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Über dieses Buch

Das Buch zeigt den aktuellen Stand in Forschung und Praxis über virtuelle Ergonomie und digitale Menschmodelle. Methoden und Werkzeuge für Praktiker, Wissenschaftler sowie Studierende, um die Menschmodelle einzusetzen, werden erläutert. Dazu bietet es methodisch aufbereitetes Wissen zu digitalen Menschmodellen und virtueller Ergonomie. Insbesondere für Konstrukteure und Planer werden wertvolle Praxisbeispiele zum Einsatz der Menschmodelle gegeben.
Dieses Lehr- und Praxisbuch vermittelt das Wissen, dass zur digitalen, rechnergestützten Arbeit mit dem Fokus ergonomischer Produkt- und Prozessgestaltung notwendig ist. Die Digitalisierung der Arbeitswelt hat die Art und Weise, wie ergonomische Gestaltung mit dem Mensch im Mittelpunkt funktioniert, wesentlich verändert. Im Buch werden dazu Grundlagen der Ergonomie behandelt, nachvollziehbar und systematisch die Entwicklung seit den ersten Körperumrissschablonen dargestellt und neuste Werkzeugen virtueller Ergonomie gezeigt. Im Mittelpunkt stehen außerdem spannende Beispiele virtueller Ergonomie aus Wissenschaft und Praxis zahlreicher Autoren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Grundlagen und Theorie

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
Das Buch behandelt digitale Menschmodelle unter Berücksichtigung des aktuellen Standes der Wissenschaft und Technik. Dazu werden Grundlagen der Ergonomie und Anthropometrie dargelegt, Körperumrissschablonen und virtuelle Ergonomie behandelt sowie eine Reihe von Forschungs- und Praxisbeispielen gegeben.
Angelika C. Bullinger-Hoffmann, Jens Mühlstedt

2. Grundlagen virtueller Ergonomie

Zusammenfassung
Die Hintergründe rechnergestützter, menschengerechter Gestaltung sind thematisch vielfältig. Für das Verständnis nützlich sind Definitionen wesentlicher Begriffe (Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Usability, UX). Weiterhin erfordert die Behandlung von digitalen Menschmodellen Einblicke in das Themengebiet der Anthropometrie, der Lehre der Maße des Menschen. Insbesondere anthropometrische Variablen, Messverfahren, eine Übersicht über Normen und Richtlinien sowie wesentliche Gestaltungsmaße werden vorgestellt. Eine Darstellung der Fähigkeiten des Menschen zeigt die möglichen virtualisierbaren Zusammenhänge. Eine Übersicht zu Belastungen, die auf den Menschen wirken können, ergänzt diese Aufstellung.
Jens Mühlstedt

3. Körperumrissschablonen und historische digitale Menschmodelle

Zusammenfassung
Körperumrissschablonen sind zweidimensionale Abbilder des Menschen im Maßstab, mithilfe derer Produkte oder Arbeitsplätze insbesondere geometrisch gestaltet werden können. Diese Schablonen erfuhren insbesondere in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts große Bedeutung, daher wird deren historische Entwicklung dargestellt. Zudem werden als Vorläufer heutiger digitaler Menschmodelle wesentliche Vertreter historischer digitaler Menschmodelle und deren Funktionsweise und Einsatzmöglichkeiten gezeigt.
Jens Mühlstedt

4. Digitale Menschmodelle

Zusammenfassung
Digitale Menschmodelle zur rechnergestützten, dreidimensionalen Produkt- und Arbeitsplatzgestaltung sind wichtige Werkzeuge und wesentlicher Teil dieses Buches. Ausführlich werden daher deren wesentliche Vertreter, die Charakteristik der Modelle sowie alle verfügbaren Funktionen erläutert. Anhand von Beispielen werden zudem die Gestaltung von Produkten und von Arbeitsplätzen mittels digitaler Menschmodelle vorgestellt. Ein Katalog aller arbeitswissenschaftlicher und arbeitswissenschaftlich nutzbarer digitalen Menschmodelle zeigt Vertreter mit deren Eigenschaften und Funktionalitäten.
Jens Mühlstedt

