Projekt Ergonomie und Inklusion in der Arbeitswelt des Logistikers

Demonstrations- und Testumgebung für Ergonomie und Inklusion in der Logistik

Unterstützt durch die Förderung der Europäischen Union

Gefördert durch den europäischen Fond für regionale Entwicklung

Durchführungszeitraum: 16.10.2020 - 01.03.2022

Menschliche Flexibilität und Anpassungsfähigkeit sind auch im Zeitalter von Digitalisierung und Industrie 4.0 unersetzlich. Das Vorhaben schafft die infrastrukturellen Voraussetzungen, um die Möglichkeiten einer technologischen Unterstützung für den Menschen in der (Logistik-)Arbeitswelt zu untersuchen sowie deren Eignung, Einsatzbedingungen und Potenzial für Mitarbeiter und Unternehmen zu ermitteln. Einen besonderen Schwerpunkt bildet das Thema der Inklusion am Arbeitsplatz.

Aktives und passives Exoskelett

zur Steigerung der menschlichen Leistungsfähigkeit und Einsetzbarkeit sowie Reduzierung der physischen Beanspruchung der Beschäftigten bei der manuellen Handhabung von Lasten

Ein Exoskelett ist eine am Körper getragene Stützstruktur, die das Muskel-Skelett-Sys-tem bei spezifischen Tätigkeiten entlastet. Für verschiedene Muskel-Skelett-Belastungen (im Rücken-, Schulter- oder Nackenbereich bzw. der Wirbelsäule) sind spezielle Exoske-lette entwickelt worden. Sie können Logistikmitarbeiter immer wiederkehrenden Arbei-ten, wie z.B. Heben, Tragen und Absetzen von Lasten in Warenlagern, manuelle Tätigkei-ten in Regal- und Palettenlagern, Be- und Entladen von LKW und Containern an Lade-rampen, Kommissionieren oder Ein-/Auslagern, unterstützen. Damit bilden Exoskelette einen wesentlichen Baustein zur ergonomischen Gestaltung von Arbeitsplätzen der Logistik. Für das Intralogistiklabor der TH Wildau sind insbesondere Exoskelette zur Ent-lastung im Rückenbereich interessant. Zu Vergleichs- und Testzwecken ist sowohl ein passives als auch ein aktives Exoskelett beschafft worden.

Das aktive Exoskelett verfügt neben me-chanischen Elementen über weitere aktive Antriebskomponenten, die zusätzlich zur Kraftreduzierung beitragen. Durch die Sensoren und elektrischen Antriebe ist die aktive mechanische Unterstützung regel-bar und an den konkreten Unterstützungs-bedarf des Menschen in der jeweiligen Be-lastungssituation anpassbar. Darüber hin-aus können Echtzeitdaten erfasst und für Belastungsanalysen in einem Online-Dashboard ausgewertet und dargestellt werden, so dass wertvolle KPIs zu den real erbrachten Arbeitsleistungen, Messwerte zur Wirkung des Exoskeletts auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Mitarbeiter, auf eine nach-haltige Effizienzsteigerung in Supply-Chain-Prozessen und auf die Wirtschaftlichkeit des Unternehmens insgesamt sowie unmittelbare Anpassungsbedarfe in Bezug auf Tätigkeitsprofil, Traglast oder Arbeitsplatzgestaltung abgeleitet werden können. Auf diese Weise wird es möglich, die manuelle Arbeit in die digitalen Prozesse des Unternehmens zu integrieren.

Das passive Exoskelett funktioniert nach einem biomechanischen Prinzip: Die Last wird wie bei einem Rucksack an der Schulter abgenommen und mit Hilfe der Stützstruktur des Exoskeletts in die Oberschenkel umgeleitet. Die Unterstützung ist somit rein mechanisch; Elastomere nehmen die Energie bei bestimmten Körperbewegungen auf und geben diese für die Unter-stützung wieder ab. Ein passives Exoskelett verfügt über keinen gesteuerten Antrieb.

Mobiler Messplatz

zur automatischen Erfassung von zuverlässigen Logistikstammdaten für eine optimierte Logistikplanung, ein effizientes Lagermanagement oder die Supply-Chain-Optimierung.

Der KHT MultiScan ist eine für den industriellen Einsatz konzipierte, autarke Erfassungsstation zur automatischen Ermittlung von Artikeldimensionen und –gewicht. Der voll-automatische Messplatz besteht aus einem Lichtgitter für die Messung von Länge, Breite und Höhe für Artikel beliebi-ger Form sowie einer kalibrierten Waage für die Gewichts-bestimmung; er wird ergänzt um eine Kamera zur Erstel-lung hochauflösender Produktidentifikationsbilder sowie einen Touchscreen zur Interaktion und Datenausgabe über USB oder direkt per Netzwerk an ein Warehouse Managment System. Da der Messplatz auf Rollen montiert ist, kann er räumlich variabel in die vorhandene Intralogistik des Labors integriert werden.

