Papers by Michael Spitzhirn
Zeitschrift für Arbeitswissenschaft
Zeitschrift für Arbeitswissenschaft
Zeitschrift für Arbeitswissenschaft
Proceedings of the 7th International Digital Human Modeling Symposium -
For planning and designing production and work systems, a holistic approach is necessary that con... more For planning and designing production and work systems, a holistic approach is necessary that considers both levels of factory planning and workplace design. Currently, separate digital tools are mostly used for the design of factories and the detailed planning of work systems. That leads to workers being considered inadequately or too late in the planning process of production. The consequence can be a time-consuming and costly replanning to solve problems in existing production and work processes. Using the example of an assembly of washing machines, an iterative approach is presented for a combined digital planning on factory and workplace level. A holistic design of the assembly line is carried out using the ema Software Suite, consisting of the ema Plant Designer (emaPD) and ema Work Designer (emaWD). In the case study, emaPD is used to optimize production elements such as operating resources, layout, and logistics by considering the material flow, throughput times, and production costs. These results are applied for detailed planning and design at the workstation level with emaWD, which uses an algorithmic approach for self-initiated motion generation based on objective task descriptions. The generated simulations are examined and optimized based on production time estimation (MTM-UAS) and ergonomic risk assessments (EAWS, NIOSH, reach and vision analysis) as well as workers' abilities (age, anthropometry). As a result, an efficient factory with an optimized material flow could be planned while minimizing the manufacturing costs and throughput times while complying with the space specifications and ergonomics. The takeover of ergonomically unfavorable processes by robots as hybrid workstations enables, among other things, an improvement in ergonomics. The digital planning approach of combined factory (emaPD) and workplace design (emaWD) also enable early, coordinated, efficient planning of economical and ergonomic production.
Eine Digitalisierung des EAWS-Verfahrens kann bei der Identifikation ergonomischer Probleme und d... more Eine Digitalisierung des EAWS-Verfahrens kann bei der Identifikation ergonomischer Probleme und der Ableitung darauf aufbauender Maßnahmen unterstützen. Aktuelle EAWS-Digitalisierungen beschränken sich mehrheitlich auf die Darstellung von EAWS-Punkten und Belastungen. Um EAWS-Auswertungen bedarfsgerecht weiterzuent-wickeln, wurden mit Hilfe einer Online-Befragung der Bedarf und die Anforderungen an EAWS-Auswertungsfunktionen und Gestaltungs-elemente ermittelt. Hierzu wurden auch der EAWS-Nutzungskontext sowie die eingesetzten EAWS-Auswertungssysteme und deren Bewertung erhoben. Insgesamt nahmen 61 Personen u. a. aus den Bereichen Arbeits-planung, IE, Ergonomie, Gesundheitswesen und Management teil. Die Ergebnisse zeigen, für was das EAWS-Verfahren eingesetzt wird, welche Personen daran beteiligt sind, welche Systeme genutzt und welchen Auswertungsfunktionen ein besonderer Bedarf zugeordnet wird. Daraus lassen sich Schwerpunkte für die Weiterentwicklung von EAWS-Auswertungen ableiten
Leitthema ARBEIT(S).WISSEN.SCHAF(F)T ; Grundlage für Management & Kompetenzentwicklung Mit zu... more Leitthema ARBEIT(S).WISSEN.SCHAF(F)T ; Grundlage für Management & Kompetenzentwicklung Mit zunehmendem Alter kommt es zu einer Verringerung der Beweglichkeit. Mit Hilfe digitaler Menschmodelle können daraus resultierende Auswirkungen auf die Arbeitsgestaltung analysiert und bei der Planung von Arbeitssystemen berücksichtigt werden. Als Voraussetzung dafür müssen in Menschmodellen valide Daten integriert werden. Hierzu werden im Beitrag Datenquellen zur Beweglichkeit in Bezug zur altersbedingten Veränderung vorgestellt und deren Nutzung zur Ableitung von Referenzdaten für eine Integration in digitale Menschmodelle diskutiert. Als Quellen können Fachbücher, Primärstudien, Reviews und Meta-Analysen verwendet werden. Diese sind anhand von Kriterien zur Qualität und der Aufstellung von Referenzwerten zu bewerten. Im Ergebnis wird festgestellt, dass es wesentliche Unterschiede in der Studien- und Berichtsqualität gibt. Insbesondere fehlende Angaben zur Erhebung und der Studienpopulation erschweren die Studienbewertung und Einordnung hinsichtlich Referenzwerte. Referenzdaten unterscheiden sich auch hinsichtlich der Bereitstellung von alters- und geschlechtsspezifischen Angaben. Um eine adäquate Integration in digitale Menschmodelle vornehmen zu können, muss eine kritische Auseinandersetzung mit der Qualität der Erhebung und Repräsentativität der Daten erfolgen