5. Virtuelle Ergonomie

Zusammenfassung
Das Themenfeld der virtuellen Ergonomie umfasst alle rechnergestützten Methoden und Systeme zur menschengerechten Produkt- und Arbeitsplatzgestaltung. Dazu gehört ein generischer mehrstufiger Ablauf (Analysemethodik virtueller Ergonomie), der einen Gestaltungs- oder Analyseprozess strukturiert und Unterpunkte detailliert. Weiterhin werden die in Menschmodellen verwendeten (und damit „virtuellen“) ergonomischen Standardverfahren beschrieben. Anschließend werden über digitale Menschmodelle hinaus Softwaresysteme zum Innovation Engineering, zum Product & Interaction Engineering sowie zum Industrial Engineering charakterisiert und aufgelistet. Visionen zur Zukunft der virtuellen Ergonomie aus verschiedenen Blickwinkeln ergänzen das Kapitel.
Jens Mühlstedt

Stand und Ausblick Forschung

Frontmatter

6. Eine Anforderungsermittlung zu digitalen Menschmodellen als Instrument zur ergonomischen Arbeitsprozessgestaltung

Anforderungen und Bedarf aus Praxissicht
Zusammenfassung
Aktuell beschränkt sich der Einsatz digitaler Menschmodelle (DMM) hauptsächlich auf große Unternehmen sowie akademische Einrichtungen. Es stellt sich die Frage, wie DMM verbessert werden müssten, um einen breiteren Anwenderkreis zu adressieren. Hierzu werden Befragungsergebnisse zu Anforderungen und Verbesserungswünschen bestehender und potentieller DMM-Nutzern aus bestehenden Studien mit Ergebnissen aus eigenen Befragungen und Interviews vorgestellt.
Der Schwerpunkt liegt auf der Beurteilung und dem Verbesserungsbedarf der Funktionen von DMM sowie der Darstellung der verfügbaren elektronischen Daten und weiterer Nutzeranforderungen an die Integration ergonomischer, zeitwirtschaftlicher und arbeitspsychologischer Aspekte in DMM. Dies wird um spezielle Nutzeranforderungen bzgl. der Beschreibung und Analyse von Arbeitsaufgaben in DMM sowie den aktuell in Unternehmen verwendeten Methoden und Werkzeugen arbeitswissenschaftlicher Untersuchungen ergänzt. Zusammenfassend stellt der Beitrag detailliert Vor- und Nachteile sowie Hemmnisse bestehender DMM zusammen und bietet erste Lösungsansätze für Weiterentwicklungen, die den Einsatz von DMM einem breiteren Anwendungskreis zugänglich machen sollten.
Michael Spitzhirn, Angelika C. Bullinger-Hoffmann

7. Normen und Richtlinien zur digitalen Ergonomie

Auf dem Weg zur Standardisierung ergonomischer Prognosen in der Digitalen Fabrik
Zusammenfassung
Die vorliegenden DIN-Normen konzentrieren sich auf die anthropometrischen Abmessungen des Menschen und seiner direkten Arbeitsumgebung. Sie beziehen jedoch derzeit keine Werkzeuge der digitalen Ergonomie ein. Demgegenüber befasst sich der VDI seit längerem mit derartigen Werkzeugen. Bereits 2001 erschien Blatt 6 der VDI-Richtlinie 3633 zur Abbildung des Menschen in Simulationsmodellen. Die ereignisdiskrete Simulation bewertet Arbeitssysteme zwar vorrangig nach produktionslogistischen Kriterien, aber es wird auch auf existierende Verfahren zur makroergonomischen Analyse hingewiesen. Demgegenüber behandelt Blatt 4 der VDI-Richtlinie 4499 aus dem Jahre 2015 die mikroergonomische Analyse des Menschen in der Digitalen Fabrik. Dabei konzentriert sich dieses Richtlinienblatt auf die Belastungen durch die Arbeitsaufgabe. Derzeit befasst sich das geplante Blatt 5 der VDI-Richtlinie 4499 mit der Prognose von Belastungen durch die Arbeitsumgebung. Es zeigt vorrangig existierende Werkzeuge zur Prognose von Effekten aus Atemluft, mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen auf, die allerdings erst kaum in Verfahren der Digitalen Fabrik integriert sind.
Gert Zülch