System zur Belastungsaufnahme/Ergonomiebewertung manueller Tätigkeiten

Das Motion-Mining-System MPI4Labs umfasst vier Mess-Sets mit mobilen Sensoren für die Datenerfassung, ein Smartphone je Mess-Set für die Datenübertragung wäh-rend der Beobachtung/Messung sowie zwei Docking-Sta-tions für das Laden und Aufbewahren der Komponenten. Die Mitarbeiter tragen die Sensoren an Schweißbändern am Handgelenk und am Gürtel, während sie manuelle Tätigkei-ten, z.B. Behältertransporte, Kommissionieren oder Ein-/ Auslagern, ohne Einschränkungen oder besondere Rück-sichtnahme ausführen.

Über das mitgeführte Smartphone werden die Sensordaten an einen Auswertungsserver über-tragen, der diese unter Einsatz von Methoden der Künstli-chen Intelligenz und des Machine Learning für Effizienz- und Ergonomieanalysen verarbeitet und auswertet. Die Ergebnisse werden in vielfältigen Darstellungsvarianten in einem individuell konfigurierbaren Dashboard visualisiert. Zur Lokalisierung der manuellen Tätigkeiten werden Beacons verwendet. 25 Beacons sind fest in das Intraogistiklabor der TH Wildau einge-bunden, weitere 15 Beacons können flexibel an beliebigen Standorten (z.B. im Umfeld des Labors, in anderen, vernetzten Laboren der Hochschule oder bei Kooperations-partnern in der Region) eingesetzt werden.

Kanban-Lösung

mit digitaler Materialbedarfsmeldung und ergonomischer Material-bereitstellung an manuellen Arbeitsplätzen.

Kanban ist eine selbstregulierende Strategie zur Steuerung der Materialbereitstellung an (manuellen) Arbeitsplätzen. In einer digitalisierten Umgebung kommen für die Auslösung und Anzeige/Weitergabe des Materialbedarfs sensorgesteuerte Lösungen (anstelle manu-ell ausgelöster Bedarfsmeldungen auf der Basis von Karten oder Lichtsignalen) zum Einsatz. Die Bereitstellung des Materialnachschubs durch einen Handhabungsroboter oder einen Mitarbeiter erfolgt direkt am Arbeitsplatz in ergono-mischen und an die Anforderungen der jeweiligen Mitarbei-ter bzw. Arbeitsaufgaben unmittelbar anpassbaren Durch-laufregalen. Diese sind aus ITEM-Komponenten gestaltet, da hierdurch größtmögliche Flexibilität und Anpassungs-fähigkeit gegeben ist. Die Materialbedarfsmeldung kann hier sowohl über an den Behältern angebrachte KANBAN-Karten als auch über Sensoren in den Durchlaufkanälen ausgelöst werden.

Assisted Reality (AR)-Lösung mit Datenbrillen und Software

Unter Assisted Reality (unterstützte Realität) wird jede Art von Technologie verstanden, durch die ein Nutzer eine Anzeige (einen Bildschirm) in seinem/ihrem unmittelbaren Sichtfeld und ohne Nutzung der Hände betrachten kann. Im Unterschied zu Augmented Reality (erweiterte Realität) werden hierbei keine Informationen in das reale Umfeld eingefügt bzw. darüber geblendet. Eine praxistaugliche Assisted Reality (AR)-Lösung für die Intralogistik erlaubt es, detaillierte, mitarbeiterspezifische Auftragsinformationen (Was? Wo? Woher/wohin? Wie?) für Materialflussoperationen, wie z.B. Kommissionieren (Pick-by-Vision), Palettieren (Packmuster), Ein-/Auslagern (Lagergut, Lagerort), Trans-portieren (Hol-/Bringort), ortsunabhängig und zeitaktuell bereitzustellen. Die technische Basis hierfür bilden Datenbrillen einschließlich der entsprechenden Software für die Über-tragung, Aufbereitung und Darstellung der Informationen.

Die Herausforderung bei der Auswahl einer professionellen AR-Komplettlösung für eine Laborumgebung mit wechseln-den Anwendungsfällen besteht in der zumeist auf einen konkreten Anwendungsfall zugeschnittenen Lösung. Will man bedarfs- und situationsabhängig in einem Labor unter-schiedliche Anwendungsszenarien realisieren können, braucht man eine flexible Lösung, die dann sehr kosten-intensiv wird. Aus diesem Grund ist im Rahmen des Pro-jektes anstelle einer Komplettlösung nur die Hardware (zwei Google Glasses als Datenbrillen) sowie der Zugang zu einer passenden Softwareentwicklungsumgebung, ein-schließlich Bibliotheken zur Programmierung, Beispielanwendungen und Dokumentation, beschafft worden. Die Umsetzung einer flexibel anpassbaren AR-Komplettlösung wird auf dieser Basis in Eigenleistung realisiert.