Ausgangsdaten eines Projektes

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Autor: Dr.-Ing. Christiane Kamusella

Workflow ema: Ausgangsdaten und Szenegeometrie

Die digitale Untersuchung eines Prozessablaufs in ema beinhaltet gemäß Workflow im ersten Schritt:

 Ermittlung und Aufbereitung von Ausgangsdaten des Projektes
Daten zum Arbeitssystem: Zielpopulation; Arbeitsmittel, Arbeitsgegenstände, räumlich-zeitliche Abfolge von Tätigkeiten
Modellbildung der Arbeitsplätze des Arbeitssystems
a) Erzeugung von 3D-Geometriemodellen in CAD-Systemen
b) Festlegung weiterer Geometrien und der Abmessungen als/ aus ema-Bibliotheksobjekt

Beispiel

Gegeben seien folgende fiktive Vorgänge, deren Arbeitsablauf und Ausführung nach verschiedenen Aspekten bewertet werden sollen:

• Steckverbindung herstellen und reinigen, zwischenlagern und scannen

Die Tätigkeit wird von zwei Beschäftigten an einem Arbeitsplatz ausgeführt

Werker 1: (im Bsp. Frau, 5. Perzentil)

• Laufen vom benachbarten Arbeitsplatz zur Werkbank
• Scan des letzten Warenbehälters
• Steckverbindung imprägnieren/einsprühen) und mit Lappen säubern
• Leerbehälter mit je einer Steckverbindung befüllen und Behälter scannen

Werker 2: (im Bsp., Mann, 95. Perzentil)

• Beginn während der Scantätigkeit von Werker 1
• Laufen vom benachbarten Arbeitsplatz zur Werkbank
• 2 Steckverbindungen nacheinander herstellen:
• Einsetzen eines Bolzens in eine Hülse; Festklopfen mit wenigen Hammerschlägen
• Leerbehälter vom Materialwagen auf Werkbank umsetzen

Das Ergebnis einer digitalen Umsetzung dieses Arbeitsablaufs für eine sich daran anschließende Analyse und Bewertung (von Ergonomie, Effizienz etc.) wird zum Verständnis der nachfolgenden Einzelschritte im Video (s. Videosequenz) visuell vorweggenommen.

Video: Beispiel_ProzessSchritt1

Teilschritt 1: Zusammenstellung von Daten zum Arbeitssystem

Hier reichen zunächst ein Grobentwurf und erste orientierende Anforderungen aus, da die Feinplanung (Ablaufoptimierung und Ergonomieanpassung) über die Anwendung von ema in einem iterativen Prozess erfolgen kann.

• Festlegung der Objekte der Szenegeometrie mit deren Hauptabmessungen und Verstellbarkeiten: → Einfluss auf Körperhaltungen, Zugänglichkeit, Bewegungsräume
  • z. B. Werkbankabmessung LxBxH= 2000 mm x 700 mm x 850 mm mit zunächst fester durchschnittlicher Arbeitshöhe
  • Materialwagen mit einer oberen Regalbretthöhe von 800 mm und mit weiteren, tiefer gelegenen Regalböden, ohne Verstellbarkeiten
  • Abmessung und Anzahl der Gegenstände: 2 Bolzen LxB= (80 mm x 80 mm); 2 Hülsen LxB= (100 mm x 100 mm)
  • Arbeitsmittel und Anzahl: 1 Sprühdose, 1 Hammer, 1 Scanner, 1 Lappen; 2 Behälter LxBxH= (200 mm x 200 mm x 200 mm)

• Generelle Anordnung der Objekte:
  • z. B. Materialwagen in Angrenzung an die Werkbank
  • 1 Behälter auf dem Materialwagen, 1 Behälter auf einer Werkbankseite
  • Werkzeuge und Gegenstände in Griffnähe

• Nutzerpopulation
  • männliche, weibliche Nutzer im arbeitsfähigen Alter, deutsche Wohnbevölkerung

→ Wahl von anthropometrisch kritischen Referenzpersonen: Frau, 5. Perzentil (F5) und Mann, 95.Perzentil (M95)

Daraus kann ein Arbeitsplatz- bzw. Arbeitssystemmodell unter Zuhilfenahme von ema-Bibliotheksobjekten erstellt werden.