8. Modellierung und Simulation des Menschen bei Sicherheitsaufgaben

Gesamtheitliche systemergonomische Analysen für variable Einsatzbedingungen
Zusammenfassung
In der ergonomischen System-, Produkt- und Produktionsplanung sind Modellierung und Simulation gebräuchliche Verfahren. In diesen Anwendungsbereichen liegen meist eindeutig bestimmbare Rahmenbedingungen, Aufgaben und Prozesse vor. Bei der Durchführung von schwach-strukturierten, hochdynamischen Sicherheitsaufgaben ist dies in der Regel nicht der Fall. Solche Aufgaben stellen hohe Anforderungen an die zuverlässige Planung, die eine gesamtheitliche Betrachtung sämtlicher ergonomischer Aspekte erfordert. In diesem Beitrag wird auf entsprechende Menschmodelle der Organisationsergonomie, der kognitiven Ergonomie und der technischen Ergonomie eingegangen. Sie ermöglichen im Zusammenspiel eine umfassende Betrachtung. Dabei werden Potenziale der Weiterentwicklung eines gesamtheitlichen, systemergonomischen Menschmodells ausgelotet und die weitere Entwicklung skizziert. Dabei werden Prozessmodelle zur Abschätzung der Auswirkung neuer Prozesse und Ausrüstung auf grundsätzliche Fähigkeiten eingesetzt. Kognitive Modelle behandeln die menschliche Informationsverarbeitung. Schließlich werden anthropometrische Menschmodelle zur konkreten Planung neuer persönlicher Ausrüstung eingesetzt.
Thomas Alexander

9. Kraftmodellierung für digitale Menschmodelle

Gelenkspezifische Gelenkmomentmodellierung zur Maximalkraftprognose
Zusammenfassung
Eine wesentliche Funktion digitaler Menschmodelle besteht in der Simulation maximal möglicher Körperkräfte für unterschiedliche zu simulierende Aufgaben. Um Aussagen für beliebige Haltungen und Kraftrichtungen treffen zu können, ist eine detaillierte biomechanische Analyse und folglich Modellierung des krafterzeugenden Muskelapparates erforderlich. Effekte wie Multifunktionalität und Mehrgelenkigkeit einzelner Muskeln sowie das synergistische bzw. antagonistische Zusammenspiel mehrerer Muskelgruppen ist von entscheidender Bedeutung. Nach theoretischer Ermittlung zu berücksichtigender Parameter pro Freiheitsgrad eines Gelenks und experimenteller Erfassung können diese Zusammenhänge modelliert und in digitale Menschmodelle implementiert werden. So beschreibt dieses Kapitel am Beispiel des Ellbogens den Zusammenhang zwischen maximalen Ellbogenbeugemomenten und Einfluss nehmenden Gelenkwinkeln. Darüber hinaus wird die Überlagerung von zwei Freiheitsgraden pro Gelenk erläutert. Das Kapitel schließt mit einem Ausblick über Forschungsfragen, welche noch für eine detailliertere gelenkspezifische Gelenkmoment-modellierung, vor allem in Bezug auf mehrgelenkige Kraftfälle, zu beantworten sind, ab.
Fabian Günzkofer

