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FORSCHUNGSPROJEKT SMART ASSEMBLY (SmAs)

Projektname: SMART ASSEMBLY - Werkerassistenzsysteme mittels Augmented Reality

Projektvolumen: 750.000 €

Projektlaufzeit: April, 2019 bis März, 2022

Projektpartner: R. STAHL Aktiengesellschaft, DELTEC Automotive GmbH & Co. KG. Wir sind auch im Dialog mit anderen Partnern. Wenn Sie an einer Zusammenarbeit interessiert sind oder weitere Informationen wünschen, kontaktieren Sie uns bitte.

Dieses Forschungsprojekt wird durch die Carl-Zeiss-Stiftung gefördert und von der EAH Jena betreut.

Der Bereich der manuellen Montage stellt für produzierende Unternehmen oftmals einen erforderlichen Herstellungsschritt dar, welcher durch hohe Zeit- und Kostenfaktoren geprägt ist. Durch die erforderliche Variantenvielfalt der Produkte steigen die Anforderungen an den manuellen Montageprozess. Die Mitarbeiter müssen jedoch aufgrund der schwankenden Produktionszahlen eine hohe Flexibilität für die einzelnen Arbeitsschritte und -plätze aufbringen können. Die Arbeit an konventionellen Handarbeitsplätzen ohne Hilfsmittel erfordert daher umfangreiche Anlernphasen, die zeit- und kostenintensiv sind. Zur Unterstützung der Mitarbeiter werden aktuell bereits Assistenz-Systeme wie Pick-to-Light, videobasierte oder interaktive Arbeitsanweisungen im Feld getestet.

Umfassende neue Ansätze bietet die Integration der Technologie Augmented Reality (AR)/ Mixed Reality (MR). Durch die zu Verfügung stehenden technischen Hilfsmittel der Augmented Reality wie Smart Glasses, Head Sets oder AR-Installationen, kann die reale Umgebung mit zusätzlichen virtuellen Objekten und Informationen ausgestattet werden. Des Weiteren könnte auch eine Abfrage inkl. Rückmeldung von Informationen oder Daten möglich sein. Die Einbindung der Digitalisierung in die Montagetätigkeit könnte zu einer ganzheitlichen Optimierung der manuellen Montage führen und stellt das Forschungsziel dieses Projektes dar.

Dieses Ziel soll durch die Untersuchung mehrerer zusammenhängender Faktoren erreicht werden. Im Fokus der Betrachtung steht die mögliche Assistenz der Mitarbeiter durch Technologien der AR/MR bei der Montagetätigkeit, Abbildung der Montageaufgabe durch die AR/MR und Analyse der Montageprozesse hinsichtlich auftretender Schwierigkeiten inkl. automatisierter Auswertung durch die Technologie der AR/MR. Durch die Analyse sollen zum einen konstruktive Gestaltungsrichtlinien abgeleitet werden, die den Einsatz von AR/MR ermöglichen und zum anderen sollen arbeitspsychologische Aspekt ausgewertet werden, um Hinweise für zielführende Motivation ableiten zu können. Diese Forschungsaspekte werden durch Versuchsreihen an drei grundlegend identisch aufgebauten, jedoch technologisch unterschiedlich ausgestatteten Handarbeitsplätzen, an denen ein Produkt manuell montiert wird, untersucht. Durch diese drei Handarbeitsplätze werden die unterschiedlichen technischen Stände zur Werkerassistenz abgebildet: konventioneller Arbeitsplatz, Arbeitsplatz nach dem Stand der Technik und Arbeitsplatz mit AR/MR.

Die Ergebnisse dieses Projektes sollen zur Optimierung der Anlernphasen, der Ausbildung, der Qualitätskontrolle und der Planung genutzt werden. Durch die Nutzung der Technologien von AR/MR könnten sich beispielsweise die Anlernphasen drastisch verkürzen. Ebenso ist eine Steigerung der Qualität möglich, da Fehler im Montageprozess sofort erkannt und berichtigt werden könnten. Somit stellt dieser Ansatz eine gesamtheitliche Weiterentwicklung der manuellen Montage dar.

