Digitale Menschmodelle (DMM) werden aktuell in Unternehmen vorwiegend zur ergonomischen Planung und Überprüfung der Ausführbarkeit und Erträglichkeit von Arbeitsprozessen eingesetzt. Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe „The Smart Virtual Worker“, welche im Interdisziplinären Kompetenzzentrum Virtual Humans der TU Chemnitz angesiedelt ist, entstand ein Framework zur Simulation komplexer Arbeitsabläufe im Kontext der virtuellen Fabrik. Ziel war die Entwicklung eines digitalen Menschmodells für den Einsatz in klein- und mittelständischen Unternehmen. Hierbei standen die autonome Steuerung, eine realistische Animation sowie die Einbeziehung physischer und psychischer Faktoren in die ergonomische Bewertung eines Arbeitsablaufes im Mittelpunkt. Darauf aufbauend wurde eine haptische Nutzerschnittstelle zur interaktiven Fabrik- und Aufgabenplanung entwickelt. Neben der Positionierung von statischen Objekten ist mit diesem Interface auch die Integration und Anpassung von Arbeitsaufgaben möglich.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit grundlegenden Effekten bei der Projektion virtueller räumlicher Szenen auf zweidimensionale Bildflächen. Die Motivation dazu ergibt sich aus der Feststellung, dass in aktuellen computergrafischen Visualisierungssystemen die Räumlichkeit der Darstellung in der Regel durch eine Fläche vermittelt wird. Die aktuell benutzten Verfahren stützen sich dabei auf das Konzept der Virtuellen Kamera. Mit dieser sind jedoch auch Nachteile hinsichtlich einer an den Menschen angepassten (wahrnehmungskonformen) Darstellung verbunden. Zur Einführung der für das Verständnis der Arbeit notwendigen Fachtermini werden ausgewählte Grundlagen aus den Bereichen Technische Visualistik, Bildsprache, Computergrafik und Psychologie vorgestellt. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Begriffe Abbild (das Ergebnisbild einer Projektion), Wahrnehmungskonformität (ein Indikator für Angepasstheit an die visuelle menschliche Wahrnehmung) und Multiperspektive (eine die Wahrnehmungskonformität förderliche Darstellungsform). Anschließend werden die, im weiteren Verlauf der Arbeit relevanten, Vektoren definiert. Im darauf folgenden Kapitel beschreibt die Arbeit zwei wesentliche Herausforderungen für die wahrnehmungskonforme Darstellung virtueller Objekte. Zum einen wird das Proportionsproblem beschrieben. Zum anderen das Orientierungsproblem als neu erkanntes Arbeitsthema eingeführt. Darauf aufbauend erfolgt eine Beschreibung des Grundkonzeptes zur Erstellung wahrnehmungskonformer Abbilder durch gesonderte Behandlung einzelner Szenenobjekte sowie die Vorstellung relevanter wissenschaftlicher Vorarbeiten für diesen Sachverhalt. Weiterhin stehen eine Einordnung der bestehenden Verfahren und ein Exkurs in verwandte Studien der Wahrnehmungspsychologie im Mittelpunkt der Ausführungen. Als ein existierendes Verfahren zur computergrafischen Erzeugung von wahrnehmungskonformen Abbildern wird nachfolgend das Verfahren der Erweiterten Perspektivischen Korrektur (EPK) als Ausgangspunkt für eine Optimierung detailliert vorgestellt. Aus den aufgeworfenen Fragen hinsichtlich des Orientierungsproblems ergibt sich die Notwendigkeit einer tiefergehenden Analyse. Aus der künstlerischen Praxis sowie wahrnehmungspsychologischen Aspekten heraus wird der Mensch als geeignetes Referenzmodell argumentativ untersetzt. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet die im Anschluss durchgeführte mehrstufige Studie zur Orientierungswahrnehmung in mono- und multiperspektivischen Abbildern. Aus den in der Studie gewonnenen Erkenntnissen kann schließlich ein Optimierungsansatz für die EPK synthetisiert werden. Das Konzept der so genannten Augpunkt-bezogenen EPK wird ausführlich hergeleitet, die Wirkung analysiert, eine algorithmische Umsetzung erarbeitet und diese mit den bereits bestehenden EPK-Ausprägungen verglichen. Als Vervollständigung der Ausführungen folgen zwei Praxisbeispiele zum Einsatz der EPK und dem Nutzen der vorgestellten Optimierung.