10. Von Realen Menschen zu Virtuellen Charakteren: Modellierung und Animation des digitalen Menschmodells „Eva“

Zusammenfassung
Durch Fortschritte auf den Gebieten der computergestützten Simulation und der Computergrafik werden beständig weitere Anwendungsmöglichkeiten für digitale Menschmodelle etwa für Trainings- und Ausbildungszwecke, zur Produkt- und Prozessoptimierung oder in der Unterhaltungsbranche erschlossen. Dabei kamen bisher hauptsächlich standardisierte, d. h. nach anthropometrischen Normwerten gestaltete Menschmodelle zum Einsatz. Es wird jedoch erwartet, dass durch die Verwendung individueller Modelle, die nach dem Vorbild spezieller Menschen gestaltet werden, viele der genannten Anwendungen auf ein neues Qualitätsniveau gehoben werden können. Dieser Artikel beschreibt die wesentlichen Schritte und die dabei eingesetzten Methoden zur Verarbeitung der Daten, die durch Digitalisierung realer Menschen gewonnen werden. Die schrittweise Generierung eines individuellen Menschmodells wird beispielhaft am interaktiven Modell „Eva“, welches an der TU Chemnitz zu Forschungszwecken eingesetzt wird, dargelegt.
Guido Brunnett, Liang Zhang, Thomas Kronfeld

11. Virtual Ergonomics- Vision of the Future

From „geeks only“ to anyone involved in product and workplace design
Zusammenfassung
This article gives a perspective on Digital Human Modeling (DHM) and Virtual Ergonomics „Vision of the Future“. Based on a concise comeback in DHM history a „plateau“ evolution phase for the past 15 years has been identified. 2 findings are suggested: 1- Very few research results live into commercial DHM and 2- there is a missing bridge between 3D users and the ergonomics domain. To change the way product and workplace designers do Virtual Ergonomics in the future, 2 essential developments are presented: 1- a Smart Posturing Engine providing probable and repeatable 3D manikins postures based on minimal users inputs and 2- use this Smart Posturing Engine as a foundation in an easy to use solution by all product and workplace designers to help them take decisions independently of their ergonomics knowledge.
Julie Charland

Praxisanwendungen

Frontmatter

12. Mit RAMSIS in drei Schritten zur ergonomischen Fahrzeugkonstruktion

Das digitale 3D Menschmodell RAMSIS in der Anwendung
Zusammenfassung
RAMSIS (Akronym für Rechnergestütztes Anthropologisch-Mathematisches System zur Insassen Simulation) ist ein digitales Menschmodell für die ergonomische Analyse von Fahrzeuginnenräumen, das Ende der Achtziger Jahre von der deutschen Automobilindustrie in Auftrag gegeben wurde und sich seitdem zum führenden Ergonomiewerkzeug für die Fahrzeugbranche entwickelt hat. RAMSIS wird zur Insassensimulation und -bewertung in Fahrzeugkonstruktionen in einem frühen CAD Stadium eingesetzt. Hiermit werden eine Reihe von ergonomischen Fragestellungen bezüglich Anthropometrie, Haltung, Sicht, Komfort, Erreichbarkeit, Raumgefühl und Bedienbarkeit beantwortet. Im Wesentlichen werden hierzu Körperabmessungen digital abgebildet und die Interaktion mit dem Design analysiert. Dabei hat sich in der Anwendung von RAMSIS ein dreistufiger Prozess bewährt, der aus der Definition eines Testpersonenkollektivs, der Berechnung von aufgabenspezifischen Haltungen und der ergonomischen Bewertung dieser Haltungen als Indikator für die Qualität des Fahrzeugkonzeptes besteht. Diese digitalen Untersuchungen nehmen die aufwendigen und kostenintensiven Realversuche von Probanden an physikalischen Fahrzeugprototypen vorweg und geben schon frühzeitig Rückmeldung für die Verbesserung des Designs.
Hans-Joachim Wirsching

