdauer Laufen Gesamtdauer Knien Laufweg Variante 50 s 27 s 42 s 8 s - 7 m Ergonomie 31 Punkte Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung Folie: 16

17 Einsatz im PEP Verifizierung Konzept Fügeinformationen Schweißbolzen mit vormontierten Hutmuttern Fügepunkt_01 Lage: xyz (297; 277; 850) Techn.: Verschrauben manuell Drehmoment: 50 Nm Fügepunkt_02 Lage: xyz (297; -289; 93) Techn.: Verschrauben manuell Drehmoment: 50 Nm Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung Folie: 17

18 Einsatz im PEP Verifizierung Konzept 2. Verbesserung: Schweißbolzen mit vorm. Hutmuttern Prozess Strebe aufnehmen und auf Boden ablegen Hutmuttern locker drehen und Strebe aufnehmen Strebe positionieren und Hutmuttern festdrehen Kriterium Arbeitszeit Wertschöpfung Gesamtdauer Stehen Gesamtdauer Laufen Gesamtdauer Knien Laufweg Variante 36 s 20 s 31 s 5 s - 5 m Ergonomie 17 Punkte Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung Folie: 18

19 Einsatz im PEP Durchgängige Anwendung PM PP PD PF KE DE DF BF LF VFF PVS 0-S SOP ME Produktdefinition Produktentstehung Serienvorbereitung Konzept-Workshops 3P-WS Produkt 3P-WS Prozess Anlaufworkshop Training KVP-WS Etablierte Prozessschritte Prämissen Planungsstandards, Anforderungen, Lastenheft EHPV-Ziele Invest-Ziele Produktkonzept Machbarkeit/ Baubarkeit Aufwand/EHPV Zeitspreizung aus Produkt Austaktung Produktoptimierung Layout Materialanlieferung Taktung Layout MA-Training Ablauf F-Zeit Ergonomie Punktuelle Verifizierung neuer Konzepte und Technologien: Machbarkeit Zugänglichkeit Richtzeit Ergonomie (Vorbewertung) Durchgängige Verifizierung des Fertigungsprozesses: Layout Arbeitsplatzgestaltung Fertigungszeit Taktung Ergonomie Mitarbeiter-Training (Standardablauf) auf Basis der 3D-Visualisierung von Arbeitsabläufen emaf-tutorial Optimierung der Serienfertigung: Layout Wege/Zeit Ergonomie Alternativszenarien Anwendung im PEP vom Konzept bis in die Serie Folie: 19

20 Einsatz im PEP Arbeitsplatzgestaltung Bewegtes Fahrzeug & Laufweganalyse Folie: 20

21 Einsatz im PEP Ergebnisse und Auswertungen Die Ergebnisse müssen auf akzeptierten Industriestandards beruhen MTM-Richtzeit Ergonomiebewertung nach EAWS Ergonomiedetails (Wirbelsäulenwerte, Körperteil-Höhenangaben, etc.) Folie: 21

22 Einsatz im PEP Kundennutzen Planungsfehler vermeiden und somit Änderungskosten senken Plausibilisierung der Planung der menschlichen Arbeit in 3D Hohe Akzeptanz durch MTM-Normleistungsbezug Automatische Ergonomieanalyse auf Basis von Standardmethoden (z.b. EAWS) Geringer Aufwand bei Änderungen bei durchgängiger Objektreferenzierung Folie: 22

23 Kunden emaf Editor menschlicher Arbeit Kunden aus Industrie, Wissenschaft und Bildung Folie: 23

24 Vielen Dank für Ihr Interesse! Kontakt Dr. Jens Trepte Geschäftsführer Telefon: +49 (0) jens.trepte@imk-automotive.de Kontakt Dr. Lars Fritzsche Fachbereichsleiter Ergonomie Mobil: +49 (0) lars.fritzsche@imk-automotive.de