Entwicklung eines kognitiven Simulationsmodells für die effektive Mensch-Roboter-Kooperation

• Development of a cognitive simulation model for the effective human-robot cooperation

Faber, Marco Daniel; Nitsch, Verena (Thesis advisor); Schilp, Johannes (Thesis advisor)

Düren : Shaker (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Industrial engineering and ergonomics 35
Seite(n)/Artikel-Nr.: xiv, 235 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Sich wandelnde Rahmenbedingungen der globalen Wirtschaft erfordern ein hohes Maß an Wandlungsfähigkeit von produzierenden Unternehmen. Selbstoptimierende Produktionssysteme erlauben zwar kurzfristige Anpassungen, jedoch muss ihnen eine menschzentrierte Gestaltung zugrunde liegen, sofern sie effektiv mit dem Menschen kooperieren sollen. Zudem ermöglichen neue Technologien der Robotik ein Umdenken in der Produktionsplanung und den Einsatz von Robotern in unmittelbarer Nähe zur Arbeitsperson. Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Dissertation in der Entwicklung eines Bewertungs- und Steuerungsmodells für die dynamische Montagesequenzplanung in der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK). Hierzu werden alternative Montagesequenzen in einem Montagegraphen abgebildet und mithilfe menschzentrierter Kriterien bewertet. Anschließend wird mit optimierenden Suchverfahren die finale Montagesequenz ermittelt. Die kontinuierliche Beobachtung der Produktionsumgebung sowie die gegebenenfalls nötige Anpassung der inneren Ziele und Strukturen gewährleistet eine schnelle Reaktion auf Änderungen. In einem zweistufigen Verfahren wurde zunächst mithilfe einer Machbarkeitsstudie die effektive Erweiterung einer kognitiv automatisierten Steuerung für eine roboterbasierte Montagezelle nachgewiesen. In zwei Simulationsstudien wurde die kooperative Montage unter kontrollierten Produktionsbedingungen untersucht. Sowohl die Verteilung der Montagetätigkeiten zwischen Mensch und Roboter als auch die ergonomischen Bedingungen für die Arbeitsperson wurden dabei ohne signifikanten Mehraufwand für den Montageprozess verbessert. Basierend auf den Ergebnissen der Machbarkeitsstudie wurde anschließend das finale Steuerungsmodell aufgestellt. Einflusskriterien auf die MRK wurden identifiziert und in Form generischer Planungsregeln in das Steuerungsmodell integriert, um die Ressourcenallokation sowie die Reihenfolge der Montageschritte anhand ergonomischer und prozesstechnischer Faktoren zu optimieren. In einer dritten Simulationsstudie konnten hierdurch die Bewertung der realisierten Montagesequenz sowie die dazugehörigen physischen und kognitionsergonomischen Kennzahlen der kooperativen Montage verbessert werden. Durch die selbstoptimierende Montagesequenzplanung und Elimination nicht wertschöpfender Tätigkeiten trägt diese Dissertation somit signifikant zur Verbesserung der kooperativen Montage in einem dynamischen Produktionsumfeld bei. Auf Basis der erzielten Ergebnisse werden abschließend Gestaltungshinweise zur Überführung des Steuerungsmodells in die betriebliche Praxis gegeben.

Einrichtungen

• Internet of Production [080067]
• Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft [417110]