13. RAMSIS kognitiv als Instrument zur Analyse und Auslegung von Sichtbedingungen

Zusammenfassung
Digitale Menschmodelle leisten einen zentralen Beitrag als Werkzeug für die ergonomische Auslegung von Fahrzeugen und hier speziell des Fahrerplatzes. Mittels RAMSIS können seit geraumer Zeit die anthropometrischen Aspekte in einer frühen Phase des Entwicklungsphases modelliert und optimiert werden. Hinzu kommt, dass mit dem Funktionsumfanges von RAMSIS kognitiv auch umfangreiche Sichtanalysefunktionen zur Verfügung stehen. Diese unterstützen die Gestaltung und Bewertung von Sichtfeldern, Sichtverdeckungen, die Positionierung von Displays und die Auslegung von Displayinhalten.
Wolfram Remlinger, Klaus Bengler

14. Anwendung von digitalen Menschmodellen für Elektromobile

Zusammenfassung
Dieser Beitrag zeigt zwei Praxisbeispiele für die ergonomische Gestaltung von Elektrofahrzeugen. Die differente Komplexität beider Aufgabenstellungen setzt grundlegend unterschiedliche Herangehensweisen und Schwerpunkte voraus. Während im Abschn. 14.2 mit vergleichsweise einfacher Methodik eine Sitzpositionsanalyse für die Gestaltung eines Elektrorollers (Innvelo Two) erläutert wird, steht im Abschn. 14.3 die Anordnung von Interieurkomponenten unter dem Aspekt optimaler Sichtbarkeit in einem dreirädrigen Elektrofahrzeug (Innvelo Three) im Vordergrund. Die Gestaltung von Fahrzeuginnenräumen stellt allgemein ein wichtiges Anwendungsfeld digitaler Menschmodelle dar. Im Kapitel werden dazu Möglichkeiten zur Haltungs- und Sichtfeldanalyse sowie zur Simulation von Bewegungen vorgestellt. An Fallbeispielen wird die Auswahl der Analysemethoden und Bewertungsverfahren in Abhängigkeit der Bewertungsaufgabe erläutert.
Heidrun Steinbach, Mario Mückisch, Alexander Kunert

15. Analysemethodik für digitale Menschmodelle

Strukturierter Einsatz digitaler Menschmodelle zur Überprüfung von Hochvolt-Montagearbeitsplätzen
Zusammenfassung
Im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsprojektes eProduction (FKZ 13 N12031) wurde untersucht, inwieweit Gefährdungen die innerhalb einer HV-Montage entstehen, bereits frühzeitig und virtuell geprüft werden können. Eine Möglichkeit bietet der zielgerichtete Einsatz digitaler Menschmodelle. Dabei ist eine standardisierte Vorgehensweise notwendig, die die Anforderungen der HV-Montage und des Produktentstehungsprozesses berücksichtigt. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine entsprechende Analysemethodik entwickelt und einzelne Teile dieser gemeinsam mit dem Menschmodellhersteller Dassault Systemes in einen Softwaredemonstrator umgesetzt. Dabei konnte anhand der Montage von Batteriemodulen ein erster Nachweis für deren Praxistauglichkeit erstellt werden. Nachfolgend werden die Inhalte der Analysemethodik sowie deren einzelne Bewertungsschritte im Detail dargestellt. Mit der entwickelten Methodik lassen sich einzelne Schritte durch eine vereinfachte Auswahl und Positionierung des Menschmodells sowie durch standardisierte Bewertungen vereinfachen und beschleunigen. Dies spart Zeit und erhöht die Bewertungssicherheit u. a. im Umgang mit elektrischen Gefährdungen.
André Kaiser, Sabine Krause, Jörg Schliessburg, Angelika C. Bullinger-Hoffmann

16. Experiences with efficient utilisation of Digital Human Models in practice

Zusammenfassung
The article describes forms of digital human models utilization. It dedicates to two of the most used software tools (Delmia and Tecnomatix) with its digital human models (Human Builder and Jack). Strengths and weaknesses of these softwaresystems are mentioned. Further the article describes functionalities of digital human models and possible ergonomic analyses which can be performed with them. The author also focus on the process of workplace analysis which is divided into four universal phases. Time demands for these phases and the whole process is given according to the experimental results. At the end some examples of digital human models utilization in product and process ergonomics are given.
Marek Bures