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung der Arbeit 1.3 Vorgehensmodell für die Untersuchung 1.4 Thesen 1.5 Aufbau der Arbeit 2 Ausgewählte Grundlagen 2.1 Begriffe aus der Technischen Visualistik und der Bildsprache 2.2 Begriffe aus der Computergrafik 2.3 Begriffe aus der Psychologie 2.4 Vektoren des Menschmodells 2.5 Zusammenfassung zu den Grundlagen 3 Herausforderungen im Abbildungsprozess 3.1 Proportionsproblem 3.2 Orientierungsproblem 3.3 Ausrichtungsmöglichkeiten der weiteren Untersuchung 3.4 Zusammenfassung zu den Herausforderungen 4 Objektbezogene, wahrnehmungskonforme Abbilder 4.1 Verwandte Arbeiten aus der Computergrafik und Bildwissenschaft 4.2 Einordnung der Ansätze hinsichtlich grundlegender Konzepte 4.3 Verwandte Studien der Psychologie 4.4 Zusammenfassung zu den verwandten Arbeiten 5 Erzeugung von Multiperspektive mittels Erweiterter Perspektivischer Korrektur (EPK) 5.1 Lösungspotentiale der Multiperspektive 5.2 Die Entwicklung der EPK 5.3 Aufbau und Einzelschritte der EPK 5.4 Vorstellung der EPK-Anpassungsmöglichkeiten 5.5 Allgemeine Defizite der Erweiterten Perspektivischen Korrektur 5.6 Zusammenfassung zur EPK 6 Das Menschmodell als Referenzobjekt 6.1 Künstlerische Analysen und Beschreibungen der Proportion von Menschen 6.2 Wahrnehmungspsychologische Betrachtung zur visuellen Menschwahrnehmung 6.3 Beispielhafte Bildanalyse 6.4 Zusammenfassung zum Menschmodell 7 Studie 7.1 Vorbereitung 7.2 Vorevaluation 7.3 Studie 1 (Hörsaalstudie) 7.4 Studie 2 (Laborstudie) 7.5 Probandenvergleich 7.6 Zusammenfassung zur Studie 8 Augpunkt-bezogene EPK 8.1 Konzept der Augpunkt-bezogenen EPK 8.2 Einbeziehung des Offset in den EPK-Algorithmus 8.3 Vergleich zwischen Prozentual-optimierter EPK sowie der Augpunkt-bezogenen EPK 8.4 Einbeziehung weiterer Parameter der Betrachtersituation 8.5 Erster Lösungsansatz 8.6 Zweiter Lösungsansatz 8.7 Analyse der Wirkungsweise 8.8 Vom virtuellen Augpunkt zum EPK-Referenzpunkt 8.9 Zusammenfassung der Augpunkt-bezogenen EPK 8.10 Vergleichsprototyp 8.11 Evaluation der Augpunkt-bezogenen EPK 8.12 Zusammenfassender Vergleich der verschiedenen EPK-Varianten 9 Praxisbeispiele 9.1 EPK-Praxisbeispiel CAD Visualisierung 9.2 EPK-Praxisbeispiel Gesichtsfeldvisualisierung 9.3 Zusammenfassung der Praxisbeispiele 10 Zusammenfassung 10.1 Inhalt 10.2 Ergebnisse der Arbeit 10.3 Ausblick 11 Verzeichnisse 11.1 Stichwortverzeichnis 11.2 Abbildungsverzeichnis 11.3 Tabellenverzeichnis 11.4 Verzeichnis der eigenen Veröffentlichungen zur Thematik 12 Quellen 13 Glossar 14 Anhang 14.1 Fragebogen Vorevaluation 14.2 Fragebogen Hörsaalstudie 14.3 Probandeninformationen, Nachbefragung und Arbeitsanweisung Laborstudie 14.4 Probandeninformationen, Nachbefragung und Arbeitsanweisung Evaluation 14.5 Implementierungsbeispiel

Die Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik sind bereits seit vielen Jahren in den einzelnen Phasen des Produktentstehungsprozess im Einsatz. Sie werden dabei u.a. auch zur Planung und Gestaltung menschlicher Arbeit eingesetzt. Mit Hilfe digitaler Menschmodelle können Aspekte des Arbeitsablaufs, der Zeitwirtschaft und der Arbeitsplatzgestaltung bereits frühzeitig untersucht und verbessert werden. Die Entwicklung effizienter Simulationssysteme steht auf diesem Gebiet jedoch insbesondere im Vergleich mit anderen Bereichen, wie beispielsweise der Robotersimulation, noch am Anfang. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich zunächst mit der Analyse bereits existierender Menschmodell-Simulationssysteme. Aus den identifizierten Schwachstellen dieser Systeme und weiteren durch Experteninterviews sowie Literaturrecherche gewonnenen Erkenntnissen wird eine Anforderungsliste erstellt, die als Grundlage für die Konzeption und Umsetzung eines innovativen Ansatzes zur Ansteuerung und Bewegungsgenerierung für digitale Menschmodelle dient. Diese neuartige Methodik wird schließlich in ein Simulations-Softwaresystem implementiert und anschließend im Praxis-Einsatz evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass das neue System die Mängel der vorhandenen Systeme behebt und somit als Werkzeug