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INDIVA

Individualisiert sozio-technische Arbeitsassistenz für die Pro­duk­tion

(Projektlaufzeit: Januar 2014 bis De­zem­ber 2016)

Problemstellung

Der demographische Wandel führt zu einer bedeutenden Veränderung der Altersstruktur in Deutsch­land. In den kommenden beiden Jahrzehnten wird der Anteil älterer Men­schen an der erwerbstätigen Bevölkerung deutlich steigen. Im in­dus­tri­el­len Umfeld sind Arbeitssysteme in den un­ter­schied­lichen Be­rei­chen so ausgelegt, dass Mit­ar­bei­ter gewisse physiologische Voraus­set­zun­gen mitbringen müssen, um der Tätigkeit nachgehen zu kön­nen.

Simulation © IPS​/​TU Dort­mund

Mit­ar­bei­ter, die z. B. altersbedingt ein­ge­schränkt sind und die geforderten Ei­gen­schaf­ten nicht mehr im vollen Umfang leisten kön­nen, müssen dann den Einsatzbereich innerhalb des Unternehmens wechseln oder scheiden vorzeitig aus dem Un­ter­neh­men aus. Insbesondere diese Mit­ar­bei­ter verfügen jedoch aufgrund der oftmals jahrzehntelangen Erfahrung über vielfältige Fähigkeiten und ein fundiertes Wissen. Zudem bedrohen der stetig steigende Fachkräftemangel und der demographische Wandel die Verfügbarkeit von Arbeitskräften und somit die Effektivität deutscher Technologieführer unterschiedlicher Unternehmensgrößen. Hierdurch besteht die Anforderung, Arbeitssysteme für ältere, erfahrene Mit­ar­bei­ter so zu ge­stal­ten und anzupassen, dass diese bei der Arbeitsdurchführung individuell entsprechend ihrer Fähigkeiten un­ter­stützt wer­den.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens INDIVA ist die Ent­wick­lung und der Aufbau eines hochflexiblen, hybriden Montagesystems mit selektivem Automatisierungsgrad und einer fähigkeitsorientierten Aufgabenverteilung zwischen Mensch und Maschine.

Dabei liegt der Fokus des Forschungsvorhabens auf zwei Teilbereichen: Zum einen soll durch eine frühzeitige individualisierbare Simulation des Mensch-Maschine-Systems eine unter bewegungsökonomischen, ergonomischen und sicherheitstechnischen Aspekten optimierte Abstimmung der Mensch-Maschine-Interaktion erfolgen und so das zu entwickelnde Montagesystem zu­nächst virtuell erprobt wer­den. Zum anderen soll ein Demonstrator des entwickelten Montagesystems aufgebaut und anwendungsnah die Gebrauchstauglichkeit mit künftigen Nutzern evaluiert wer­den.

Bestandteil der Simulation ist ein Menschmodell, welches individuell auf unterschiedliche physische Fähigkeits- und Leistungsspektren angepasst wer­den kann. Dieses basiert auf individuellen, mittels eines Bewegungserfassungssystem aufgenommenen Bewegungsparametern, wie Beugungswinkel und Gelenkstellungen, und dient als Grundlage für die Offlineprogrammierung und -simulation des Arbeitsassistenzsystems. Auf diese Weise sollen künftig in­di­vi­du­elle anthropometrische Parameter und Bewegungseinschränkungen, ggf. nach Vorgabe des Betriebsarztes, in dem zu entwickelnden Menschmodell abgebildet wer­den. Durch diese Individualisierung des Menschmodells wird es mög­lich sein, hybride Montagesysteme bereits wäh­rend der Planung auf die jeweiligen Fähigkeiten des Mitarbeiters einzustellen und hinsichtlich der wirkenden physischen Belastungen zu be­wer­ten und anzupassen.

Zur Unter­stütz­ung des Mitarbeiters in der Montage wird ein robotergestütztes Assistenzsystem ent­wi­ckelt, dass eine direkte Kollaboration von Mensch und Roboter ermöglicht. Ein zentrales Ziel ist die Ent­wick­lung eines durchgängigen Sicherheitskonzeptes zur Vermeidung von Gefährdungen für den Mit­ar­bei­ter, das ein direktes Zusammenarbeiten von Mensch und Tech­nik ermöglicht. Um den Mit­ar­bei­ter in der Montage zu befähigen mit dem robotergestützten Assistenzsystem ge­mein­sam zu arbeiten und die gewünschte Unter­stütz­ung zu erzielen, wird für das System eine Mensch-Maschine-Schnitt­stelle ent­wi­ckelt, die eine sichere und intuitive Bedienung sowie eine flexible Ankopplung der Roboterkinematik an das Arbeitssystem ermöglicht. Die entwickelten Technologien wer­den durch den Aufbau eines Demonstrators praxis­nah umgesetzt und mit dessen Hilfe verifiziert.

Vorgehensweise

Im Forschungsvorhaben wer­den die drei folgenden un­mit­tel­bar verbundenen, aufeinan¬der aufbauenden und sich ergänzenden wis­sen­schaft­lichen und tech­nisch­en Arbeitsziele verfolgt:

  • Ent­wick­lung einer Vorgehensweise zur aufwandsarmen, rechnergestützten Erfassung individueller anthropometrischer (Körpergröße) und biomechanischer Parameter (Bewegungseinschränkungen),
  • Ent­wick­lung einer Softwareumgebung zur vir­tu­ellen Gestaltung von bedarfsorientierten Arbeitsassistenzsystemen mittels individualisierbaren di­gi­ta­len Menschmodellen,
  • Ent­wick­lung einer Hardwareumgebung zur bedarfsorientierten Arbeitsassistenz in der in­dus­tri­el­len Montage zur För­de­rung gesunder und sicherer Ar­beit sowie zur Sicherung der unternehmerischen Wettbewerbsfähigkeit.

Als Ergebnis ist eine Software- und Hardwareumgebung zu erwarten, die es Un­ter­neh­men ermög¬licht, individuellen Assistenzbedarf durch kollaborative Robotik zu identifizieren und ent­spre­chende Systeme zu planen und umzusetzen. Die gesamte Umsetzungskette in­klu­si­ve eines Demonstrators wird mit dem Projekt abgebildet und umgesetzt. Ziel ist des Weiteren, eine industrienahe Erstanwendung bei den beteiligten Partnern der Wirtschaft in der PKW-Komponenten- bzw. Pumpenmontage durch­zu­führen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Ent­wick­lungen brachenübergreifend sowohl in Groß- wie auch in mittelständischen Un­ter­neh­men (z. B. KMUs) zum Ein­satz kom­men kön­nen.

Forschungs- und Entwicklungspartner

INDIVA Konsortium © IPS​/​TU Dort­mund

carat robotic innovation GmbH

Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)

Daimler AG

Herborner Pumpenfabrik J.H. Hoffmann GmbH & Co. KG

Förderhinweis

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und For­schung (BMBF) im Rah­men des BMBF-Pro­gramms "Tech­nik stellt sich auf den Men­schen ein - In­no­va­tive Schnittstellen zwischen Mensch und Tech­nik" ge­för­dert und vom Projektträger VDIVDE-IT betreut.

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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dort­mund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dort­mun­der Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Uni­ver­si­tät. Ein größeres Angebot an inter­natio­nalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Ki­lo­me­ter entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Uni­ver­si­tät zu erreichen ist.

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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