Digitální továrna a ergonomické analýzy v automobilovém průmyslu

S tradicí, která sahá až do roku 1895, patří společnost Škoda Auto, a. s., k nejstarším automobilkám na světě. Od roku 1990 je součástí koncernu Volkswagen Group a v současnosti vyrábí 7 modelových řad – Citigo, Fabia, Roomster, Octavia, Yeti, Superb a Rapid. Skupina digitální továrna se zde stará o implementaci a nasazení nových plánovacích systémů v rámci projektu „Digitale Fabrik“ a „K-PDM“ v jednotlivých oblastech výroby.

Mezi úkoly skupiny digitální továrny patří:

• vytvoření metodiky a koncepcí k využití digitálních plánovacích nástrojů;
• realizace dlouhodobých plánů a stanovení cílů v rámci projektů „Digitale Fabrik“;
• spolupráce u plánování projektů a optimalizace vývoje produktu;
• provádění ergonomických simulací s Motion Capture systémy;
• komunikace s koncernem, dodržování a společné vypracování koncernových norem;
• zlepšení interního stavu informací o tomto tématu.

Detekce nedostatků procesu až při náběhu výroby vede k časově náročným a nákladným změnám. Proto různá oddělení ve společnosti Škoda Auto – například svařovna, nářaďovna, logistika aj. – používají různé nástroje z portfolia Digitální továrny Tecnomatix (Siemens PLM software) pro plánování, ověřování a optimalizace výrobních procesů. Tyto digitální nástroje umožňují analyzovat a ověřit plánovaný koncept výroby již v rané fázi přípravy výroby pomocí počítačového modelu a virtuální simulace, tedy ještě před stavbou reálného zařízení. Všichni, kdo spolupracují na vývoji, si tak mohou vizualizovat budoucí proces a navrhnout vylepšení. Klíčová návrhová rozhodnutí pak mohou být provedena a schválena včas a na základě širšího porozumění. Tím se zabrání řadě chybných či zbytečných kroků, jejichž důsledky by se jinak projevily až v pozdějších fázích vývoje.

Digitální továrna se skládá z provázané sítě digitálních modelů, metod, simulací a 3D vizualizací, jejímž účelem je komplexní plánování, realizace, řízení a průběžné zlepšování všech podstatných procesů a zdrojů závodu. Digitální továrna nabízí všem účastníkům plánování aktuální digitální obraz plánované nebo existující výroby. Toto přináší transparentní a rychlé poznatky o proveditelnosti, průběhu a nákladech nových procesů a výrobků.

Významná oblast Digitální továrny Tecnomatix se zabývá ověřením proveditelnosti manuálních operací, analýzami pracovní zátěže a optimalizací ergonomie tak, aby plánované pracoviště a procesy byly pracovníkům „ušity na míru“.

Výroba a montáž automobilů obsahuje několik rizikových faktorů, které mohou vést ke konkrétním zdravotním potížím. Mezi tyto faktory patří především nepřirozené polohy těla, daleké dosahy při montáži dílů, vysoká opakovatelnost (repetitivnost) pracovního cyklu (často méně než 1 minuta) a vysoké síly při instalaci komponentů. Montáž dílů do vozidla a přenášení velkých, často neskladných břemen přispívá k přetížení pracovníků. Česká legislativa (např. nařízení vlády 361/2007 Sb.) vyžaduje po zaměstnavatelích, aby kontinuálně vyhodnocovali ergonomická rizika a chránili zdraví a bezpečí svých pracovníků. Optimalizovaná ergonomie pracoviště má ale dopad nejen na zlepšení komfortu práce a zdraví pracovníků, ale také významný vliv na produktivitu a kvalitu výrobního procesu. Škoda Auto, a. s., se proto rozhodla zavést do praxe tzv. proaktivní přístup k ergonomii, kdy cílem je problémům předcházet namísto zpětně řešit následky.