Human-robot interaction (HRI) systems have not yet been fully established as industrial applicati... more Human-robot interaction (HRI) systems have not yet been fully established as industrial applications. Besides technical and economical reasons, the perception of employees who interact with the system is crucial. The SOPHIA project aims at developing new forms of HRI applications and implementing them in concrete industrial use cases in order to increase the productivity and flexibility of existing work systems and to improve their ergonomics. The paper describes the methodical procedure using a 3D process simulation to define the technical and user-specific requirements. The simulation is combined with a systematic evaluation of the expectations of potential users of the HRI system to ensure a human-centred design. First results are presented based on an HRI implementation in a Dutch SME company.
ASU Arbeitsmedizin Sozialmedizin Umweltmedizin, 2020
Exoskelette können Arbeitskräfte bei ergonomisch ungünstigen Arbeitsbedingungen wie Überkopfarbe... more Exoskelette können Arbeitskräfte bei ergonomisch ungünstigen Arbeitsbedingungen wie Überkopfarbeit unterstützen und körperlich entlasten. Im folgenden Artikel wird ein Ansatz zur prospektiven Bewertung von Exoskeletten unter Einsatz von digitalen Menschsimulationen vorgestellt und anhand einer Überkopftätigkeit mit und ohne Einsatz des Exoskeletts „Paexo Shoulder“ der Firma Ottobock unter Einsatz des biomechanischen Menschmodells AnyBody angewendet. Vorläufige Ergebnisse der Modellierung zeigen eine Reduktion der Belastungen im Schulterbereich beim Einsatz des Exoskeletts.
2021 IEEE/ACS 18th International Conference on Computer Systems and Applications (AICCSA), 2021
The operating room is a site of high complexity, high risk and an intensive use of resources. Ana... more The operating room is a site of high complexity, high risk and an intensive use of resources. Analysis and modification of processes are challenging and difficult to implement in practice. The planning software EMA WorkDesigner supports digital production planning and prospective ergonomics as well as productivity assessment by providing an efficient and accurate approach to 3D-human-simulation of manual and semi-automatic and human robot tasks. Main objective of the paper is the transfer of the application of EMA WorkDesigner in healthcare settings. For this purpose, we simulated a preoperative process in a 3D operating room and derived characteristic lines for ergonomics and cycle times for different human models. The results of the process simulation show that most of the workers have a higher risk of musculoskeletal overload according to the Ergonomic Assessment Worksheet evaluation method; on average, women have worse individual evaluation scores than men. There is no difference for the cycle times depending on the various human models. The assessed operating-room nurses have to cover a distance of 1222.5 m in one shift, for this process sequence alone. The EMA WorkDesigner has an enormous potential for use in healthcare simulation. A strength lies in the simple, quick and intuitive creation of working processes with object interaction by using the EMA WorkDesigner tasks library. On the other hand, there is a need for improvement in the creation of processes that require direct interaction with people, e.g. put patients from bed to divan bed. These require more effort. In addition a combination of EMA WorkDesigner with virtual reality methods would increase the spatial perception and interaction in groups.