Szenegeometrie für das Beispiel:

Weitere Vorüberlegungen

Um in dieser Szene technologische Verrichtungen unter Nutzung von ema abbilden zu können, sind weitere Vorüberlegungen erforderlich:

Festlegung/ Bestimmung von:

a) Standorten der Nutzer incl. deren Abstände zu Gegenständen (z. B. Tisch) und Bezugsebenen (z. B. Tischvorderkante) sowie Blickrichtung der Nutzer → s. Laufpfade, Walkpunkte, Marker; Achsenausrichtung

b) Griffstellen an Werkzeugen; Ausrichtung beim Ergreifen und bei Benutzung

→ s. Marker; Greifpunkte: sog. Grip-Point GP_RIGHT/LEFT; Hilfsobjekte bei Objekt-Grundparametern

c) Handlungsstellen

d) Fügepunkten an Werkstücken, Wirkpunkten

→ sog. Tool Center Point TCP; Marker

e) Kollisionsobjekte

f) Verknüpfung von Objekten

→ Objekt-Hierarchien oder Definition neuer Elternobjekte für Verrichtungsparameter

g) Objektbewegungen

h) Kopplungsglieder am Menschen (Finger, Hand, Körperseite: rechts, links, beidhändig…)

i) Kopplungsart, Griffart bei Benutzung von Gegenständen

→ Objekteigenschaft: Objekthandhabung

j) Grundparameter wie Raumlage, Masse

→ Objekteigenschaft: Objekthandhabung

k) Aufgebrachte Kräfte und Art der der Aktionskräfte (Ganzkörper, Hand-Fingerkraft)

→ Ergonomieparameter bei Verrichtungsparametern

Anwendung auf das Beispiel (Draufsicht):

und in Perspektivansicht (Ausschnitt):

Diese Überlegungen widerspiegeln sich:

(1) in der Szenegeometrie

• über die Festlegung von Raumlagen für Objekte
• über Einführung und Lokalisierung von Hilfsobjekten: Marker, Pfadpunkte, Laufpfade, Objektkopien

(2) in Objekteigenschaften

• über die Präparierung von Objekten: Festlegung von Hüllkörpern, Sicherheitsabständen
• über die Verknüpfung von Objekten (Objekthierarchien)
• über Grundparameter: z. B. Lastmasse
• über Eigenschaften gelisteter Objekte in der Registerkarte Objekte: Kollisionsobjekt, Bodenobjekt

(3) in der Parametrisierung von Verrichtungen

In der Objektliste ist z. B. für alle Werkzeuge, sonstige Arbeitsmittel die Griffart der Objekthandhabung festzulegen

Teilschritt 2: Ermittlung der räumlich-zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten

Im Beispiel sind die folgenden Tätigkeiten vorhanden:

Die Frau geht zur rechten Tischseite, um einen Behälter einzuscannen. Währenddessen, mit einer Verzögerung bis zum Scannbeginn, läuft der Mann zu seiner Handlungsstelle am Tisch, setzt einen Bolzen in eine Hülse ein, klopft diese mit 3 Hammerschlägen fest und stellt die Hülse seitlich ab. Die Frau wartet, bis dieser Vorgang beendet ist, um danach die Hülse aufzunehmen und in ihrem Wirkraum abzusetzen. Anschließend imprägniert sie den Bolzen, in dem eine Sprühflüssigkeit aufgetragen und mit einem Tuch verteilt wird. Das so behandelte Produkt wird von ihr in einen Behälter gelegt und dieser zur Scannhandlungsstelle getragen. Dort erfolgt erneut der Scannvorgang. Während dieser gesamten Tätigkeit der Frau wiederholt der Mann seine Tätigkeit, um abschließend einen leeren Behälter vom Materialwagen auf die linke Tischseite der Frau umzusetzen. Dazu läuft er ein paar Schritte zum Materialwagen und wieder zurück.

