Concept of a self-learning workplace cell for worker assistance while collaboration with a robot within the self-adapting-production-planning-system

• Autorzy: Ender Johanna , Wagner Jan Cetric , Kunert Georg , Guo Fang Bin , Larek Roland , Pawletta Thorsten

Identyfikatory

DOI

10.35784/IAPGOS.36

Warianty tytułu

PL

Koncepcja samouczącego się stanowiska pracy dla wspierania pracownika przy współpracy z robotem w układzie samoadaptacja-produkcja-planowanie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For some time, the focus of past research on industrial workplace designs has been the optimization of processes from the technological point of view. Since human workers have to work within this environment the design process must regard Human Factor needs. The operators are under additional stress due to the range of high dynamic processes and due to the integration of robots and autonomous operating machines. There have been few studies on how Human Factors influence the design of workplaces for Human-Robot Collaboration (HRC). Furthermore, a comprehensive, systematic and human-centred design solution for industrial workplaces particularly considering Human Factor needs within HRC is widely uncertain and a specific application with reference to production workplaces is missing. The research findings described in this paper aim the optimization of workplaces for manual production and maintenance processes with respect to the workers within HRC. In order to increase the acceptance of integration of human-robot teams, the concept of the Assisting-Industrial-Workplace-System (AIWS) was developed. As a flexible hybrid cell for HRC integrated into a Self-Adapting-Production-Planning-System (SAPPS) assists the worker while interaction.

PL

Wcześniejsze badania nad projektami przemysłowych miejsc pracy koncentrowały się od pewnego czasu na optymalizacji procesów z technologicznego punktu widzenia. Ze względu na konieczność pracy ludzi w takim środowisku, proces projektowania musi uwzględniać potrzeby czynnika ludzkiego. Operatorzy znajdują się pod dodatkowym obciążeniem ze względu na zakres procesów o wysokiej dynamice, integrację robotów i autonomicznych maszyn roboczych. Stosunkowo niewiele badań dotyczy wpływu czynników ludzkich na projektowanie miejsc pracy na potrzeby układów Human-Robot Collaboration (HRC). Co więcej, wszechstronne, systematyczne i ukierunkowane na człowieka rozwiązanie projektowe dla przemysłowych zakładów pracy, szczególnie uwzględniające potrzeby czynnika ludzkiego w HRC, jest szeroko niepewne i brak jest konkretnego zastosowania w odniesieniu do miejsc pracy w produkcji. Opisane w artykule wyniki badań mają na celu optymalizację miejsc pracy dla ręcznych procesów produkcji i utrzymania ruchu, w odniesieniu do pracowników w HRC. W celu zwiększenia akceptacji integracji zespołów ludzko-robotycznych opracowano koncepcję systemu wspomagania miejsca pracy (ang. Assisting-Industrial-Workplace-System, AIWS). Jako elastyczna komórka hybrydowa dla HRC zintegrowana z Samo-Adaptacyjnym Systemem Planowania Produkcji (ang. Self-Adapting-Production-Planning-System, SAPPS) pomaga pracownikowi podczas interakcji.

Słowa kluczowe

EN

human-robot collaboration; human factor; post-optimised reinforcement learning algorithm; self-adapting-production-planning-system

PL

współpraca człowiek-robot; czynnik ludzki; zoptymalizowany poprawiony algorytm uczenia się; układ samoadaptacja-produkcja-planowanie

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 9, nr 4
• Strony: 4--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys.

