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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter October 26, 2022

Operator 5.0: Intelligente Arbeitsergonomie im Automobilumschlag

Konzept zur Mensch-Technik-Interaktion mit autonomen Transportsystemen und sensorischen Exoskeletten

Operator 5.0: Intelligent Work Ergonomics in Automobile Cargo Handling
Concept for Human-Machine Interaction with Autonomous Mobile Robots and Sensory Exoskeletons
  • Christoph Petzoldt

    Christoph Petzoldt, M. Sc., leitet die Abteilung Robotik und Automatisierung am BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH an der Universität Bremen.

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    , Michael Lütjen

    Dr.-Ing. Michael Lütjen leitet die Abteilung Data Analytics und Prozessoptimierung am BIBA.

    , Lars Panter

    Lars Panter, B. Sc., arbeitet als technischer Mitarbeiter am BIBA.

    , Dario Niermann

    Dario Niermann, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

    , Burak Vur

    Burak Vur, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

    , Moritz Quandt

    Dipl.-Wi.-Inng. Moritz Quandt; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

    , Lennart Rolfs

    Lennart Rolfs, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

    , Juan Arango

    Juan Arango, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

    , Nicolas Jathe

    Nicolas Jathe, M. Sc., arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

    , Dmitrij Boger

    Dmitrij Boger, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

    , Michael Freitag

    Prof. Dr.-Ing. Michael Freitag ist Direktor des BIBA und leitet das Fachgebiet Planung und Steuerung produktionstechnischer und logistischer Systeme (PSPS) im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen.

    , Charlotte Saul

    Charlotte Saul, M. Sc., arbeitet als Projektmanagerin für Forschung & Entwicklung bei der BLG LogisticsGroup AG & Co. KG.

    , Karl-Heinz Kösters

    Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kösters ist Geschäftsführer der ELROTEC GmbH.

    and Jonas Mast

    Dipl.-Ing. Jonas Mast ist Geschäftsführer der HUNIC GmbH.

Abstract

In industriellen Montage- und Logistikprozessen führen repetitives Tragen schwerer Lasten, Überkopfarbeiten oder Zwangshaltungen zu starken körperlichen Belastungen, die hohe Personalausfallquoten und geringe Arbeitsattraktivität zur Folge haben. Dieser Beitrag orientiert sich am Operator-5.0-Gedanken und stellt ein neuartiges Konzept für den kombinierten Einsatz von sensorischen Exoskeletten und fahrerlosen Transportfahrzeugen mit dem Ziel verbesserter Arbeitsergonomie und -produktivität vor. Aufbauend auf den funktionalen und prozessualen Anforderungen werden eine Systemarchitektur und Steuerungssoftware sowie intelligente Methoden zur Mensch-Technik-Interaktion vorgestellt. Dabei werden zum einen eine automatisierte, prozess- und mitarbeiterspezifische Materialbereitstellung und zum anderen eine informatorische und physische Verbesserung der Arbeitsergonomie verfolgt. Das entwickelte Konzept wird im Beitrag durch exemplarische Anwendung auf Lager- und Montageprozesse im Automobilumschlag validiert.

Abstract

In industrial assembly and logistics processes, repetitive carrying and lifting of heavy loads, overhead work or forced postures lead to severe physical stress, which results in high health-related personnel absenteeism rates and low work attractiveness. Based on the Operator 5.0 idea, this paper presents a novel concept for the combined use of sensory exoskeletons and automated guided vehicles with the goal of improved work ergonomics and productivity. Based on functional and process requirements derived from process analysis, the system architecture and control software, as well as intelligent methods for human-technology interaction, are presented. The aim is to achieve an automated, process- and employee-specific material provision as well as an informational and physical improvement of work ergonomics. In this article, the developed framework concept is validated by exemplary application to warehouse and assembly processes in automobile cargo handling.


Hinweis

Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen von den Mitgliedern des ZWFAdvisory Board wissenschaftlich begutachteten Fachaufsatz (Peer-Review).



Tel.: +49 (0) 421 218-50119

About the authors

Christoph Petzoldt

Christoph Petzoldt, M. Sc., leitet die Abteilung Robotik und Automatisierung am BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH an der Universität Bremen.

Dr.-Ing. Michael Lütjen

Dr.-Ing. Michael Lütjen leitet die Abteilung Data Analytics und Prozessoptimierung am BIBA.

Lars Panter

Lars Panter, B. Sc., arbeitet als technischer Mitarbeiter am BIBA.