zur effizienten Planung, Gestaltung und Bewertung menschlicher Arbeit geeignet ist. / For many years the tools and methods of the Digital Factory are used in various stages of the product development process. They are also used for the planning and design of human work, which is typically done using a digital human model. Aspects of the workflow, time management and workplace design can be investigated and improved upon in the early stages of the product development process using digital human models. But in this field the development of efficient simulation systems is not matured enough compared to other fields for e.g. robot simulation. This paper starts with an analysis of existing simulation systems for digital human models. Afterwards a requirements list is created from the identified weaknesses of these systems, knowledge gained through expert interviews and literature reviews. These requirements serve as the base for the design and implementation of an innovative approach for motion generation and control of digital human models. This new methodology is then implemented as a simulation software system and evaluated in practical applications. The developed system fixed the shortcomings of existing systems and thus it is a suitable tool for efficient planning, design and evaluation of human labor.

Arbeitswissenschaftliche digitale Menschmodelle werden als Werkzeuge virtueller Ergonomie zur Gestaltung menschengerechter Produkte und Arbeitsplätze genutzt. Der bislang nur qualitativ beschriebene Praxiseinsatz wird durch theoretische Analysen und eine empirische Studie systematisiert und darauf aufbauend werden die Schwachstellen der Systeme erörtert. Ein wesentlicher Ansatzpunkt für Weiterentwicklungen ist die Erarbeitung ergonomischer Bewertungsverfahren bzw. -modelle, insbesondere für Belastungen aufgrund von Bewegungen. Digitale Menschmodelle bieten das Potenzial, aus simulierten Bewegungsdaten und den damit zusammenhängenden Belastungen eine Bewertung der Arbeitsvorgänge zu generieren. In dieser Arbeit wird daher ein neues arbeitswissenschaftliches Bewertungsmodell für muskuläre Beanspruchungen erforscht, d.h. methodisch hergeleitet und evaluiert. Dazu ist ein Versuchsstand zur Standardisierung und Belastungserzeugung notwendig. In der darauffolgenden Laborstudie werden die Belastungsparameter statischer Momentanteil, Winkelgeschwindigkeit und Momentrichtung variiert und die daraus entstehende Veränderung der muskulären Beanspruchung von Probanden erforscht. Ein dafür benötigtes, neues Verfahren zur Normalisierung wird vorgestellt. Die Laborstudie zeigt, dass der statische Momentanteil linear steigend mit der Arbeitsbeanspruchung zusammenhängt. Die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit beeinflusst die Arbeitsbeanspruchung je nach Muskeltyp entweder linear steigend oder ohne Zusammenhang. / Digital human models for human factors are used as tools for virtual ergonomics and the design of products and workplaces. In this work the use of the systems is analysed with theoretical models and an empirical study. Therefore, disadvantages of the systems are identified. A main idea for further developments is the research on ergonomic approaches and models, especially for movements and the strain caused by movements. Digital human models are capable to assess work processes based on data from simulations. In this work a new human factors orientated rating model for muscular strains is developed and evaluated. A test stand generates and standardizes the stress. In a laboratory survey the stress parameters are analysed. The variation of the static torque part, the angular velocity and the torque direction cause changes in the muscular strains. Hence, these muscular strains are measured electromyographically. A new normalisation method, the normalized standard movement, is introduced. The survey shows the existence of a correlation of static torque part and work strain. Depending on the muscle type, the angular velocity either affects the work strain linear increasing or does not affect it.

