Die kundenspezifische Endmontage von Fahrzeugen ist nach wie vor in Menschenhand. Und das im wahrsten Sinne des Wortes. Denn komplexe Handgriffe werden auch in Zukunft von Menschen erledigt werden. Die Frage ist nur, wie man den körperlich belastenden Komponenteneinbau möglichst ergonomisch gestalten kann. Ein neues Tool simuliert Bewegungsabläufe, identifiziert Schwachstellen und zeigt Verbesserungsmöglichkeiten auf.

Herr Dr. Linn, Sie modellieren in einem Verbundprojekt gemeinsam mit fünf anderen Fraunhofer-Instituten menschliche Bewegungsabläufe. Das hört sich zunächst nicht sonderlich spektakulär an.

Dann werde ich mal präziser: Wir arbeiten an der Frage, wie man Arbeitsplätze in der Montage und Fertigung ergonomisch sinnvoll gestalten kann. Wenn Sie beispielsweise an einer Arbeitsstation stehen oder für die Arbeitsorganisation einer Produktionsstraße zuständig wären, würden Sie jetzt mit Sicherheit sehr hellhörig.

Von arbeitsmedizinischer und betriebswirtschaftlicher Seite ist das nachvollziehbar. Wo sind die technischen Komponenten?

Die entscheidende technische Komponente des Projekts, das wir EMMA-CC (Ergo-dynamic Moving MAnikin with Cognitve Control) getauft haben, ist ein biomechanisches digitales Menschmodell mit kognitiver Funktionalität. Wir wollen kognitive Steuerungsmodelle zur computergestützten Planung komplexer Handlungsabläufe einsetzen. Die dabei auf den Menschen wirkenden Belastungen können wir aus den simulierten Muskelkräften ermitteln. Damit schaffen wir es, Arbeitsplätze wesentlich besser ergonomisch und individuell auszulegen.

 

Emma-CC
Kostengünstiger dank virtueller Modellierung: Simulationstool verbessert die Ergonomie von Industriearbeitsplätzen. Bild: Fraunhofer ITWM

Weil Handarbeit auch in Zukunft nicht ersetzt werden kann?

Es gibt vielfach Bereiche, in denen menschliche Feinmotorik und Umsicht nicht durch Roboter ersetzt werden kann. Das Zusammenfügen komplexer und fragiler Komponenten ist eine schwierige Sache. Denken Sie zum Beispiel an die Kabelmontage in Pkws oder auch in Flugzeugen. In einem normalen Fahrzeug sind heute schon rund zwei Kilometer Kabel verbaut. Von der Elektrik bis hin zu Hydraulikschläuchen, die händisch montiert werden müssen, weil Roboter das nicht können. Türdichtungen oder die Montage des Dachhimmels sind weitere Beispiele. Hinzu kommen die unzähligen individuellen Konfigurationen. 

Um derart komplexe Arbeitsabläufe zu verbessern, muss man sie doch intensiv studieren und im Detail verstehen, oder?

Ja, stimmt; bislang wurden dafür Testarbeitsplätze eingerichtet. Menschen wurden mit Handschuhen mit Bewegungs- und Drucksensoren ausgestattet, um die Abläufe und die aufgewendete Kraft messen und analysieren zu können. Eines der Kernprobleme dabei ist, dass sowohl der Arbeitsplatz als auch das Werkstück nur prototypische Beispiele sein können. Zudem sind diese prototypischen Messungen mit einem immensen Zeit- und Kostenaufwand verbunden.

Der Fraunhofer-Ansatz ist also ein anderer?

Wir nutzen virtuelle Modelle, die in der Design- und Konstruktionsphase beispielweise eines Fahrzeugs ohnehin errechnet werden müssen. Der nächste Schritt ist, ein digitales Modell des Menschen einschließlich seiner physiologischen Belastungen zu erstellen. Im Ergebnis können wir die Tests also komplett virtuell durchführen und entsprechend einfach variieren.

Damit lässt sich also virtuell feststellen, welche ergonomischen Belastungen auftreten?

Richtig. Wobei es nicht um die einzelne Belastung geht. Aber Einbauarbeiten in einer erzwungenen ungünstigen Körperhaltung werden problematisch, wenn sie 50 Mal am Tag durchgeführt werden müssen. Wenn wir Entsprechendes feststellen, können Unternehmen in einem Folgeschritt beispielsweise an der Entwicklung eines unterstützenden Werkzeugs arbeiten.

Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt. Wie realistisch ist es, am Ende der Laufzeit bereits über ein funktionierendes System zu verfügen?

Wir machen marktorientierte Vorlaufforschung. Wir wollen also wissen, welche einzelnen Ansätze weiterverfolgt werden sollten beziehungsweise mit größerer Wahrscheinlichkeit umsetzbar sind. Am Ende wird deshalb ein Prototyp stehen, der schon zumindest testweise in der Industrie eingesetzt werden kann. (aku)

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Dr. Joachim Linn
  • Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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