Doposud byla ergonomie pracoviště řešena v rámci oddělení ochrany zdraví (ZG) a průmyslového inženýrství (VSI), a to bez podpory digitálních nástrojů. Nyní jsou v rámci oddělení digitální továrny k dispozici nástroje pro ergonomické simulace, které umožnují snímat pohyb pracovníků a přenášet ho do softwaru Tecnomatix (Jack/Process Simulate).

Skupina digitální továrny v rámci nově vytvořené ergonomické laboratoře pracuje s nejmodernější technologií na trhu, kdy je propojeno trakování pracovních operací pomocí Motion Capture obleku s aplikací Tecnomatix Jack tak, aby bylo možné analyzovat proveditelnost a přijatelnost pracovní operace, a to i s ohledem na různě velké pracovníky v populaci. Přitom se nepracuje pouze s výsledky „anonymních“ analýz poskytovaných softwarem, ale rovněž s existujícím standardem, který je ve firmě dobře znám, což výrazně přispívá k tomu, že výsledky jsou daleko lépe akceptovány a snáze se hledají nápravná opatření. Vyhodnocení pracovních procesů v ergonomické laboratoři následně probíhá v úzké spolupráci s odborníky z útvaru ochrany zdraví.

Inerciální Motion Capture oblek firmy Animazoo je založen na snímání pohybů lidského těla pomocí malých senzorů. Tyto senzory umístněné na elastickém obleku umožňují pomocí měření zrychlení, intenzity magnetického pole a orientace v prostoru zachytit polohu a orientaci jednotlivých částí lidského těla. Tvorba simulace pohybu v reálném čase, minimální potřeba postprocesingu snímaných pohybů a jednoduchost použití jsou hlavní důvody, pro které Škoda Auto používá tento typ trekovacího obleku při snímání pohybů pracovníka a v reálném čase je přenáší do 3D modelu vyvíjeného výrobního zařízení a produktu.

Společnost Animazoo je předním dodavatelem inerciálních systémů pro snímání pohybu lidského těla s více než dvacetiletou zkušeností s vývojem a výrobou elektromechanických a gyroskopických Motion Capture systémů. K výhodám Animazoo IGS-180i Motion Capture systému patří:

• Wi-Fi – bezdrátová komunikace;
• baterie vydrží 2 hodiny;
• snadná přenositelnost mimo laboratoř;
• možnost snímat pohyby přímo ve výrobě, v CAVE, venku, uvnitř auta apod.;
• magnetická kompenzace.

Produkty Animazoo nyní používá přes 250 zákazníků ve 43 zemích světa.

Výrazným nedostatkem inerciálních Motion Capture systémů bylo rušení v blízkosti kovových předmětů. Systém používaný ve Škodě Auto je speciálně navržen pro použití v průmyslu. Efektivně minimalizuje rušení pomocí magnetické kompenzace a umožňuje snímaní pohybů i v místech donedávna neměřitelných, jako interiér auta, montážní linka, svařovna aj.

Cílem projektu je kontinuálně zlepšovat ergonomii a bezpečnost pracovišť a výrobních procesů ve Škodě Auto, minimalizovat rizika zranění a vzniku nemocí z povolání, snížit ztrátové časy a dodatečné náklady na opravy či úpravy způsobené špatnou ergonomií, dále snížit čas záběhu výroby, zvýšit kvalitu prostředí a procesu a maximalizovat komfort a spokojenost pracovníků.

Studio virtuální reality, které slouží převážně pro ergonomické simulace, je vybaveno vizualizační technikou umožňující efektivně provádět optimalizaci pracoviště ve virtuální realitě. Získané zkušenosti a výstupy lze díky přehledné 3D vizualizaci dále využívat k prezentaci „Best Practices“ a „Lesson Learned“ a pro školení ergonomických principů v rámci celého závodu.

• zlepšení pracovních podmínek zaměstnanců;
• snížení počtů nemocí z povolání a s tím související snížení nákladů;
• řešení ergonomie již v předvýrobní fázi projektu;
• podpora aktivit odborných útvarů;
• digitální ověření proveditelnosti montážních operací v souladu s ergonomickými standardy a legislativou.

Ing. Martin Baumruk

Siemens Industry Software
martin.baumruk@siemens.com
www.siemens.cz/plm