Digitale Menschmodelle gelten als gut geeignete Werkzeuge zur Planung und Bewertung manueller Arbeit, insbesondere zur präventiven Ergonomieabsicherung. Bislang ist jedoch der Funktionsumfang der Softwaretools unzureichend und der Bedienaufwand zu hoch. In der vorliegenden Arbeit wird daher die Entwicklung einer Methode zur Aufbereitung digital erfasster menschlicher Bewegungen für die Bewegungsgenerierung und semiautomatische Ergonomiebewertung beschrieben. Nach einer Diskussion des gegenwärtigen Wissensstandes folgt die Darstellung zweier empirischer Untersuchungen zur Bewegungserfassung und -auswertung. Anschließend wird die Implementierung eines mehrere Belastungsfaktoren umfassenden Kombinationsverfahrens zur Ergonomiebewertung erläutert. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Bewegungsgenerierung und Ergonomiebewertung fließen in die Entwicklung einer Software zur Planung und Bewertung manueller Arbeit, den Editor menschlicher Arbeit (ema), ein. Schließlich erfolgt eine Evaluation anhand realer Planungsszenarien. / Digital Human Models are said to be appropriate tools for planning and assessing human work; especially for preventive ergonomics risk assessment. Up to now, the functional range of established software tools is not sufficient and the operation is too complex and time consuming. Thus, in the present doctoral thesis, the development of a method for the preparation of digitally captured human motions for an algorithmic motion generation and automatic ergonomic risk assessment is described. On the summarization of the relevant current level of knowledge follows the description of two empirical studies for motion capturing and analysis. Afterwards the implementation of a method of the ergonomics risk assessment that combines several biomechanical risk factors is explained. The results of the preliminary studies flow into the development of a new software tool for planning and assessing human work – the editor for manual work activities (ema). Finally, the practical evaluation with the help of real planning scenarios is presented.

Die steigende Anzahl leistungsgewandelter Arbeitnehmer ist eine zunehmende Herausforderung für produzierende Unternehmen. Zur Sicherstellung eines wertschöpfenden und fähigkeitsgerechten Einsatzes erlangt daher eine prospektive und korrektive Arbeitsgestaltung an Bedeutung. Insbesondere in der frühen Phase der Prozessplanung sind digitale Menschmodelle zur Absicherung ergonomisch günstiger Arbeitsplätze und -prozesse geeignet. Die Abbildung leistungsgewandelter Mitarbeiter in digitale Menschmodelle und Planungstools der digitalen Fabrik ist jedoch aktuell nicht hinreichend berücksichtigt. Zur Unterstützung einer fähigkeitsgerechten Arbeitsgestaltung mit digitalen Menschmodellen sind diese um Leistungseinschränkungen zu erweitern. Gleichzeitig bedingen neue Funktionen der Menschmodelle und Planungstools ebenfalls eine Methodik zur digitalen Planung fähigkeitsgerechter Arbeitsplätze.:1 EINLEITUNG 1.1 AUSGANGSSITUATION 1.2 AUFBAU DER ARBEIT 2 STAND DER WISSENSCHAFT UND PRAXIS 2.1 