17. Bewertung digital erfasster Bewegungen mit Dynamicus

Zusammenfassung
Die Untersuchung von menschlichen Bewegungen ist ein zentraler Bestandteil vieler Forschungs- und Entwicklungsthemen im Sport, in Medizin und Rehabilitation und in der Arbeitswissenschaft. Dabei werden disziplinspezifische Bewertungsverfahren eingesetzt, um beispielsweise die Güte der ausgeführten Bewegung und die Beanspruchung des Probanden einzuschätzen. Mit Dynamicus steht ein biomechanisches Menschmodell zur Verfügung, das in besonderer Weise zur Bewertung real ausgeführter Bewegungen geeignet ist. Dazu kann die individuelle Anthropometrie des Probanden sehr genau und detailliert abgebildet werden. Die Bewegung dieses individualisierten Modells wird aus den Daten von Motion-Capture-Systemen realitätsnah rekonstruiert. Eine Dynamiksimulation dieser rekonstruierten Bewegungen liefert qualitativ hochwertige Eingangsgrößen für eine nachfolgende Bewertung. Die Integration des Dynamicus-Modells in eine allgemeine Umgebung zur Modellierung und Simulation von Mehrkörpersystemen ermöglicht darüber hinaus die Analyse von Mensch-Technik-Interaktionen. Dynamicus ist in eine Toolkette zur Bewertung von Bewegungen integriert, in der etablierte Bewertungsverfahren der Ergonomie zur Verfügung stehen.
Heike Hermsdorf, Norman Hofmann, Albrecht Keil

18. Digitale ergonomische Gestaltung von Maschinen- und Fertigungssystemen

Zusammenfassung
Der Beitrag zeigt die erstaunliche Entwicklung der arbeitswissenschaftlichen Maschinengestaltung in Sachsen. Seit etwa 150 Jahren werden in der Region Werkzeug- und Textilmaschinen hergestellt. Das Erfahrungswissen zur Ergonomie und der Industrieform lag in der Gründerzeit komplett in den Händen des Ingenieurs. Anhand von Praxisbeispielen wird die beeindruckende Entwicklung digitaler arbeitswissenschaftlicher Gestaltungsmethoden in den vergangenen beiden Jahrzehnten dargestellt. Dabei liefert der Artikel Erfahrungswissen aus Forschung und Praxis. Von der ergonomischen Checkliste bis hin zum digitalen Menschmodell mit Motion Capturing Schnittstelle und teilautomatisierter Haltungsbewertung werden zahlreiche Entwicklungsschritte benannt. Weiterhin wird auf die Rolle des Ingenieurs bei der Gestaltung von Arbeitsplätzen eingegangen.
Heidrun Steinbach, Alexander Kunert

19. Ergotyping®-Tools für Ergonomieuntersuchungen im Digital Prototyping

Zusammenfassung
Schwerpunktmäßig für Planungsprozesse wurden sogenannte Ergotyping‐Tools entwickelt, die eine rechnerunterstützte Ergonomiebewertung mithilfe eines digitalen Menschmodells zulassen. Im Beitrag werden zwei Tools zur Gefährdungs- und Risikoanalyse physischer Belastungen vorgestellt. Das Tool „Body Forces“ beurteilt durch Aktionskräfte des Arm-Schulter- und Ganzkörpersystems verursachte Kraftausübungsfälle anhand ergonomischer Bewertungskenngrößen verschiedener etablierter Verfahren. Das Tool „Manual Handling“ bewertet das Gesundheitsrisiko von Lastenhandhabung in Anlehnung an die Leitmerkmalmethode Heben, Halten, Tragen der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin. Das Tool erlaubt homogene und heterogene Lastfälle zu berücksichtigen.
Christiane Kamusella, Edgar Scherstjanoi, Martin Schmauder