In der variantenreichen manuellen Montage steigt die Komplexität der Montageaufgabe mit Zunahme der zu fügenden Einzelteile und den existierenden Varianten. Lösungen wie die Erstellung papierhafter Arbeitsanweisungen sind an dieser Stelle nicht mehr zielführend, da diese die erforderliche Komplexität nicht mehr prozesssicher abbilden können. Weiterhin ist die Montage von heute schwankenden Produktionszahlen unterworfen, was eine Flexibilisierung der einzusetzenden Mitarbeiter erfordert.

Ziel des SMART ASSEMBLY Forschungsprojekts ist die Ermittlung der Anwendungsmöglichkeiten und der Auswirkungen von AR-Technologien im Umfeld der industriellen Montage. Der Fokus liegt dabei auf produzierenden Unternehmen (insbesondere Klein- und Mittelunternehmen) mit einem hohen Anteil manueller Montagetätigkeiten. Im Projekt wird ein Ansatz zur ganzheitlichen Optimierung mit Hilfe von AR-basierten Assistenzsystemen unter Bezugnahme zum gesamten Produktlebenszyklus genutzt.

Im Projekt werden zwei Teilbereiche näher untersucht, die sich gegenseitig beeinflussen: Verbesserungen für Werker und Konstruktion.

Die Identifikation identischer Montageaufgaben an Arbeitsplätzen mit unterschiedlichen technologischen Niveaus bildet die Grundlage für eine fundierte Analyse des Einflusses von Assistenzsystemen in der Montage. Aus diesem Grund verfolgen wir einen Ansatz mit praktischen Untersuchungen an drei unterschiedlich ausgestatteten Handarbeitsplätzen:

  • konventioneller Arbeitsplatz
  • Arbeitsplatz nach dem Stand der Technik
  • Arbeitsplatz mit AR/MR-Technologie

Arbeitspakete in der Analysephase:

  • Analyse des Produktes und seiner Montageprozesse
  • Aufbau und Test der Montagestationen
  • Transformation der Montageprozesse in die digitale Welt

Arbeitspakete in der Untersuchungsphase:

  • Betrachtung arbeitspsychologischer Aspekte
  • Machbarkeitsuntersuchungen am Mon- tagearbeitsplatz
  • Empirische Untersuchungen zur An- wendung von AR/MR

Arbeitspakete in der Evaluierungsphase:

  • Analyse der Versuchsdaten
  • Ableitung konstruktiver Gestaltungsrichtlinien
  • Aufbereitung ergänzender Daten für die AR/MR-Umgebung
  • Prüfung der Übertragbarkeit der Ergebnisse

Montagetechnik

Die Arbeitsgruppe Montagetechnik untersucht die aktuellen Themen sowohl in der manuellen als auch der automatischen Montage. Der Fokus liegt auf der Werker-Assistenz, das heißt der Unterstützung des Werkers bei der Ausübung seiner Tätigkeit. Aufgaben im Projekt sind:

  • Aufbau der Montagestationen mit ersten Tests
  • Machbarkeitsuntersuchungen am AR Montagearbeitsplatz
  • Empirische Untersuchungen zur Anwendung von AR/MR
  • Analyse der Versuchsdaten
  • Übertragbarkeit der Ergebnisse

Konstruktion und Design

Durch die Arbeitsgruppe Konstruktion wird betrachtet, inwieweit vorhandene konstruktive Gestaltungsrichtlinien überarbeitet und neue Hinweise geschaffen werden müssen, um Produkte für den Einsatz von AR in der Montage effektiv und effizient zu gestalten. Dazu sollen sie u.a. hinsichtlich ihrer möglichen Einflüsse bei Bauteilfehlern sowie auf die Prozessfähigkeit und Ergonomie untersucht werden. Aufgaben im Projekt sind:

