The Effect of Pick-by-Light-Systems on Situation Awareness in Order Picking Activities

Pick-by-light systems are widespread in the industry, especially in order picking. Literature shows their potential to reduce picking-time and –errors as well as mental load. Using pick-by-light is also relevant for training processes since employees may tend to rely on these systems without consciously comprehending and processing the environment. Situation Awareness is a term referring to this fact and is analyzed in the study described in this article. The study took place in the learning factory “Center for industrial Production” at TU Darmstadt with N=31 subjects, who completed two order picking tasks: One of them assisted by pick-by-light and the other by pick-by-paper. SAGAT-based Situation Awareness showed no significant differences, whereas heart rate showed higher strain when using pick-by-light. NASA TLX showed a higher subjective strain using pick-by-paper

Augmented reality for order picking using wearable computers with head-mounted displays

Order picking - the task of assembling orders in a warehouse is still the biggest expenditure in modern warehouses, therefore it is worth it focusing new research on the improvement of technologies and strategies which support this task. The recent development and the enhanced availability of head-mounted displays (HMDs) prompts further research regarding HMDs as a supporting technology for industrial applications. Based on research in related topics and the precise analysis of the use case we composed a concept for a system that supports the order picking process with the use of HMDs. In order to evaluate the concept a prototype that implemented the features of the concept, was built. The range of functionalities contains real time visual user guiding, visual task support, context and much more important step awareness that exempts the user from additional work steps and instant feedback in case of wrong actions of the user which enables direct reaction to errors. Tough a comparative user study, we compared the prototype with two traditional order picking methods and another order picking support system that uses projections for user guiding. The results show, that our prototype shows the lowest occurrence of long therm errors with the downside of a higher task completion time. However the study proved that the concept is worth being taken into consideration and be improved in further research.Komissionierung, die Aufgabe, Bestellungen in einem Lager zusammenzustellen, ist immer noch der größte Kostenpunkt in modernen Warenlagern. Deshalb lohnt es sich, Forschung auf die Verbesserung von Technologien und Strategien, die diese Aufgabe unterstützen zu fokussieren. Der jüngste Aufstieg und die verbesserte Verfügbarkeit von Head-Mounted Displays (HMDs) fordert Nachforschung im Bezug auf HMDs als unterstützende Technologie für industrielle Anwendungen. Basierend auf Forschung in verwandten Themen und der genauen Analyse des Anwendungsfalles haben wir ein Konzept zusammengestellt, welches den Komissionierprozess mit Hilfe von HMDs unterstützt. Um dieses Konzept auszuwerten wurde ein Prototyp gebaut, der die Eigenschaften des Konzepts umsetzt. Der Umfang der Funktionalitäten umfasst visuelle Echtzeitbenutzerführung, visuelle Aufgabenunterstützung, Bewusstsein für den aktuellen Kontext und, viel wichtiger den momentanen Arbeitsschritt, was den Benutzer von zusätzlichen Arbeitsschritten befreit und sofortige Rückmeldung im Falle falscher Handlungen des Benutzers, was direkte Reaktion auf Fehler ermöglicht. Dieser Prototyp wurde in einer Benutzerstudie mit zwei traditionellen Systemen zu Komissionierungsunterstützung und einem weiteren System, das Projektionen zur Benutzerführung benutzt verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit unserem Prototyp am wenigsten Langzeitfehler auftreten, was eine längere Zeit zur Erledigung der Aufgabe zur Folge hat. Die Studie hat bewiesen, dass dieses Konzept in zukünftiger Forschung mit beachtet werden sollte und sich eine Weiterentwicklung lohnt