Twórcy

autor

Ender Johanna

• Liverpool John Moores University, Faculty of Engineering and Technology, Liverpool, United Kingdom
• Hochschule Wismar, University of Applied Sciences: Technology, Business and Design, Faculty of Engineering, Wismar, Germany

autor

Wagner Jan Cetric

• Hochschule Wismar, University of Applied Sciences: Technology, Business and Design, Faculty of Engineering, Wismar, Germany

autor

Kunert Georg

• Hochschule Wismar, University of Applied Sciences: Technology, Business and Design, Faculty of Engineering, Wismar, Germany

autor

Guo Fang Bin

• Liverpool John Moores University, Faculty of Engineering and Technology, Liverpool, United Kingdom

autor

Larek Roland

• Hochschule Wismar, University of Applied Sciences: Technology, Business and Design, Faculty of Engineering, Wismar, Germany

autor

Pawletta Thorsten

• Hochschule Wismar, University of Applied Sciences: Technology, Business and Design, Faculty of Engineering, Wismar, Germany

Bibliografia

• [1] Bannat A.: Ein Assistenzsystem zur digitalen Werker-Unterstützung in der industriellen Produktion. TU München, 2014.
• [2] Bauernhansl T., ten Hompel M., Vogel-Heuser B. (Eds.): Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik: Anwendung, Technologien, Migration. Springer Vieweg, Wiesbaden 2014.
• [3] Braseth A.O.: Information-Rich Design: A Concept for Large-Screen Display Graphics: Design Principles and Graphic Elements for Real-World Complex Processes. Norwegian University of Science and Technology, 2015.
• [4] Bullinger H.-J.: Ergonomie: Produkt- und Arbeitsplatzgestaltung. Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden 1994.
• [5] Bullinger-Hoffmann A.C., Mühlstedt J.: Homo Sapiens Digitalis – Virtuelle Ergonomie und digitale Menschmodelle. Springer Vieweg, Wiesbaden 2016.
• [6] Dostal W., Kamp A.-W., Lahner M., Seessle W.P.: Flexible Fertigungssysteme und Arbeitsplatzstrukturen. W. Kohlhammer GmbH, Stuttgart 1982.
• [7] Endsley M.R., Jones D. G.: Designing for situation awareness: An approach to user-centered design. CRC Press, Boca Raton 2011.
• [8] Freitag M., Molzow-Voit F., Quandt M., Spöttl G.: Aktuelle Entwicklung der Robotik und ihre Implikationen für den Menschen. In: Molzow-Voit F., Quandt M., Freitag M., Spöttl G. (Eds.): Robotik in der Logistik: Qualifizierung für Fachkräfte und Entscheider. Springer Gabler, Wiesbaden 2016, 9–20.
• [9] Goschke T.: Aktivationstheoretische Ansätze: Motivation, Emotion, Volition. TU Dresden, 2013.
• [10] Grendel H., Larek R., Riedel F., Wagner J. C.: Enabling manual assembly and integration of aerospace structures for Industry 4.0 – methods. New Production Technologies in Aerospace Industry: MIC Proceedings 2017, Hannover 2017.
• [11] Hackl B., Wagner M., Attmer L., Baumann D.: New Work: Auf dem Weg zur neuen Arbeitswelt: Management-Impulse, Praxisbeispiele, Studien. Springer Gabler, Wiesbaden 2017.
• [12] ten Hompel M., Henke M.: Logistik 4.0. in SpringerLink, Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik. In: Bauernhansl T., ten Hompel M., Vogel-Heuser B. (Eds.): Anwendung, Technologien, Migration. Springer Vieweg, Wiesbaden 2014, 615–624.
• [13] Kunert G., Pawletta T.: Generating of Task-Based Controls for Joint-Arm Robots with Simulation-based Reinforcement Learning. SNE 28(4), 2018, 149–156.
• [14] Kunert G., Pawletta T.: Generierung von Steuerungen für Gelenkarmroboter mit simulationsbasiertem Reinforcement-Learning. 24. Symposium Simulationstechnik ASIM 2018, 56, 2018.
• [15] Larek R., Grendel H., Wagner J.C., Riedel F.: Industry 4.0 in manual assembly processes – a concept for real time production steering and decision making. Procedia CIRP 79, 2019, 165–169.