ARBEITSGESTALTUNG UND ERGONOMIE 2.1.1 DEFINITION UND ZIELE 2.1.2 ERGONOMIE IM PRODUKTENTSTEHUNGSPROZESS 2.1.3 PLANUNG UND GESTALTUNG VON ARBEITSSYSTEMEN 2.1.4 ARBEITSGESTALTUNG UND ERGONOMIE IM DIGITALEN KONTEXT 2.1.5 DIGITALE MENSCHMODELLE 2.2 LEISTUNGSGEWANDELTE MITARBEITER 2.2.1 LEISTUNG UND LEISTUNGSFÄHIGKEIT 2.2.2 BEGRIFFSBESTIMMUNG LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER 2.2.3 UNTERNEHMENSSTRATEGIEN ZUM EINSATZ LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER 2.2.4 VERFAHREN ZUR BEURTEILUNG VON ARBEITSPLÄTZEN UND MITARBEITERN 2.3 SCHLUSSFOLGERUNG 2.4 ABLEITUNG DER ZIELSTELLUNG UND TEILZIELE 3 ERARBEITUNG EINER SYSTEMATIK ZUR KLASSIFIZIERUNG LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER 3.1 ZIELSTELLUNG 3.2 DEFINITION DER KRITERIEN 3.2.1 GRUNDKÖRPERSTELLUNG 3.2.2 KÖRPERHALTUNG/BEWEGLICHKEIT 3.2.2.1 BEWEGLICHKEIT DER OBEREN EXTREMITÄTEN 3.2.2.2 RUMPFBEWEGLICHKEIT 3.2.2.3 BEWEGLICHKEIT DER UNTEREN EXTREMITÄTEN 3.2.3 LASTENHANDHABUNG 3.2.4 AKTIONSKRÄFTE 3.2.5 VIBRATIONEN/RÜCKSCHLÄGE 3.2.6 SENSORIK 3.2.7 ARBEITSORGANISATION 3.2.8 ARBEITSUMGEBUNG 3.2.9 GESAMTKATALOG 3.3 EXPERTENINTERVIEWS 3.4 ZUSAMMENFASSUNG 4 BESCHREIBUNG EINES MODELLS ZUR INTEGRATION VON LEISTUNGSEINSCHRÄNKUNGEN IN DIGITALE MENSCHMODELLE 4.1 ZIEL UND VORGEHENSWEISE 4.2 PARAMETRISIERUNG DER KRITERIEN ZUR ÜBERFÜHRUNG IN MENSCHMODELLE 4.2.1 KRITERIEN IM KONTEXT DER EINGABE/VERARBEITUNG/AUSGABE 4.2.2 AUFBEREITUNG DER KRITERIEN ZUR DATENINTERPRETATION 4.2.3 (SEMI-)AUTOMATISCHE ERSTELLUNG VON ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 4.2.4 BERÜCKSICHTIGUNG VON MITARBEITERFÄHIGKEITSPROFILEN 4.3 ABLEITUNG NOTWENDIGER FUNKTIONSERWEITERUNGEN UND SCHNITTSTELLEN 4.4 ZUSAMMENFASSUNG 5 ENTWICKLUNG EINER METHODIK ZUR DIGITALEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 5.1 ZIEL UND VORGEHENSWEISE 5.2 WORKFLOW DER DIGITALEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 5.2.1 PLANUNGSPROZESS DER DIGITALEN ARBEITSGESTALTUNG 5.2.2 PROZESSBESCHREIBUNG DES WORKFLOWS ZUR DIGITALEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 5.3 ANFORDERUNGEN AN DIE EINGABE, AUSGABE UND SIMULATION 5.3.1 BERÜCKSICHTIGUNG VON MITARBEITERFÄHIGKEITSPROFILEN 5.3.2 AUSGABE VON ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 5.3.3 EINSATZANALYSE UND PRODUKTIVITÄTSVERGLEICH 5.3.4 GESTALTUNGSHINWEISE UND HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN 5.3.5 AUSGABEDARSTELLUNG UNTER BERÜCKSICHTIGUNG VON LEISTUNGSEINSCHRÄNKUNGEN 5.4 ZUSAMMENFASSUNG 6 ÜBERTRAGUNG DES MODELLS UND DER METHODE AUF DIGITALE MENSCHMODELLE AM BEISPIEL DES EMA 6.1 ZIEL UND VORGEHENSWEISE 6.2 IST-STAND EMA-MENSCHMODELL UND SOFTWARESYSTEM 6.3 BENUTZERZENTRIERTER GESTALTUNGSPROZESS 6.4 ABLEITUNG NOTWENDIGER SOFTWARETECHNISCHER ANPASSUNGEN 6.4.1 BERÜCKSICHTIGUNG VON KRITERIEN ZUR INTEGRATION VON LEISTUNGSEINSCHRÄNKUNGEN 6.4.2 EINGABE UND ANZEIGE VON MITARBEITERFÄHIGKEITS- UND ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 6.4.3 DARSTELLUNG DER EINSATZANALYSE UND PRODUKTIVITÄTSVERGLEICH 6.4.4 BERÜCKSICHTIGUNG NICHT ANFORDERUNGSGERECHTER SIMULATIONSSITUATIONEN 