Realidade aumentada para produção assistida em ambiente industrial

Smart factories are becoming more and more common and Augmented Reality (AR) is a pillar of the transition to Industry 4.0 and smart manufacturing. AR can improve many industrial processes such as training, maintenance, assembly, quality control, remote collaboration and others. AR has the potential to revolutionize the way information is accessed, used and exchanged, extending user’s perception and improving their performance. This work proposes a Pervasive AR tool, created in collaboration with industrial partners, to support the training of operators on industrial shop floors while performing production operations. A Human-Centered Design (HCD) methodology was used to identify operators’ difficulties, challenges, and define requirements. After initial meetings with stakeholders, an AR prototype was designed and developed to allow the configuration and visualization of AR content on the shop floor. Several meetings and user studies were conducted to evaluate the developed tools and improve their usability and features. Comparisons between the proposed Head Mounted Display (HMD) solution, the method currently being used in the shopfloor and alternative AR solutions (mobile based) were conducted. The results of user studies suggest that the proposed AR system can significantly improve the performance (up to 70% when compared with the method currently used in the shop floor) of novice operators.Fábricas inteligentes estão a tornar-se cada vez mais comuns e a Realidade Aumentada (Augmented Reality) é essencial para a transição para a Indústria 4.0 e para a produção inteligente. A AR pode ser usada para melhorar muitos processos industriais, tais como treino, assistência, montagem, controlo de qualidade, colaboração remota, entre outros. A AR tem potencial para revolucionar a maneira como a informação é acedida, usada e partilhada, expandindo a perceção do utilizador e melhorando a sua performance. Este trabalho propõe uma ferramenta de AR Pervasiva, criada em colaboração com parceiros da indústria, para ajudar no treino de operadores de chão de fábrica em tarefas de produção fabril. Para identificar as dificuldades, desafios e definir requisitos, foi seguida uma metodologia de Desenho Centrada no Utilizador (HCD). Depois de vários encontros com o público-alvo, um protótipo de AR foi desenhado e desenvolvido para permitir a configuração e visualização de conteúdo em AR na linha de montagem de uma fábrica. Diversas reuniões e testes com utilizadores foram realizados de modo a avaliar as ferramentas desenvolvidas e melhorar a usabilidade e as suas funcionalidades. Foram também realizadas comparações entre a solução de AR proposta, o método atualmente utilizado na linha de produção e uma solução alternativa de AR para dispositivos móveis. Os resultados dos testes de utilizador realizados sugerem que a solução proposta pode melhorar substancialmente a eficiência (até 70% quando comparado com método atualmente utilizado na linha de produção) de novos operadores.Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemátic

Augmented reality at the workplace : a context-aware assistive system using in-situ projection