2021 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2021
Ever since collaborative robotics emerged as one of the most prominent new technologies in the fi... more Ever since collaborative robotics emerged as one of the most prominent new technologies in the field of Industry 4.0 in the last number of years, current research has mainly been concerned with task allocation, productivity growth and influencing factors to increase the utilization and profit. The most important factor in designing these systems is the safety of the human. After identifying relevant factors in the field of human factors research, this paper provides a brief overview of current research in this area as well as the simulation of such systems. The productivity and allocation scenarios that have already been investigated are described on the basis of a use case. Designing HRC systems based on this use case and its identified factors is thematized in a conclusion at the end. The presented approach with the inclusion of a virtual simulation provides impulses for an extended economic feasibility study taking into account ergonomic aspects for early HRC planning and analysis.
Advances in Ergonomic Design of Systems, Products and Processes, 2016
Joint angle-dependent calculations of human action forces constitute a significant advantage of d... more Joint angle-dependent calculations of human action forces constitute a significant advantage of digital human models, but further knowledge of maximum allowable joint torques has to be acquired. This paper describes a method to calculate polynomials (functions) for maximum torque of elbow flexion and extension that depend on various joints of elbow and shoulder to increase the quality of prediction.
Advances in Intelligent Systems and Computing, 2018
Hence, the extended simulation methods of RAMSIS support human engineering applications for age-b... more Hence, the extended simulation methods of RAMSIS support human engineering applications for age-based automotive product planning.
Kurzfassung: Bei einer altersgerechten Arbeitsgestaltung mittels digitaler Menschmodelle (DMM) si... more Kurzfassung: Bei einer altersgerechten Arbeitsgestaltung mittels digitaler Menschmodelle (DMM) sind die altersbedingten Veränderungen der menschlichen Leistungsfähigkeit zu berücksichtigen. Altersbedingte Veränderungen wie bspw. der Beweglichkeit sind aktuell nur rudimentär bei der virtuellen Arbeitsprozessgestaltung abbildbar. Deshalb wird im Beitrag ein Konzept zur Integration von Altersfaktoren in DMM vorgestellt. Dem User-Centered-Design Prozess folgend, werden die einzelnen Schritte zur Integration von Altersfaktoren am Beispiel der Beweglichkeit dargestellt. Dazu werden die erhobenen Nutzeranforderungen und die Darstellung der nutzerorientierten Konfiguration der Altersfaktoren im DMM dargestellt. Im Ergebnis wird gezeigt, wie altersbedingte Veränderungen der menschlichen Leistungsfähigkeit in DMM nutzerorientiert eingebunden werden können. Dem Nutzer soll damit perspektivisch eine effektive und effiziente altersgerechte Gestaltung in DMM mittels akkurater, relevanter Daten so...
Aktuell beschrankt sich der Einsatz digitaler Menschmodelle (DMM) hauptsachlich auf grose Unterne... more Aktuell beschrankt sich der Einsatz digitaler Menschmodelle (DMM) hauptsachlich auf grose Unternehmen sowie akademische Einrichtungen. Es stellt sich die Frage, wie DMM verbessert werden mussten, um einen breiteren Anwenderkreis zu adressieren. Hierzu werden Befragungsergebnisse zu Anforderungen und Verbesserungswunschen bestehender und potentieller DMM-Nutzern aus bestehenden Studien mit Ergebnissen aus eigenen Befragungen und Interviews vorgestellt.
Unternehmen sind einem stark wachsenden Wettbewerbsdruck ausgesetzt. So nehmen die Kundenanforder... more Unternehmen sind einem stark wachsenden Wettbewerbsdruck ausgesetzt. So nehmen die Kundenanforderungen in globalen Markten zu, ebenso die Dynamik der technischen Entwicklung der Produktionssysteme unter Trends wie Industrie 4.0. Die Verkurzung des Produktlebenszyklus sowie der Anstieg der Variantenvielfalt sind zwei Effekte, aus denen die Zunahme von Produktionsneuanlaufen (Wildemann 2012) resultiert. Gleichzeitig stehen Unternehmen weiterhin vor der Herausforderung, ihren Bedarf an spezialisierten Fachkraften trotz demografischen Wandels sicherzustellen.