6.4.5 AUSGABE VON SITUATIVEN GESTALTUNGSHINWEISEN UND OPTIMIERUNGSPOTENTIALEN 6.4.6 ASSISTENT ZUR NUTZERGEFÜHRTEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 6.5 BEWERTUNG DER ERZEUGUNG VON ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 6.5.1 ZIELSTELLUNG UND UNTERSUCHUNGSGEGENSTAND 6.5.2 STICHPROBE 6.5.3 UNTERSUCHUNGSABLAUF 6.5.4 ERGEBNISSE 6.5.5 ZUSAMMENFASSUNG 6.6 NUTZERORIENTIERTE EVALUATION 6.6.1 ZIELSTELLUNG UND UNTERSUCHUNGSGEGENSTAND 6.6.2 STICHPROBE 6.6.3 UNTERSUCHUNGSABLAUF 6.6.4 ERGEBNISSE UND WEITERE OPTIMIERUNGSPOTENTIALE 6.6.5 ZUSAMMENFASSUNG 6.7 SCHLUSSFOLGERUNG FÜR DIE SOFTWARE-IMPLEMENTIERUNG 7 PRAKTISCHE ANWENDUNG DER METHODE 7.1 BEISPIEL ZUR OPTIMIERUNG VON ARBEITSPLÄTZEN FÜR DEN EINSATZ LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER MITTELS SIMULATION 7.2 ZUSAMMENFASSUNG 8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 8.1 ZUSAMMENFASSUNG 8.2 LIMITATIONEN DER ERARBEITETEN LÖSUNGEN 8.3 AUSBLICK LITERATURVERZEICHNIS / The increasing number of employees with restricted performance is a challenge for the industry. A prospective and corrective workplace design is important to ensure a value-adding and ability-appropriate employment. Especially in the early planning phase, digital human models are helpful for ergonomic workplace design. However, today’s digital human models usually lack functions and methods for the digital design of workplaces for employees with restricted perfomance. A further development of digital human models can support the digital planning of ability-appropriate workplaces. Due to new functions of digital human models, new planning methods with digital human models are also required.:1 EINLEITUNG 1.1 AUSGANGSSITUATION 1.2 AUFBAU DER ARBEIT 2 STAND DER WISSENSCHAFT UND PRAXIS 2.1 ARBEITSGESTALTUNG UND ERGONOMIE 2.1.1 DEFINITION UND ZIELE 2.1.2 ERGONOMIE IM PRODUKTENTSTEHUNGSPROZESS 2.1.3 PLANUNG UND GESTALTUNG VON ARBEITSSYSTEMEN 2.1.4 ARBEITSGESTALTUNG UND ERGONOMIE IM DIGITALEN KONTEXT 2.1.5 DIGITALE MENSCHMODELLE 2.2 LEISTUNGSGEWANDELTE MITARBEITER 2.2.1 LEISTUNG UND LEISTUNGSFÄHIGKEIT 2.2.2 BEGRIFFSBESTIMMUNG LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER 2.2.3 UNTERNEHMENSSTRATEGIEN ZUM EINSATZ LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER 2.2.4 VERFAHREN ZUR BEURTEILUNG VON ARBEITSPLÄTZEN UND MITARBEITERN 2.3 SCHLUSSFOLGERUNG 2.4 ABLEITUNG DER ZIELSTELLUNG UND TEILZIELE 3 ERARBEITUNG EINER SYSTEMATIK ZUR KLASSIFIZIERUNG LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER 3.1 ZIELSTELLUNG 3.2 DEFINITION DER KRITERIEN 3.2.1 GRUNDKÖRPERSTELLUNG 3.2.2 KÖRPERHALTUNG/BEWEGLICHKEIT 3.2.2.1 BEWEGLICHKEIT DER OBEREN EXTREMITÄTEN 3.2.2.2 RUMPFBEWEGLICHKEIT 3.2.2.3 BEWEGLICHKEIT DER UNTEREN EXTREMITÄTEN 3.2.3 LASTENHANDHABUNG 3.2.4 AKTIONSKRÄFTE 3.2.5 VIBRATIONEN/RÜCKSCHLÄGE 3.2.6 SENSORIK 3.2.7 ARBEITSORGANISATION 3.2.8 ARBEITSUMGEBUNG 3.2.9 GESAMTKATALOG 3.3 EXPERTENINTERVIEWS 3.4 ZUSAMMENFASSUNG 4 BESCHREIBUNG EINES MODELLS ZUR INTEGRATION VON LEISTUNGSEINSCHRÄNKUNGEN IN DIGITALE MENSCHMODELLE 4.1 ZIEL UND VORGEHENSWEISE 4.2 PARAMETRISIERUNG DER