Augmented Reality has been used for providing assistance during manual assembly tasks for more than 20 years. Due to recent improvements in sensor technology, creating context-aware Augmented Reality systems, which can detect interaction accurately, becomes possible. Additionally, the increasing amount of variants of assembled products and being able to manufacture ordered products on demand, leads to an increasing complexity for assembly tasks at industrial assembly workplaces. The resulting need for cognitive support at workplaces and the availability of robust technology enables us to address real problems by using context-aware Augmented Reality to support workers during assembly tasks. In this thesis, we explore how assistive technology can be used for cognitively supporting workers in manufacturing scenarios. By following a user-centered design process, we identify key requirements for assistive systems for both continuously supporting workers and teaching assembly steps to workers. Thereby, we analyzed three different user groups: inexperienced workers, experienced workers, and workers with cognitive impairments. Based on the identified requirements, we design a general concept for providing cognitive assistance at workplaces which can be applied to multiple scenarios. For applying the proposed concept, we present four prototypes using a combination of in-situ projection and cameras for providing feedback to workers and to sense the workers' interaction with the workplace. Two of the prototypes address a manual assembly scenario and two prototypes address an order picking scenario. For the manual assembly scenario, we apply the concept to a single workplace and an assembly cell, which connects three single assembly workplaces to each other. For the order picking scenario, we present a cart-mounted prototype using in-situ projection to display picking information directly onto the warehouse. Further, we present a user-mounted prototype, exploring the design-dimension of equipping the worker with technology rather than equipping the environment. Besides the system contribution of this thesis, we explore the benefits of the created prototypes through studies with inexperienced workers, experienced workers, and cognitively impaired workers. We show that a contour visualization of in-situ feedback is the most suitable for cognitively impaired workers. Further, these contour instructions enable the cognitively impaired workers to perform assembly tasks with a complexity of up to 96 work steps. For inexperienced workers, we show that a combination of haptic and visual error feedback is appropriate to communicate errors that were made during assembly tasks. For creating interactive instructions, we introduce and evaluate a Programming by Demonstration approach. Investigating the long-term use of in-situ instructions at manual assembly workplaces, we show that instructions adapting to the workers' cognitive needs is beneficial, as continuously presenting instructions has a negative impact on the performance of both experienced and inexperienced workers. In the order picking scenario, we show that the cart-mounted in-situ instructions have a great potential as they outperform the paper-baseline. Finally, the user-mounted prototype results in a lower perceived cognitive load. Over the course of the studies, we recognized the need for a standardized way of evaluating Augmented Reality instructions. To address this issue, we propose the General Assembly Task Model, which provides two standardized baseline tasks and a noise-free way of evaluating Augmented Reality instructions for assembly tasks. Further, based on the experience, we gained from applying our assistive system in real-world assembly scenarios, we identify eight guidelines for designing assistive systems for the workplace. In conclusion, this thesis provides a basis for understanding how in-situ projection can be used for providing cognitive support at workplaces. It identifies the strengths and weaknesses of in-situ projection for cognitive assistance regarding different user groups. Therefore, the findings of this thesis contribute to the field of using Augmented Reality at the workplace. Overall, this thesis shows that using Augmented Reality for cognitively supporting workers during manual assembly tasks and order picking tasks creates a benefit for the workers when working on cognitively demanding tasks.Seit mehr als 20 Jahren wird Augmented Reality eingesetzt, um manuelle Montagetätigkeiten zu unterstützen. Durch neue Entwicklungen in der Sensortechnologie ist es möglich, kontextsensitive Augmented-Reality-Systeme zu bauen, die Interaktionen akkurat erkennen können. Zudem führen eine zunehmende Variantenvielfalt und die Möglichkeit, bestellte Produkte erst auf Nachfrage zu produzieren, zu einer zunehmenden Komplexität an Montagearbeitsplätzen. Der daraus entstehende Bedarf für kognitive Unterstützung an Arbeitsplätzen und die Verfügbarkeit von robuster Technologie lässt uns bestehende Probleme lösen, indem wir Arbeitende während Montagearbeiten mithilfe von kontextsensitiver Augmented Reality unterstützen. In dieser Arbeit erforschen wir, wie Assistenztechnologie eingesetzt werden kann, um Arbeitende in Produktionsszenarien kognitiv zu unterstützen. Mithilfe des User-Centered-Design-Prozess identifizieren wir Schlüsselanforderungen für Assistenzsysteme, die sowohl Arbeitende kontinuierlich unterstützen als auch Arbeitenden Arbeitsschritte beibringen können. Dabei betrachten wir drei verschiedene Benutzergruppen: unerfahrene Arbeitende, erfahrene Arbeitende, und Arbeitende mit kognitiven Behinderungen. Auf Basis der erarbeiteten Schlüsselanforderungen entwerfen wir ein allgemeines Konzept für die Bereitstellung von kognitiver Assistenz an Arbeitsplätzen, welches in verschiedenen Szenarien angewandt werden kann. Wir präsentieren vier verschiedene Prototypen, in denen das vorgeschlagene Konzept implementiert wurde. Für die Prototypen verwenden wir eine Kombination von In-Situ-Projektion und Kameras, um Arbeitenden Feedback anzuzeigen und die Interaktionen der Arbeitenden am Arbeitsplatz zu erkennen. Zwei der Prototypen zielen auf ein manuelles Montageszenario ab, und zwei weitere Prototypen zielen auf ein Kommissionierszenario ab. Im manuellen Montageszenario wenden wir das Konzept an einem Einzelarbeitsplatz und einer Montagezelle, welche drei Einzelarbeitsplätze miteinander verbindet, an. Im Kommissionierszenario präsentieren wir einen Kommissionierwagen, der mithilfe von In-Situ-Projektion Informationen direkt ins Lager projiziert. Des Weiteren präsentieren wir einen tragbaren Prototypen, der anstatt der Umgebung den Arbeitenden mit Technologie ausstattet. Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist die Erforschung der Vorteile der erstellten Prototypen durch Benutzerstudien mit erfahrenen Arbeitenden, unerfahrenen Arbeitenden und Arbeitende mit kognitiver Behinderung. Wir zeigen, dass eine Kontur-Visualisierung von In-Situ-Anleitungen die geeignetste Anleitungsform für Arbeitende mit kognitiven Behinderungen ist. Des Weiteren befähigen Kontur-basierte Anleitungen Arbeitende mit kognitiver Behinderung, an komplexeren Aufgaben zu arbeiten, welche bis zu 96 Arbeitsschritte beinhalten können. Für unerfahrene Arbeitende zeigen wir, dass sich eine Kombination von haptischem und visuellem Fehlerfeedback bewährt hat. Wir stellen einen Ansatz vor, der eine Programmierung von interaktiven Anleitungen durch Demonstration zulässt, und evaluieren ihn. Bezüglich der Langzeitwirkung von In-Situ-Anleitungen an manuellen Montagearbeitsplätzen zeigen wir, dass Anleitungen, die sich den kognitiven Bedürfnissen der Arbeitenden anpassen, geeignet sind, da ein kontinuierliches Präsentieren von Anleitungen einen negativen Einfluss auf die Arbeitsgeschwindigkeit von erfahrenen Arbeitenden sowohl als auch unerfahrenen Arbeitenden hat. Für das Szenario der Kommissionierung zeigen wir, dass die In-Situ-Anleitungen des Kommissionierwagens ein großes Potenzial haben, da sie zu einer schnelleren Arbeitsgeschwindigkeit führen als traditionelle Papieranleitungen. Schlussendlich führt der tragbare Prototyp zu einer subjektiv niedrigeren kognitiven Last. Während der Durchführung der Studien haben wir den Bedarf einer standardisierten Evaluierungsmethode von Augmented-Reality-Anleitungen erkannt. Deshalb schlagen wir das General Assembly Task Modell vor, welches zwei standardisierte Grundaufgaben und eine Methode zur störungsfreien Analyse von Augmented-Reality-Anleitungen für Montagearbeiten bereitstellt. Des Weiteren stellen wir auf Basis unserer Erfahrungen, die wir durch die Anwendung unseres Assistenzsystems in Montageszenarien gemacht haben, acht Richtlinien für das Gestalten von Montageassistenzsystemen vor. Zusammenfassend bietet diese Arbeit eine Basis für das Verständnis der Benutzung von In-Situ-Projektion zur Bereitstellung von kognitiver Montageassistenz. Diese Arbeit identifiziert die Stärken und Schwächen von In-Situ-Projektion für die kognitive Unterstützung verschiedener Benutzergruppen. Folglich tragen die Resultate dieser Arbeit zum Feld der Benutzung von Augmented Reality an Arbeitsplätzen bei. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass die Benutzung von Augmented Reality für die kognitive Unterstützung von Arbeitenden während kognitiv anspruchsvoller manueller Montagetätigkeiten und Kommissioniertätigkeiten zu einer schnelleren Arbeitsgeschwindigkeit führt