The field of ergonomics is widely used in industry and other fields close to human work. This pap... more The field of ergonomics is widely used in industry and other fields close to human work. This paper presents an overview about the state of the art in virtual ergonomics with regard to visualization issues. We consider some of the most popular ergonomics tools and their analysis functions like visibility and accessibility of objects or the ergonomic stress of specific extremities. Advantages and disadvantages are discussed with respect to aspects of intuitive and reliable information display.
Advances in Intelligent Systems and Computing, 2018
Background: The Ergonomic Assessment Worksheet method (EAWS) is used to assess biomechanical risk... more Background: The Ergonomic Assessment Worksheet method (EAWS) is used to assess biomechanical risks for the whole body and upper extremities and to develop ergonomic measures. Different EAWS software tools are available but are mostly limited to the presentation of EAWS points and the involved strain factors. That limits the deployment of the EAWS method in practical use. Objective: For the purpose of user oriented extension of digital EAWS evaluations, requirements and needs of users have to be determined for EAWS evaluation functions and design elements as well as the user context as part of a user-centered design process. Method: The user context and requirements is investigated by using an online survey and semi-standardized interviews. The target group are EAWS-experienced people to receive more detailed information about the usage and design requirements. Results: The online survey was filled out by 61 people and 13 interviews were conducted. The EAWS is not only applied for th...
Kurzfassung: Der Einsatz von Smartphones hat nicht nur im Alltag, sondern auch im industriellen K... more Kurzfassung: Der Einsatz von Smartphones hat nicht nur im Alltag, sondern auch im industriellen Kontext in den letzten Jahren stark zugenommen. Die eingebaute Sensorik in Smartphones bietet Potential für vielfältige Anwendungen. Ein mögliches Einsatzgebiet stellt die Messung von Arbeitsumweltfaktoren wie Lärm, Klima und Beleuchtung dar. Hierzu wurde sich u.a. mit der Fragestellung beschäftigt, inwiefern mit Applikationen auf Smartphones arbeitswissenschaftliche Messungen des Arbeitsumweltfaktors Klima möglich sind. Im Ergebnis kann festgehalten werden, dass einzelne Applikationen für orientierende Messungen herangezogen werden können. Zwischen verschiedenen Applikationen sind jedoch größere Messabweichungen feststellbar. Dies bedingt eine geeignete Vorauswahl. Der nachfolgende Beitrag stellt ausgewählte Ergebnisse der durchgeführten Klimamessungen mittels Smartphones vor.
Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 2021
Im Rahmen der Planung von Arbeitssystemen mit Mensch-Roboter-Zusammenarbeit können digitale Planu... more Im Rahmen der Planung von Arbeitssystemen mit Mensch-Roboter-Zusammenarbeit können digitale Planungswerkzeuge mit ihren Funktionen zur Visualisierung und parametrischen Simulation in Kombination mit ergonomischen Bewertungen der Arbeitsprozesse einen wesentlichen Mehrwert zur wirtschaftlichen Arbeitssystemgestaltung darstellen. Im Beitrag wird anhand einer digitalen Arbeitsplanung am Beispiel eines Platinenverpackprozesses gezeigt, wie sich Gestaltungsvarianten eines Mensch-Roboter-Arbeitssystems auf Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Ergonomie auswirken.
Proceedings of the 21st Congress of the International Ergonomics Association (IEA 2021), 2021
The 3D planning software EMA offers a combined approach which takes into account the factory plan... more The 3D planning software EMA offers a combined approach which takes into account the factory planning level and the detailed planning at the single work station level. Ema Work Designer supports digital production planning, prospective ergonomics and productivity assessment by providing a more efficient and accurate approach to 3D human simulation of manual and semi-automatic tasks at the micro level. Additionally, the new module EMA Plant Designer allows to include entire factories and production lines for evaluation of lead time, production costs, material flow, buffer position, space and layout at the macro level. An application example shows that ergonomic and productivity design don’t contradict each other, if they are considered early in the design phase in one common software system. Many practical experiences suggest that this approach facilitates cooperation between different business units that are traditionally separated, such as factory/facility planning, manufacturing engineering, industrial engineering, production, and health & safety.
Uploads
Papers by Michael Spitzhirn