Planungsmethode ema : Ueberblick und Workflow

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Autor: Dr.-Ing. Christiane Kamusella

Überblick zur prinzipiellen Funktionsweise von ema

Das Softwarewerkzeug ema ist ein Hilfsmittel und gleichzeitig eine Methode für Planung, Gestaltung und Optimierung von Prozessabläufen in der industriellen Fertigung innerhalb früher Planungsphasen.

In der Software wird zunächst ein abstraktes digitales Abbild des Arbeitssystems (Begriff Arbeitssystem: s. DIN EN ISO 6385: 2014-10) erstellt, welches Arbeitsmittel (z. B. Werkzeuge, Maschinen, Anlagen, Möbel, Einrichtungen), Arbeitsgegenstände (be- oder verarbeitete Objekte: Stoffe, Güter) und die im Rahmen von Arbeitsaufgaben agierende Zielpopulation umfasst und als 3D-Geometrien visualisiert. Die Zielpopulation wird durch Menschmodelle repräsentiert, die anthropometrische Eigenschaften und eine kinematische Skelettstruktur aufweisen.

Danach wird der Arbeitsablauf, d. h. die zeitliche und räumliche Abfolge menschlicher Arbeitshandlungen (technologische Arbeitsverrichtungen) modelliert. Dabei erfolgt die Bewegungsgenerierung des Menschmodells nicht über lokale Gelenkpunktanimation und/ oder über Vorwärts- und inverse Kinematik, die der Nutzer über Targets oder Winkeleinstellungen ansteuert, sondern über sogenannte Verrichtungen, die dann programmintern durch einen Bewegungsgenerator verarbeitet und in Bewegungen überführt werden. Diese Verrichtungen sind in einer Bibliothek enthalten. Der Nutzer stellt die Verrichtungen gemäß der prozessbedingten Vorgangsreihenfolge zusammen und parametrisiert diese. Das geschieht über die Angabe von Rahmenbedingungen (z. B. Zielpositionen, Objekthandhabung, zugelassene Körperbewegungen etc.).

Diese zunächst "in Warteschlange" befindlichen Verrichtungen werden anschließend einem Simulationsmodell zugeführt und einer (internen) Plausibilitätsprüfung unterzogen. Sind alle Kenngrößen in ihrer Ausprägung vollständig und stimmig, werden die Ergebnisdaten in aufbereiteter, übersichtlicher und verständlicher Form ausgegeben.

ema besitzt Ergebnis-Tools für verschiedene Anwendungsaspekte:

• Visualisierung der Posen des Menschmodells als fließende Bewegungen bei Ausführung der einzelnen synthetischen Verrichtungen
• Ermittlung der an MTM angelehnten Richtwertzeiten
• Bestimmung zeitlicher Verschwendung im Prozess
• Darstellung von Strukturdiagrammen des Arbeitsablaufs, auch simultaner und verketteter Prozessabschnitte
• Ergonomiebewertung multipler physischer Belastungen nach dem Ergonomieverfahren EAWS
• Speicherung und Verwaltung aller Ergebnisdaten sowie Bezugsetzung zu allen Einzelverrichtungen

MTM (Methods-Time Measurement) MTM

Arbeitsablauf-Zeitanalyse

Methode zur Planung der Dauer von Arbeitsabläufen und darüber zur Planung und Gestaltung produktiver Arbeit

Fokus des MTM: prospektive Prozessbeschreibung: d. h. Vorwegnahme einzelner Bewegungen für einen geplanten Prozess

Methode zur Modellierung menschlicher Bewegungen

Zerlegung manueller Tätigkeiten in elementare Grundbewegungen mittels definierter Prozessbausteine und Zuordnung von Elementarzeiten

EAWS (Ergonomic Assessment Worksheet)

Risikobewertungsverfahren nach Ampelschema zur kombinierten Betrachtung körperlicher Belastungsarten

für überwiegend getaktete industrielle Fertigungsbereiche

Belastungspunkte für physische Beanspruchungen unter ergonomisch ungünstigen Arbeitssituationen

Prozesssprache von ema

Eine Arbeitsaufgabe ist die Aufforderung an den Arbeitenden, Tätigkeiten auszuführen. Die Tätigkeiten bestehen aus einer Anzahl erforderlicher Aktivitäten/ menschlicher Arbeitshandlungen/ komplexer Verrichtungen, die wiederum untergeordnete Verrichtungen beinhalten. Die räumlich-zeitliche Abfolge dieser Tätigkeiten beschreibt den Arbeitsablauf.

räumlich-zeitliche Abfolge von Tätigkeiten

--> komplexe Verrichtungen

--> untergeordnete Verrichtungen

Die Prozesssprache von ema bewegt sich auf der Ebene der Komplexverrichtungen und untergeordneten Verrichtungen.

Beispiel: Arbeitsaufgabe Fahrradmontage

Tätigkeit x: Platzierung eines Fahrradrahmens auf einem Förderband

Komplexverrichtungen: Laufen zum Objekt Fahrradrahmen - Fahrradrahmen aufnehmen - Laufen zum Förderband - Platzieren Fahrradrahmen auf dem Förderband

Untergeordnete Verrichtungen zu ´Laufen zum Objekt Fahrradrahmen´: Drehen in Vorgaberichtung - Aufrichten - Fuß zu Ziel bewegen

Filmbeispiele zu Anwendungen von ema

(1) Einfache Montagearbeiten: Waschmaschinenmontage

siehe Waschmaschinenmontage

(2) Montage am bewegten Objekt: Der Arbeiter verrichtet körperliche Arbeiten an einem bewegten Objekt

siehe Montage am bewegten Fahrzeug

(3) Verkettete Arbeitsplätze: Ein Arbeiter verrichtet seine Arbeit in Abhängigkeit von einem vorgeschalteten Arbeiter, welcher Bauteile oder Arbeitsmittel liefert

siehe verkettete Arbeitsplätze

(4) Menschmodell-Roboter-Kollaboration: Ein Arbeiter kooperiert z.B. für eine Bauteilmontage (Fahrzeugtürmontage) mit einem Roboter

siehe Mensch-Modell-Roboter Kollaboration

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