Dario Niermann

Dario Niermann, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

Burak Vur

Burak Vur, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

Dipl.-Wi.-Inng. Moritz Quandt

Dipl.-Wi.-Inng. Moritz Quandt; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

Lennart Rolfs

Lennart Rolfs, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

Juan Arango

Juan Arango, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

Nicolas Jathe

Nicolas Jathe, M. Sc., arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

Dmitrij Boger

Dmitrij Boger, M. Sc.; arbeiten als Wissenschaftliche Mitarbeiter am BIBA.

Prof. Dr.-Ing. Michael Freitag

Prof. Dr.-Ing. Michael Freitag ist Direktor des BIBA und leitet das Fachgebiet Planung und Steuerung produktionstechnischer und logistischer Systeme (PSPS) im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen.

Charlotte Saul

Charlotte Saul, M. Sc., arbeitet als Projektmanagerin für Forschung & Entwicklung bei der BLG LogisticsGroup AG & Co. KG.

Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kösters

Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kösters ist Geschäftsführer der ELROTEC GmbH.

Dipl.-Ing. Jonas Mast

Dipl.-Ing. Jonas Mast ist Geschäftsführer der HUNIC GmbH.

Danksagung

Dieser Beitrag entstand im Rahmen des Projekts „MEXOT – Intelligente Arbeitsergonomie mittels sensorischer Exoskelette und autonomen Transportsystemen für die erweiterte Mensch-Technik-Interaktion im Automobilumschlag“, das vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) unter dem Kennzeichen 19H21008B gefördert wird.

Literatur

1 Statista GmbH: Automobilumschlag in Nordrange-Häfen 2020, Verkehr & Logistik – Schifffahrt (2021). Online unter https://de.statista.com/statistik/daten/ studie/763457/umfrage/automobilumschlagin-haefen-der-nordrange/ [Abruf am 24.06.2022]Search in Google Scholar

2 BAuA: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin: Gefährdungsbeurteilung bei physischer Belastung – die neuen Leitmerkmalmethoden (LMM) – Kurzfassung, Projektnummer: F 2333 (3. Aufl.), 2019 DOI:10.21934/baua:bericht2019120310.21934/baua:bericht20191203Search in Google Scholar

3 Lorenz, M.; Rüßmann, M.; Strack, R.; Lueth, K. L.; Bolle, M.: Man and Machine in Industry 4.0. Boston Consulting Group, München 2015, S. 1–18Search in Google Scholar

4 Peruzzini, M.; Grandi, F.; Pellicciari, M.: Exploring the Potential of Operator 4.0 Interface and Monitoring. Computers & Industrial Engineering 139 (2018) 105600 DOI:10.1016/j.cie.2018.12.04710.1016/j.cie.2018.12.047Search in Google Scholar

5 Rauch, E.; Linder, C.; Dallasega, P.: Anthropocentric Perspective of Production before and within Industry 4.0. Computers & Industrial Engineering 139 (2020), 105644 DOI:10.1016/j.cie.2019.01.01810.1016/j.cie.2019.01.018Search in Google Scholar

6 Ruppert, T.; Jaskó, S.; Holczinger, T.; Abonyi, J.: Enabling Technologies for Operator 4.0: A Survey. Applied Sciences (2018) 8 DOI:10.3390/app809165010.3390/app8091650Search in Google Scholar

7 Romero, D.; Stahre, J.; Wuest, T.; Noran, O. S.; Bernus, P.; Fast-Berglund, Å.; Gorecky, D.: Towards an Operator 4.0 Typology: A HumanCentric Perspective on the Fourth Industrial Revolution Technologies, International Conference on Computers & Industrial Engineering (CIE46), Tianjin, China 2016, S. 1–11Search in Google Scholar

8 European Commission; Breque, M.; De Nul, L.; Petridis, A.: Industry 5.0: Towards a Sustainable, Human-centric and Resilient European Industry. Publications Office of the European Union, 2021 DOI:10.2777/30840710.2777/308407Search in Google Scholar

9 Lu, Y.; Zheng, H.; Chand, S.; Xia, W.; Liu, Z.; Xu, X.; Wang, L.; Qin, Z.; Bao, J.: Outlook on Human-centric Manufacturing towards Industry 5.0. Journal of Manufacturing Systems (2022) 62, S. 612–627 DOI:10.1016/j.jmsy.2022.02.00110.1016/j.jmsy.2022.02.001Search in Google Scholar

10 Romero, D.; Stahre, J.: Towards the Resilient Operator 5.0: The Future of Work in Smart Resilient Manufacturing Systems, Procedia CIRP 104 (2021), S. 1089–1094 DOI:10.1016/j.procir.2021.11.18310.1016/j.procir.2021.11.183Search in Google Scholar