20. Editor menschlicher Arbeit (ema)

Vom digitalen Menschmodell zum virtuellen Facharbeiter
Zusammenfassung
Seit 2012 steht eine neue Planungsmethode als Anwendungssoftware bereit, der Editor menschlicher Arbeit (ema). Ema ist eine eigenständige Software zur Planung, Simulation und Visualisierung von Arbeitsabläufen. Es ermöglicht die grafische Modellierung von manuellen Tätigkeiten sowie deren zeitwirtschaftliche und ergonomische Bewertung, wobei auch maschinelle Vorgänge dynamisch virtuell abbildbar sind, bis hin zur Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Die Software bietet eine neuartige Möglichkeit, Simulationen menschlicher Arbeit auf eine intuitive und effiziente Art und Weise zu erstellen. Hierzu stellt der ema eine Bibliothek sogenannter „Verrichtungen“ bereit, mit deren Hilfe eine parametrisierte Tätigkeitsbeschreibung allein unter Angabe von Rahmenbedingungen (zu handhabende Objekte, Zielpositionen etc.) erstellt wird. Die Bewegung des Menschmodells wird hochalgorithmisch generiert, so dass eine eigeninitiative Bewegung des Menschmodells erfolgt, die humanmotorisch valide ist. Liegt die komplettumfängliche Bewegungsbeschreibung der Tätigkeit vor, können Auswertungen in Richtung Plausibilisierung, Ergonomiebewertung, Zeitermittlung und Dokumentation erfolgen. Optimierungen können durchgeführt werden.
Wolfgang Leidholdt, Lars Fritzsche, Sebastian Bauer

21. Anwendung digitaler Menschsimulationen im Rahmen der Planung und kontinuierlichen Verbesserung von Arbeitsplätzen in der Automobilindustrie

Virtuelle Absicherung mit dem Editor menschlicher Arbeit
Zusammenfassung
Der Beitrag beschreibt die Einbindung von Simulationswerkzeugen zur virtuellen Ergonomie-Absicherung im Produkt-Entstehungs- und Herstellungsprozess der Automobilindustrie. Dazu werden die Herausforderungen bei der Auswahl und Einbindung neuartiger, spezialisierter Software-Werkzeuge in die bestehenden Prozess-Landschaften der Unternehmen skizziert. Anhand dreier Praxisbeispiele wird abschließend die Umsetzung der virtuellen Ergonomie in der Motorenherstellung vorgestellt. Die gewählten Szenarien umfassen den Vergleich von Gestaltungsalternativen sowie die Mensch-Mensch- und Mensch-Roboter-Kooperation. Sie bieten damit einen Einblick in aktuelle Tätigkeiten zur kontinuierlichen Verbesserung der Gestaltung menschgerechter Arbeitsplätze durch den Einsatz von Modellen, Methoden und Werkzeugen virtueller Ergonomie.
Ricardo Schönherr, Roman Arnold

22. Einsatz virtueller Werkzeuge zur ergonomischen Montagegestaltung im Produktentstehungsprozess am Beispiel der Automobilindustrie

Montageplanung Marke Volkswagen, Volkswagen AG
Zusammenfassung
Im Spannungsfeld von demografischem Wandel und steigendem Produktivitätsdruck werden bei Volkswagen neue Konzepte zur frühzeitigen Ergonomieabsicherung der Produktion erarbeitet. Mit dem Ziel, ergonomische Risiken in der Arbeitsgestaltung frühzeitig zu identifizieren, müssen detaillierte Informationen zu Montageabläufen der Mitarbeiter mit den Randbedingungen des neuen Fahrzeuges verknüpft werden. Werkzeuge zur Menschmodell-Simulation, wie der „Editor menschlicher Arbeit“ (ema), ermöglichen es, ergonomische Aspekte der Arbeitsplatzbewertung in einem virtuellen Montageprozess in den frühen Planungsphasen zu bewerten. Seit 2011 wurden bei Volkswagen bereits mehr als 100 Simulationen in verschiedenen Fahrzeugprojekten durchgeführt. Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Einblick über die Erfahrungen und Ergebnisse in diesem Zeitraum. Anhand eines Montageprozesses werden die unterschiedlichen Simulationsalternativen beispielhaft erörtert und die Potenziale der Simulationsbewertung aufgezeigt. Ergonomisch kritische Einbauvorgänge können so frühzeitig und in der digitalen Planungsumgebung von Volkswagen abgesichert werden.
Peter Kaniewski, Mario Wegner, David Becker