• [16] Lee J.D., Wickens Ch.D., Liu Y., Boyle L. Ng: An introduction to human factors engineering: A beta version. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2017.
• [17] Lorenz M., Rüßmann M., Strack R., Lueth K.L., Bolle M.: Man and Machine in Industry 4.0: How Will Technology Transform the Industrial Workforce Through 2025? BCC The Boston Consulting Group, 2015.
• [18] Michalos G. et al.: ROBO-PARTNER: Seamless Human-Robot Cooperation for Intelligent, Flexible and Safe Operations in the Assembly Factories of the Future. Procedia CIRP 23, 2014, 71–76.
• [19] Molzow-Voit F., Quandt M., Freitag M., Spöttl G. (Eds.): Robotik in der Logistik: Qualifizierung für Fachkräfte und Entscheider. Springer Gabler, Wiesbaden 2016.
• [20] Norman D.A.: The design of everyday things. Basic Books, New York 2013.
• [21] Onnasch L., Maier X., Jürgensohn T.: Mensch-Roboter-Interaktion – Eine Taxonomie für alle Anwendungsfälle. Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin 2016.
• [22] Sanders E.B.-N., Stappers P.J.: Co-creation and the new landscapes of design. CoDesign 4(1), 2008, 5–18.
• [23] Spath D. et al. (Eds.): Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0: Fraunhofer Verlag, 2013.
• [24] Stark J., Mota R.RC., Sharlin E.: Personal Space Intrusion in Human-Robot Collaboration. Companion of the 2018 ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction – HRI '18, 2018, 245–246.
• [25] Vogel-Heuser B., Bauernhansl T., ten Hompel M.: Handbuch Industrie 4.0: Produktion. Springer-Verlag GmbH Deutschland, Berlin 2017.
• [26] Wagner J.C., Larek R., Nüchter A.: Der Maximalnetzplan als Neuinterpretation der Netzplantechnik. Proc. of Wismarer Wirtschaftsinformatik-Tage 11, 2018, 123–136.
• [27] Westkämper E., Spath D., Constantinescu C., Lentes J.: Digitale Produktion. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Berlin 2013.
• [28] Yerkes R. M., Dodson J.D.: The relation of strength of stimulus to rapidity of habit-formation. J. Comp. Neurol. Psychol. 18(5), 1908, 459–482.
• [29] Ziegler J.: Wearables im industriellen Einsatz: Befähigung zu mobiler IT-gestützter Arbeit durch verteilte tragbare Benutzungsschnittstellen. 2015.
• [30] Acatech: Innovationspotenziale der Mensch-Maschine-Interaktion. Herbert Utz Verlag GmbH, Munich 2016.
• [31] Acatech: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Deutschlands Zukunft als Produktionsstandort sichern, Apr. 2013.
• [32] AiF Projekt GmbH: ZIM-Erfolgsbeispiel: Exakt montiert – sicher verpackt – zufriedene Kunden. Jan. 2018.
• [33] Bundesministerium für Arbeit und Soziales Abteilung Grundsatzfragen des Sozialstaats, der Arbeitswelt und der sozialen Marktwirtschaft: WEISS BUCH Arbeiten 4.0: Arbeit weiter denken. 2017.
• [34] Bundesministerium für Bildung und Forschung: Zukunft der Arbeit: Innovationen für die Arbeit von morgen. 2016.
• [35] Fraunhofer IAO: Arbeitswelten der Zukunft: Jahresbericht. Fraunhofer-Gesellschaft 2017.
• [36] International Ergonomics Association IEA, Definition and Domains of Ergonomics. https://www.iea.cc/ (Available: 25.02.2019).
• [37] IXDS Human Industries Venture: Without design, Industry 4.0 will fail: Six challenges where design accelerates successful digital transformation in manufacturing. 2018, https://www.ixds.com/without-design-industry-40-will-fail (Available: 27.06.2018).
• [38] KUKA AG: Hello Industrie 4.0 – we go digital. https://www.nebbiolo.tech/wp-content/uploads/KUKA-Industrie-4.0.pdf (Available: 19.06.2018).
• [39] Steelcase Inc.: 360°Focus_Creativity: Creativity, Work and the Physical Environment. 17-0005439, 2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).