Eine digitale Umsetzung technologischer Verrichtungen in 'ema' kann nicht auf dieser Beschreibungsebene "Teiltätigkeiten" erfolgen, da diese noch zu unspezifisch ist.

'ema' enthält eine Verrichtungs-Bibliothek, die auf der Ebene der Elementarverrichtungen arbeitet.

Daher sind die Teilverrichtungen des Beispiels zunächst weiter zu untersetzen. Dazu ist es sinnvoll, sich die Verrichtungsbibliothek von 'ema' anzuschauen, um die Gliederungstiefe zu erkennen (im nachfolgenden Bild s. Auszug).

Bezogen auf das Beispiel ergeben sich daher für Mann und Frau, die ihre eigenen Verrichtungsschritte sequentiell abarbeiten, jedoch untereinander eine partielle Überlappung einzelner Verrichtungen aufweisen, folgende Elementarverrichtungen in Reihenfolge:

Ableitung von Elementarverrichtungen

Uebungsbeispiel Paketannahme

Übungsziel:

- Umgang mit/ Kennenlernen der Verrichtungsbibliothek von ema

- Erkennen des erforderlichen Abstraktionsgrads bei Aufbereitung technologischer Verrichtungen

- Erkennen der Gliederungstiefe und notwendiger Teilverrichtungen

Gegeben:

♦ Skizze zum Arbeitssystem - Variante 1

♦ Skizze zum Arbeitssystem - Variante 2

♦ Arbeitsvorgänge

• Paket annehmen (1)
• Paket öffnen (2) und Verpackungsmaterial entfernen (3), dieses seitlich in einen Behälter werfen (4)
• KLT mit Gerät auf Kontrolltisch umsetzen und Inhaltskontrolle (5)
• Waren in zentrales Datenbanksystem eintragen (6)
• KLT in Einzelregal am Ort (8) einsortieren bzw. alternativ auf einen Materialwagen (7) ablegen
• Materialwagen zum Lager bringen

Aufgabe:

Erstellen Sie eine möglichst vollständige Liste der ema-Elementarverrichtungen für eine spätere digitale Umsetzung der Arbeitsabläufe in einem Verrichtungsmodell. Stellen Sie die Verrichtungen der ema-Prozesssprache Ihrer eigenen sinnvollen Benennung in einer Tabelle gegenüber:

Verrichtungstyp (ema-Bibliothek)	Name der Verrichtung (individuell festgelegt)
z. B. Objekt aufnehmen	z. B. Kiste 1 aufnehmen

Zur besseren Vorstellung des Ablaufs s. Video Paketannahme. Die Einsortierung von KLT im Regal ist dabei nicht gezeigt.

Video: Beispiel_Paketannahme

Uebungsbeispiel Palettierung Steine

Übungsziel:

- Umgang mit/ Kennenlernen der Verrichtungsbibliothek von ema

- Erkennen des erforderlichen Abstraktionsgrads bei Aufbereitung technologischer Verrichtungen

- Erkennen der Gliederungstiefe und notwendiger Teilverrichtungen

Gegeben:

♦ Skizze zum Arbeitssystem

♦ Arbeitsvorgänge

• zwei Dachsteine auf einem Transportband übereinander stapeln (1)
• Dachsteinstapel entnehmen (2) und in Gitterbox 1 (bei 3) oder Gitterbox 2 (bei 4) einschichten
• Volle Gitterbox 2 mittels Gabelhubwagen (5) aufnehmen und zu Ort X bringen (6), zuvor Gitterboxinhalt prüfen

Aufgabe:

Erstellen Sie eine möglichst vollständige Liste der ema-Elementarverrichtungen für eine spätere digitale Umsetzung der Arbeitsabläufe in einem Verrichtungsmodell. Stellen Sie die Verrichtungen der ema-Prozesssprache Ihrer eigenen sinnvollen Benennung in einer Tabelle gegenüber:

Verrichtungstyp (ema-Bibliothek)	Name der Verrichtung (individuell festgelegt)
z. B. Laufen	z. B. Laufen zum Transportband

Zur besseren Vorstellung des Ablaufs s. Video Palettierung Steine.