Augmented reality supported order picking using projected user interfaces

Order Picking is one of the most important tasks in modern warehouses. Since most work is still done manually, new methods to improve efficiency of the task are being researched. While the currently most used approaches Pick-by-Paper and Pick-by-Light are either prone to error or only scalable with high costs, other methods are considered. These methods include Pick-by-Vision systems based on Augmented Reality although these systems mostly rely on head-mounted displays. In order to evaluate a new method, we developed OrderPickAR which uses an order picking cart as well as projected user interfaces. OrderPickAR is part of the motionEAP project of the University of Stuttgart and relies on in-situ projection as well as motion recognition to guide the user and present feedback. The intuitive feedback provided by the in-situ projection as well as the motion recognition gives OrderPickAR the chance to effectivly eliminate errors while lowering the task completion time. With the use of a mobile workstation we also address the scalability of OrderPickAR. Since the developement is not sufficiant, we also conducted a study in which we compared OrderPickAR to currently used approaches. In addition we included a Pick-by-Vision approach developed in a related project by Sebastian Pickl. We analysed and compared different error types as well as the task completion time.Kommissionierung ist einer der wichtigsten Aufgaben in modernen Lagerhäusern. Da die meiste Arbeit noch immer manuell getätigt wird, werden neue Methoden zur Steigerung der Effizienz untersucht. Während die aktuell am meisten genutzten Ansätze, Pick-by-Paper und Pick-by-Light, entweder fehleranfällig oder nur unter hohen Kosten skalierbar sind, werden neue Methoden in Betracht gezogen. Diese Methoden schließen Pick-by-Vision Systeme basierend auf Augmended Reality ein, welche aber hauptsächlich auf den Nutzen von Head- Mounted Displays setzen. Um eine neue Methode zu untersuchen, haben wir OrderPickAR entwickelt, welches einen Kommissionierwagen und projizierte User Interfaces nutzt. Order-PickAR ist Teil des motionEAP Projekts der Universität Stuttgart und nutzt in-situ Projektion sowie Bewegungserkennung um den Nutzern zu leiten und Feedback zu präsentieren. Das intuitive Feedback der in-situ Projektion und die Bewegungserkennung geben OrderPickAR die Chance, Fehler auszumerzen, während gleichzeitig die Bearbeitungszeit einer Aufgabe reduziert wird. Durch die Nutzung einer mobilen Arbeitsstation berücksichtigen wir außerdem die Skalierbarkeit von OrderPickAR. Da die Entwicklung alleine nicht ausreicht, haben wir zusätzlich eine Studie durchgeführt, in welcher wir OrderPickAR mit aktuell genutzten Methoden verglichen haben. Außerdem haben wir einen Pick-by-Vision Ansatz, der von Sebastin Pickl in einem verwandten Projekt entwickelt wurde, in die Studie eingebunden. Wir haben unterschiedliche Fehlerarten und die Bearbeitungszeit untersucht und verglichen