  • Betrachtung bestehender Gestaltungsrichtlinien für eine montagegerechte Konstruktion – insbesondere hinsichtlich der Einflüsse auf Bauteilfehler, Prozessfähigkeit & Ergonomie
  • Anpassung aktueller konstruktiver Gestaltungsrichtlinien – Produkte für den Einsatz von AR in der Montage effektiv und effizient gestalten
  • Erkennen von Schwierigkeiten im Montageprozess, verursacht durch die Konstruktion
  • Betrachtung arbeitspsychologischer Aspekte

Informationstechnologie

Bestehende Technologien und Verfahren aus den Bereichen Augmented/Virtual Reality, Objekterkennung, Positionsbestimmung, Sprachsteuerung, Datenanalyse etc. werden im Projekt auf das Anwendungsfeld der Montage bezogen, um somit die Praxistauglichkeit und das Nutzenpotential aus Anwendersicht zu ermitteln. Aufgaben im Projekt sind:

  • Transformation des Montageprozesses in die digitale Welt
  • Anpassung und Optimierung des Montageprozesses
  • Aufbereitung ergänzender Daten für die AR/MR-Umgebung

PROBANDEN GESUCHT – 75€ FÜR IHRE TEILNAHME!

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Smart Assembly – Werkerassistenzsysteme mittels Augmented Reality“ suchen wir Probanden für unsere Untersuchung.

Sie montieren industrielle Bauteile an einem manuellen Montagearbeitsplatz mit Hilfe einer vorgegebenen Arbeitsanweisung. Das kann z. B. mittels einer Augmented Reality-Brille, einem digitalen Assistenzsystem oder einer herkömmlichen Anleitung sein.

Untersucht wird dabei, in welchem Maß sich Assistenzsysteme auf die manuelle Montage­tätigkeit sowie die physische und psychische Beanspruchung auswirken.

Voraussetzungen: keine Einschränkung in der Hand-Arm-Motorik, beidhändiges Arbeiten physisch möglich, Studierende/r oder Beschäftige/r

Versuchsdauer: ca. 8 Stunden

Aufwandsentschädigung: 75 € Gutschein (Goethe Galerie Jena)

Versuchszeitraum: ab Mai 2021

Ist Ihr Interesse geweckt? Dann kontaktieren Sie uns mit Ihrem Namen, dem gewünschten Wochentag, E-Mail, Telefon und Ihrer aktuellen Tätigkeit (Studierende/r, Beruf, etc.)

E-Mail: smart-assembly@eah-jena.de

Tel.: 03641 / 205685

Raum: 02.02.06/2

ÜBER UNS

AUSSTATTUNG

Montagetechnik

Unsere drei Montagearbeitsplätze verfügen alle über folgende identische Ausstattung:

  • Elektrisch stufenlos höhenverstellbare Montagetische mit einer Arbeitsbreite von 150 cm
  • Elektro Stabschrauber mit angeschlossener Drehmoment-/Drehwinkel Steuerung für Drehmomente bis 6 Nm
  • Schraubenvereinzeler
  • Materialkisten in unterschiedlichen Größen
  • Aufnahmeträger für Werkstücke (individuell auf das Produkt zugeschnitten)

Verfügbare Sonderausstattung für einzelne Arbeitsplätze:

  • Reflexlichtschranken und Pick-by-light für alle Materialkisten
  • SPS mit Touch-Panel
  • Panel-PC
  • Barcodescanner
  • NFC-Module
  • Schichtdickenmessgerät (optional)

Informationstechnik

  • Google Glass
  • HoloLens 1
  • HoloLens 2
  • HTC Vive Pro
  • Realwear HMT1
  • Unity
  • Unreal
  • Blender
  • Visual Studio
  • SolidWorks