11 Hensel, R.; Keil, M.: Subjektive Evaluation industrieller Exoskelette im Rahmen von Feldstudien an ausgewählten Arbeitsplätzen. Zeitschrift Für Arbeitswissenschaft 72 (2018) 4, S. 252–263 DOI:10.1007/s41449-018-0122-y10.1007/s41449-018-0122-ySearch in Google Scholar

12 Kaupe, V.; Feldmann, C.; Lucas, M.: Exoskelette in der Intralogistik – Erfolgreich implementieren und Prozesse optimieren. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden 2021 DOI:10.1007/978-3-658-32346-210.1007/978-3-658-32346-2Search in Google Scholar

13 Seel, A.: Schlussbericht zu IGF-Vorhaben Nr. 19527 N. Thema: Mobile Mensch-Maschine-Interaktion zur Beauftragung und Steuerung von FTF (MobiMMI). Hannover 2020Search in Google Scholar

14 Bundesministerium für Bildung und Forschung (Hrsg.): SensHand – Miteinander durch Innovation, Interaktive Technologien (2017). Online unter https://www.inter aktive-technologien.de/projekte/senshand [Abruf am 24.06.2022]Search in Google Scholar

15 Schick, R.: Using Exoskeletons in the Work Environment. Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie 68 (2018) 5, S. 266–269 DOI:10.1007/s40664-018-0299-010.1007/s40664-018-0299-0Search in Google Scholar

16 Chinosi, M.; Trombetta, A.: BPMN: An Introduction to the Standard. Computer Standards and Interfaces 34 (2012) 1, S. 124–134 DOI:10.1016/j.csi.2011.06.00210.1016/j.csi.2011.06.002Search in Google Scholar

17 Weidner, R.; Hoffmann, N.; Linnenberg, C.; Prokop, G.: Exoskelette im industriellen Anwendungsfall: Eine multikriterielle Betrachtung aus verschiedenen Perspektiven. In: 66. Frühjahrskongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V., Berlin, 16. – 18. März 2020Search in Google Scholar

18 Bazarevsky, V.; Grishchenko, I.; Raveendran, K.; Zhu, T.; Zhang, F.; Grundmann, M.: BlazePose: On-device Real-time Body Pose Tracking. arXiv preprint arXiv:2006.10204, 2020Search in Google Scholar

19 Jathe, N.; Lütjen, M.; Freitag, M.: Indoor Positioning in Car Parks by using Wi-Fi Round-Trip-Time to support Finished Vehicle Logistics on Port Terminals. IFACPapersOnLine 52 (2019), S. 857–862 DOI:10.1016/j.ifacol.2019.11.23710.1016/j.ifacol.2019.11.237Search in Google Scholar

20 Morschheuser, B.; Hassan, L.; Werder, K.; Hamari, J.: How to Design Gamification? A Method for Engineering Gamified Software. Information and Software Technology 95 (2018), S. 219–237 DOI:10.1016/j.infsof.2017.10.01510.1016/j.infsof.2017.10.015Search in Google Scholar

21 Keiser, D.; Petzoldt, C.; Beinke, T.; Freitag, M.: Einsatz von Gamification zur Motivationssteigerung in manuellen Montageassistenzsystemen – Methodik zur Auswahl geeigneter Spiel-Design-Elemente. Industrie 4.0 Management 36 (2020) 3, S. 49–52Search in Google Scholar

22 Petzoldt, C.; Panter, L.; Niermann, D.; Vur, B.; Freitag, M.; Doernbach, T.; Isken, M.; Sharma, A.: Intuitive Interaktionsschnittstelle für technische Logistiksysteme – Konfiguration und Überwachung von Prozessabläufen mittels multimodaler Mensch-Technik-Interaktion und digitalem Zwilling. Industrie 4.0 Management 37 (2021) 6, S. 42–46Search in Google Scholar

23 Niermann, D.; Petzoldt, C.; Dörnbach, T.; Isken, M.; Freitag, M.: Towards a Novel Software Framework for the Intuitive Generation of Process Flows for Multiple Robotic Systems. Procedia CIRP 107 (2022), S. 137–142 DOI:10.1016/j.procir.2022.04.02310.1016/j.procir.2022.04.023Search in Google Scholar

Published Online: 2022-10-26
Published in Print: 2022-10-30

© 2022 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston, Germany

Downloaded on 8.12.2023 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/zwf-2022-1125/html
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