Cognitive Manufacturing in Industry 4.0 towards Cognitive Load reduction: A Conceptual Framework

Cognitive manufacturing utilizes cognitive computing, the industrial Internet of things (IoT), and advanced analytics to upgrade manufacturing processes in manners that were not previously conceivable. It enables associations to improve major business measurements, for example, productivity, product reliability, quality, and safety, while decreasing downtime and lowering costs. Considering all the facts that can prejudice the manufacturing performance in Industry 4.0, the cognitive load has received more attention, since it was previously neglected with respect to manufacturing industries. This paper aims to investigate what causes cognitive load reduction in manufacturing environments, i.e., human–computer interaction technologies that reduce the identified causes and the applications of cognitive manufacturing that use the referred technologies. Thus, a conceptual framework that links cognitive manufacturing to a reduction of the cognitive load was developed.This research was funded by the project 026653|POCI-01-0247-FEDER-026653—INDTECH—New technologies for smart manufacturing, co-financed by the Portugal 2020 Program (PT 2020), Compete 2020 Program, and the European Union through the European Regional Development Fund (ERDF). The authors wish to thank the relevant bodies for the opportunity and financial support that permitted carrying out this project: Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) and C-MAST (Center for Mechanical and Aerospace Science and Technologies), under project UIDB/00151/2020.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