Video: Beispiel_Palettierung Steine

Ableitung von Elementarverrichtungen: Uebungsbeispiel Logistikzentrum

Übungsziel:

- Umgang mit/ Kennenlernen der Verrichtungsbibliothek von ema

- Erkennen des erforderlichen Abstraktionsgrads bei Aufbereitung technologischer Verrichtungen

- Erkennen der Gliederungstiefe und notwendiger Teilverrichtungen

Gegeben:

♦ Skizze zum Arbeitssystem

♦ Arbeitsvorgänge

• Warenentnahme nach einem Pick by Scan-Verfahren aus Regal (1) oder Regal (2) oder aus dem Behälter (3) oder Behälter (4)
• Ablage auf dem Wagen (5) und Scannen der entnommenen Ware (6)

Aufgabe:

Erstellen Sie eine möglichst vollständige Liste der ema-Elementarverrichtungen für eine spätere digitale Umsetzung der Arbeitsabläufe in einem Verrichtungsmodell. Stellen Sie die Verrichtungen der ema-Prozesssprache Ihrer eigenen sinnvollen Benennung in einer Tabelle gegenüber:

Verrichtungstyp (ema-Bibliothek)	Name der Verrichtung (individuell festgelegt)
z. B. Laufen	z. B. Laufen zum Wagen

Zur besseren Vorstellung des Ablaufs s. Video Logistikzentrum.

Video: Beispiel_Logistikzentrum

Ableitung von Elementarverrichtungen: Uebungsbeispiel Montage

Übungsziel:

- Umgang mit/ Kennenlernen der Verrichtungsbibliothek von ema

- Erkennen des erforderlichen Abstraktionsgrads bei Aufbereitung technologischer Verrichtungen

- Erkennen der Gliederungstiefe und notwendiger Teilverrichtungen

Gegeben:

♦ Skizze zum Arbeitssystem

Kistenabmessung: Kantenlänge 300 mm Deckelabmessung: Kantenlänge Grundfläche 300 mm; Dicke: 20 mm

(1): Mensch Podest 3000x1500 ...........(2): Regal mit 8 Regalböden 1000x3000x3500

(3): Behälter 1000x700x1000 ............(4): Tisch mit Schubkasten

(5): Ablageregal mit Kleinladungsträger (KLT) .........(6): KLT mit 4 Schrauben (Zylinderkopfschraube 10x40)

(7): Elektroschrauber und Schrauberhaltung

♦ Arbeitsvorgänge

Deckelverschraubung auf einer würfelförmigen Kiste; Ablage der Kiste seitlich in einem Behälter

• Kiste über Podest (1) aus dem oberen Regalfach (2) holen, zum Tisch (4) bringen und dort abstellen (beidhändige Ausführung)
• Deckel aus unteren Fächern der Regalrückseite (2) holen, zum Tisch (4) bringen und auf Kiste platzieren (beidhändig)
• Aus KLT (5, 6) mit linker Hand eine Schraube greifen, Schrauber rechtshändisch aufnehmen (7) und Schraubvorgang ausführen
• Wiederholung für drei weitere Schrauben
• Schrauber ablegen (7)
• Oberflächenkontrolle: Wischbewegung der Hand über die Deckeloberfläche
• Montierte Kiste seitlich im Behälter (3) absetzen (beidhändig)

Aufgabe:

Erstellen Sie eine möglichst vollständige Liste der ema-Elementarverrichtungen für eine spätere digitale Umsetzung der Arbeitsabläufe in einem Verrichtungsmodell. Stellen Sie die Verrichtungen der ema-Prozesssprache Ihrer eigenen sinnvollen Benennung in einer Tabelle gegenüber:

Verrichtungstyp (ema-Bibliothek)	Name der Verrichtung (individuell festgelegt)
z. B. Laufen	z. B. Laufen zum Podest

Zur besseren Vorstellung des Ablaufs s. Video Montage.