KRITERIEN ZUR ÜBERFÜHRUNG IN MENSCHMODELLE 4.2.1 KRITERIEN IM KONTEXT DER EINGABE/VERARBEITUNG/AUSGABE 4.2.2 AUFBEREITUNG DER KRITERIEN ZUR DATENINTERPRETATION 4.2.3 (SEMI-)AUTOMATISCHE ERSTELLUNG VON ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 4.2.4 BERÜCKSICHTIGUNG VON MITARBEITERFÄHIGKEITSPROFILEN 4.3 ABLEITUNG NOTWENDIGER FUNKTIONSERWEITERUNGEN UND SCHNITTSTELLEN 4.4 ZUSAMMENFASSUNG 5 ENTWICKLUNG EINER METHODIK ZUR DIGITALEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 5.1 ZIEL UND VORGEHENSWEISE 5.2 WORKFLOW DER DIGITALEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 5.2.1 PLANUNGSPROZESS DER DIGITALEN ARBEITSGESTALTUNG 5.2.2 PROZESSBESCHREIBUNG DES WORKFLOWS ZUR DIGITALEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 5.3 ANFORDERUNGEN AN DIE EINGABE, AUSGABE UND SIMULATION 5.3.1 BERÜCKSICHTIGUNG VON MITARBEITERFÄHIGKEITSPROFILEN 5.3.2 AUSGABE VON ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 5.3.3 EINSATZANALYSE UND PRODUKTIVITÄTSVERGLEICH 5.3.4 GESTALTUNGSHINWEISE UND HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN 5.3.5 AUSGABEDARSTELLUNG UNTER BERÜCKSICHTIGUNG VON LEISTUNGSEINSCHRÄNKUNGEN 5.4 ZUSAMMENFASSUNG 6 ÜBERTRAGUNG DES MODELLS UND DER METHODE AUF DIGITALE MENSCHMODELLE AM BEISPIEL DES EMA 6.1 ZIEL UND VORGEHENSWEISE 6.2 IST-STAND EMA-MENSCHMODELL UND SOFTWARESYSTEM 6.3 BENUTZERZENTRIERTER GESTALTUNGSPROZESS 6.4 ABLEITUNG NOTWENDIGER SOFTWARETECHNISCHER ANPASSUNGEN 6.4.1 BERÜCKSICHTIGUNG VON KRITERIEN ZUR INTEGRATION VON LEISTUNGSEINSCHRÄNKUNGEN 6.4.2 EINGABE UND ANZEIGE VON MITARBEITERFÄHIGKEITS- UND ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 6.4.3 DARSTELLUNG DER EINSATZANALYSE UND PRODUKTIVITÄTSVERGLEICH 6.4.4 BERÜCKSICHTIGUNG NICHT ANFORDERUNGSGERECHTER SIMULATIONSSITUATIONEN 6.4.5 AUSGABE VON SITUATIVEN GESTALTUNGSHINWEISEN UND OPTIMIERUNGSPOTENTIALEN 6.4.6 ASSISTENT ZUR NUTZERGEFÜHRTEN FÄHIGKEITSGERECHTEN ARBEITSGESTALTUNG 6.5 BEWERTUNG DER ERZEUGUNG VON ARBEITSPLATZANFORDERUNGSPROFILEN 6.5.1 ZIELSTELLUNG UND UNTERSUCHUNGSGEGENSTAND 6.5.2 STICHPROBE 6.5.3 UNTERSUCHUNGSABLAUF 6.5.4 ERGEBNISSE 6.5.5 ZUSAMMENFASSUNG 6.6 NUTZERORIENTIERTE EVALUATION 6.6.1 ZIELSTELLUNG UND UNTERSUCHUNGSGEGENSTAND 6.6.2 STICHPROBE 6.6.3 UNTERSUCHUNGSABLAUF 6.6.4 ERGEBNISSE UND WEITERE OPTIMIERUNGSPOTENTIALE 6.6.5 ZUSAMMENFASSUNG 6.7 SCHLUSSFOLGERUNG FÜR DIE SOFTWARE-IMPLEMENTIERUNG 7 PRAKTISCHE ANWENDUNG DER METHODE 7.1 BEISPIEL ZUR OPTIMIERUNG VON ARBEITSPLÄTZEN FÜR DEN EINSATZ LEISTUNGSGEWANDELTER MITARBEITER MITTELS SIMULATION 7.2 ZUSAMMENFASSUNG 8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 8.1 ZUSAMMENFASSUNG 8.2 LIMITATIONEN DER ERARBEITETEN LÖSUNGEN 8.3 AUSBLICK LITERATURVERZEICHNIS

Digitale Menschmodelle sind wichtige Werkzeuge der Produkt- und Prozessentwicklung. In diesem Beitrag wird der Stand der Technik der Modelle, die in CAx- oder PLM-Systemen eingesetzt werden, dargelegt. Wichtige Eigenschaften der einzelnen Modelle sowie eine zusammenfassende Einschätzung der Vor- und Nachteile werden vorgestellt. / Digital human models are important tools for product and process design. This paper describes state of the art models used within CAx- or PLM-Systems.