23. Multi-CAD-Menschmodell für den Einsatz in inhomogenen IT-Welten

Die digitale anthropometrische Schablone für den Einsatz in großen Unternehmen
Zusammenfassung
Die IT- Welten in den Unternehmen sind in Planungsbereichen, trotz Bestrebungen um Einheitlichkeit, durch eine hohe Inhomogenität und mangelnde Interoperabilität gekennzeichnet. Dies behindert auch den Einsatz üblicher digitaler Menschmodelle mit in der Ergonomie. Um dieses Problem der industriellen Praxis zu lösen, wurde ein Multi-CAD-Menschmodell entwickelt, das digitale Menschen in verschiedenen Arbeitshaltungen in beliebigen CAD-Systemen abbilden kann sowie ein Workflow und Werkzeuge, die die effiziente Übertragung auf weitere CAD-Systeme sowie die Abbildung der anthropometrischen Daten weiterer Nationalitäten ermöglichen. Diese digitalen Schablonen wurden in einem global agierenden Unternehmen mit weltweit verteilten Fertigungsstandorten eingeführt und unterstützen dort die Verbreitung und Durchsetzung international einheitlicher unternehmensweiter Ergonomiemethoden und -standards.
Manfred Dangelmaier, Alexandre Boespflug, Frank Sulzmann

24. The Smart Virtual Worker – Digitales Menschmodell für die Simulation industrieller Arbeitsvorgänge

KI-basierter Ansatz zur semiautomatischen Arbeitsprozessplanung unter Verwendung ergonomischer und emotionsbasierter Zielfunktionen
Zusammenfassung
Im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojekts an der Technischen Universität Chemnitz wurde das digitale Menschmodell „The Smart Virtual Worker“ (SVW) entwickelt. Mit der Entwicklung werden eine signifikante Reduktion im Simulationsaufwand sowie eine Erweiterung integrierter arbeitswissenschaftlicher Bewertungsmethoden in digitalen Menschmodellen angestrebt. Der Beitrag erklärt die dazu im SVW integrierten Module und Methoden sowie deren Zusammenwirken. Im SVW erfolgt die Erstellung des Arbeitsprozesses mittels autonomer Handlungsselektion unter Nutzung von Künstlichen Intelligenz (KI) – Algorithmen in Kombination mit einer automatischen Bewegungserzeugung. Der Nutzer kann hier entscheiden, ob der Arbeitsprozess nach zeitlichen, ergonomischen oder emotionsbasierten Kriterien optimiert wird. Die ausgewählten Handlungen werden anschließend in Bewegungsabläufe übersetzt. Zur Bewertung des erzeugten Arbeitsprozesses stehen Verfahren zur ergonomischen Bewertung der Arbeitsaufgabe (RULA-/EAWS-Verfahren) und Arbeitsumwelt (Lärm-, Klima- und Beleuchtungsbewertung) sowie zur psychologischen Bewertung (Emotionsmodell) zur Verfügung. Im Ergebnis konnte der Erstellungsaufwand für eine Arbeitsprozesssimulation wesentlich reduziert und eine Erweiterung der arbeitswissenschaftlichen Bewertungsmethoden in DMM vorgenommen werden.
Michael Spitzhirn, Thomas Kronfeld, Nicholas H. Müller, Martina Truschzinski, Guido Brunnett, Fred Hamker, Helge Ü. Dinkelbach, Peter Ohler, Peter Protzel, Paul Rosenthal, Angelika C. Bullinger-Hoffmann

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