The Digital Transformation of Logistics from a Human-Centred Perspective

Die vorliegende kumulative Dissertation befasst sich mit der digitalen Transformation in der Logistik unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen des Transformationsprozesses auf die Beschäftigten in dieser Branche. Ziel der kumulativen Dissertation ist es, ein tiefergehendes Verständnis der Entwicklungen zu bekommen, die unter dem Begriff Logistik 4.0 verstanden werden können und zu untersuchen, welche Auswirkungen dies für die zukünftige Arbeit in der Logistik, insbesondere im Lager, haben wird. Die kumulative Dissertation besteht aus fünf Artikeln, die in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht bzw. eingereicht wurden und kann grob in drei Teile untergliedert werden: Im ersten Teil der kumulativen Dissertation, der aus dem ersten Artikel besteht, wird der inhaltliche Kern, Logistik 4.0, aufbauend auf dem Begriff und der Forschung zum Thema Industrie 4.0 definiert und auf breiter Basis der aktuelle Forschungsstand dargestellt. Dies bildet die inhaltliche und thematische Grundlage für die nachfolgenden Untersuchungen. Der zweite Teil der kumulativen Dissertation fokussiert auf empirische Grundlagen und einen methodischen Beitrag zur Untersuchung der Menschen-zentrierten Gestaltung der Logistik 4.0, indem zunächst die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Beschäftigten in der Intralogistik, genauer auf ihre Arbeitsplatzmerkmale, untersucht werden. Dies dient dazu, die konkret wahrgenommenen Veränderungen zu erfassen, die Bedeutung des Transformationsprozesses zu verifizieren und den Einfluss seiner technischen Bestandteile auf die Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale zu analysieren. Wenngleich in diesem zweiten Artikel der kumulativen Dissertation deutliche Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale in der Logistik 4.0 aufgezeigt werden konnten, zeigte eine quantitative Analyse von Forschungsarbeiten im dritten Artikel dieser kumulativen Dissertation auf, dass die Forschung sich bei der Gestaltung von Industrie 4.0 auf technische Änderungen fokussiert. Daher wird abschließend im dritten Kapitel ein allgemein anwendbares, theoriebasiertes, systematisches Analysewerkzeug entwickelt, das es ermöglicht, die Auswirkungen der Einführung von Industrie 4.0 und Logistik 4.0 Elementen auf die involvierten Menschen zu untersuchen und die möglichen Folgen für das Gesamtsystem zu antizipieren. Im abschließenden dritten Teil dieser kumulativen Dissertation erfolgt ein genauerer Blick auf die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Kommissionierung als einen zentralen, zumeist arbeitsintensiven Prozess in der logistischen Kette. In Artikel 4 wird daher zunächst das Feld einer Kommissionierung 4.0 strukturiert, um darauf aufbauend zu untersuchen, welche technischen und prozessualen Lösungen die Wissenschaft für eine gleichermaßen menschengerechte und ökonomische Kommissionierung unter den sich wandelnden Anforderungen betrachtet hat. Es zeigt sich, dass ein aus ökonomischer und sozialer Perspektive vielversprechendes Kommissioniersystem, die hybride Kommissionierung, bislang kaum untersucht wurde. Dies erfolgt daher im abschließenden fünften Artikel dieser kumulativen Dissertation, in dem ein Beispiel für ein kollaboratives, hybrides Kommissioniersystem untersucht wird, in dem Menschen und autonome Roboter gemeinsam im selben Lagerbereich Aufträge kommissionieren. Die Artikel greifen zur Untersuchung der Themenschwerpunkte auf verschiedene Methoden unterschiedlicher Disziplinen zurück und stützen sich auf ein breites theoretisches Fundament. Methodisch wird in Artikel 1, der die konzeptionelle Grundlage der Logistik 4.0 behandelt, zunächst ein konzeptioneller Ordnungsrahmen entwickelt, mit dem der Begriff und die Bestandteile des Konzepts Logistik 4.0 abgeleitet werden. Hierbei werden insbesondere zwei Einflussfaktoren berücksichtigt: Neue Anforderungen an die Logistik sowie neue technologische Möglichkeiten. Anschließend wird mittels eines systematischen Literaturüberblicks der aktuelle Stand der Forschung zu Logistik 4.0 strukturiert untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf den technologischen Anwendungen in der Logistik und wie diese die Logistik verändern. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden der Ordnungsrahmen zu Logistik 4.0 detailliert und zukünftige Forschungsperspektiven herausgearbeitet – es wird gezeigt, dass die Auswirkungen der Transformation auf menschliche Faktoren nur in geringem Maße in der analysierten Literatur diskutiert wurden. Im methodischen Fokus von Artikel 2 der vorliegenden kumulativen Dissertation steht daher die Durchführung und Auswertung von teil-strukturierten Interviews, die mit Beschäftigten aus sieben Unternehmen geführt wurden, um die Ausprägungen und Zusammenhänge zwischen Arbeitsplatzmerkmalen und der Intralogistik 4.0-Reife zu untersuchen. Auf der Grundlage des Work Design Questionnaire wurden die Interviews in Bezug auf 21 Arbeitsplatzmerkmale mit 16 Angestellten in der Intralogistik geführt und zusätzlich die Intralogistik 4.0 Reife der Arbeitsplätze bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Logistik 4.0 signifikanten Einfluss auf die Arbeitsplatzmerkmale hat und die Effekte sowohl positiv als auch negativ in Bezug auf Arbeitszufriedenheit und Motivation sein können. Im Wesentlichen ist die Art und Intensität des Einflusses in den zumeist manuellen Prozessen abhängig von der Art der genutzten Technologien, Automatisierung oder Digitalisierung. In Artikel 3 wird zunächst eine quantitative Inhaltsanalyse durchgeführt, in der die Themenschwerpunkte bisheriger Forschung zu Industrie 4.0 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass zwar unterschiedliche Rollen von Menschen identifiziert werden, menschliche Faktoren im Vergleich zu technischen Faktoren jedoch eine deutlich untergeordnete Rolle in der Forschung erhalten. Anschließend wird auf Basis von fünf Theorie-Bausteinen ein methodisches Vorgehensmodell zur Analyse der Einflüsse von Industrie 4.0-induzierten Änderungen auf ein bestehendes Arbeitssystems abgeleitet. Anhand zweier Beispiele wird die Methodik veranschaulicht und die Praxistauglichkeit exemplarisch aufgezeigt. Artikel 4 und 5 fokussieren daraufhin den Kommissionierprozess im Zusammenhang mit Logistik 4.0 und untersuchen zunächst in Artikel 4 mittels eines konzeptionellen Ordnungsrahmens und eines systematischen Literaturüberblicks den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich. Der Ordnungsrahmen unterscheidet nach substituierenden technischen Systemen im Kommissionierprozess und unterstützenden Technologien und stuft diese qualitativ basierend auf dem Grad der Automatisierung ab. Darauf aufbauend werden vier verschiedene Kommissioniersysteme klassifiziert und drei von ihnen in einem systematischen Literaturüberblick analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Unterrepräsentierung hybrider Kommissioniersysteme, obwohl diese aus einer soziotechnischen Perspektive vielversprechende Möglichkeiten bieten. Hierauf aufbauend wird in Artikel 5 ein hybrides Kommissioniersystem bestehend aus menschlichen Kommissionierern und Kommissionierrobotern, die innerhalb eines Arbeitsbereichs kommissionieren, abgeleitet, das aufbauend auf den ökonomischen und sozialen Zielen vielversprechend erscheint. In einer agentenbasierten Simulationsstudie – die besonders geeignet ist um das Verhalten eines Systems basierend auf den Interaktionen verschiedener Akteure aufgrund individueller Verhaltensregeln zu analysieren - werden die Interaktion der technischen und menschlichen Teilsysteme untersucht und der Einfluss von Routenstrategien genauer betrachtet. In einer kritischen Diskussion der Annahmen des idealisierten Systems der Simulationsstudie wird aufgezeigt, dass hybride Systeme vielversprechende Ergebnisse für reale Anwendungen darstellen und geeignet sind, sowohl die Systemeffizienz, als auch die Arbeit der menschlichen Kommissionierer zu verbessern