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 nutzer-orientiert eingebunden werden können. Dem Nutzer soll damit perspektivisch eine effektive und effiziente altersgerechte Gestaltung in DMM mittels akkurater, relevanter Daten sowie geeigneter Unterstützung ermöglicht werden.

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.

Die Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik sind bereits seit vielen Jahren in den einzelnen Phasen des Produktentstehungsprozess im Einsatz. Sie werden dabei u.a. auch zur Planung und Gestaltung menschlicher Arbeit eingesetzt. Mit Hilfe digitaler Menschmodelle können Aspekte des Arbeitsablaufs, der Zeitwirtschaft und der Arbeitsplatzgestaltung bereits frühzeitig untersucht und verbessert werden. Die Entwicklung effizienter Simulationssysteme steht auf diesem Gebiet jedoch insbesondere im Vergleich mit anderen Bereichen, wie beispielsweise der Robotersimulation, noch am Anfang. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich zunächst mit der Analyse bereits existierender Menschmodell-Simulationssysteme. Aus den identifizierten Schwachstellen dieser Systeme und weiteren durch Experteninterviews sowie Literaturrecherche gewonnenen Erkenntnissen wird eine Anforderungsliste erstellt, die als Grundlage für die Konzeption und Umsetzung eines innovativen Ansatzes zur Ansteuerung und Bewegungsgenerierung für digitale Menschmodelle dient. Diese neuartige Methodik wird schließlich in ein Simulations-Softwaresystem implementiert und anschließend im Praxis-Einsatz evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass das neue System die Mängel der vorhandenen Systeme behebt und somit als Werkzeug zur effizienten Planung, Gestaltung und Bewertung menschlicher Arbeit geeignet ist. / For many years the tools and methods of the Digital Factory are used in various stages of the product development process. They are also used for the planning and design of human work, which is typically done using a digital human model. Aspects of the workflow, time management and workplace design can be investigated and improved upon in the early stages of the product development process using digital human models. But in this field the development of efficient simulation systems is not matured enough compared to other fields for e.g. robot simulation. This paper starts with an analysis of existing simulation systems for digital human models. Afterwards a requirements list is created from the identified weaknesses of these systems, knowledge gained through expert interviews and literature reviews. These requirements serve as the base for the design and implementation of an innovative approach for motion generation and control of digital human models. This new methodology is then implemented as a simulation software system and evaluated in practical applications. The developed system fixed the shortcomings of existing systems and thus it is a suitable tool for efficient planning, design and evaluation of human labor.