Video: Beispiel_Montage

Ableitung von Elementarverrichtungen: Uebungsbeispiel Reifendemontage

Übungsziel:

- Umgang mit/ Kennenlernen der Verrichtungsbibliothek von ema

- Erkennen des erforderlichen Abstraktionsgrads bei Aufbereitung technologischer Verrichtungen

- Erkennen der Gliederungstiefe und notwendiger Teilverrichtungen

Gegeben:

♦ Skizze zum Arbeitssystem

Reifenabmessung: Innenradius 80 mm Außenradius: 250 mm

Reifen-Montiermaschine: 650 x 650 x 650 mm

(1): Plattformwagen

(2): Großladungsträger mit Reifen

(3): Tisch mit Schubkastem

(4), (5): Werker und Hilfskraft

(6): Pedal an Reifen-Montiermaschine

(7): Abdrückschaufel (Ersatzobjekt: Drehmomentschlüssel)

(8): Ventilausdreher (Ersatzobjekt: Schraubendreher)

(9): Spachtel (Ersatzobjekt: Feile)

(10): Elektroradierer (Ersatzobjekt: Akkuschrauber)

♦ Arbeitsvorgänge

Hinweis: Die Demontage des Reifengummis von der Alufelge läuft in detaillierteren Schritten ab. Die Vorgänge werden hier in der Beschreibung und Simulationsumsetzung stark vereinfacht.

• Werker (4) läuft zum Plattformwagen und schiebt ihn zum Großladungsträger (2);
• Entnahme eines Reifens und Ablage auf dem Plattformwagen
• Wagen zum Tisch (3) bringen
• Reifen entnehmen und flach auf dem Tisch ablegen
• Hilfskraft (5) stellt Reifen senkrecht auf der Tischfläche und stützt den Reifen
• Werker (4) lässt mittels Ventilausdreher (8) die Luft aus dem Reifen
• Werker (4) entfernt mittels Spachtel Auswuchtgewichte an der Felge
• Werker (4) entfernt mittels Radierer die Klebereste (der entfernten Auswuchtgewichte) auf der Felge
• Hilfskraft (5) trägt den Reifen zur Reifen-Montiermaschine und setzt ihn rechtsseitig auf dem Boden senkrecht ab
• Hilfskraft (5) lockert den Reifengummi mittels Abdrückschaufel an der Felge (normalerweise wird dazu gleichzeitig mit dem linken Fuß ein Pedal gedrückt, welcher die Abdrückschaufel in Gang setzt)
• Hilfskraft (5) setzt den Reifen flach auf die Reifenhalterung der Reifen-Montiermaschine auf

--> alle weiteren Vorgänge entfallen im Beispiel

Aufgabe:

Erstellen Sie eine möglichst vollständige Liste der ema-Elementarverrichtungen für eine spätere digitale Umsetzung der Arbeitsabläufe in einem Verrichtungsmodell. Stellen Sie die Verrichtungen der ema-Prozesssprache Ihrer eigenen sinnvollen Benennung in einer Tabelle gegenüber:

Verrichtungstyp (ema-Bibliothek)	Name der Verrichtung (individuell festgelegt)
z. B. Laufen	z. B. Laufen zum Wagen

Zur besseren Vorstellung des Ablaufs s. Video Reifendemontage.

Video: Reifendemontage_T1

Video: Reifendemontage_T2

Video: Reifendemontage_T3