Smart Technologies for Precision Assembly

This open access book constitutes the refereed post-conference proceedings of the 9th IFIP WG 5.5 International Precision Assembly Seminar, IPAS 2020, held virtually in December 2020. The 16 revised full papers and 10 revised short papers presented together with 1 keynote paper were carefully reviewed and selected from numerous submissions. The papers address topics such as assembly design and planning; assembly operations; assembly cells and systems; human centred assembly; and assistance methods in assembly

Entwicklung und Evaluierung eines nutzerzentrierten Assistenzsystems zur Unterstützung von leistungsgeminderten Mitarbeitern bei manuellen Kommissioniertätigkeiten

Vor dem Hintergrund der aktuellen Herausforderungen der Lebens- und Arbeitswelt des 21. Jahrhunderts verstärken sich auch die Anforderungen an Werkstätten für behinderte Menschen. Insbesondere im komplexen intralogistischen Tätigkeitsfeld der manuellen Kommissionierung werden derzeit sowohl auf dem ersten Arbeitsmarkt als auch in den Werkstätten kaum leistungsgeminderte Mitarbeiter eingesetzt. In diesem Zusammenhang stellen informationstechnische und kognitive Assistenzsysteme einen zukunftsträchtigen und erfolgsversprechenden Ansatz zur Anleitung, Unterstützung und Kontrolle von manuellen Industrieprozessen dar. Den Weg zu einem solchen System geht diese Arbeit: von der nutzerzentrierten Entwicklung über die prototypische Umsetzung bis zur praktischen Evaluierung eines funktionsfähigen und ergonomischen Assistenzsystems zur Unterstützung von leistungsgeminderten Mitarbeitern bei der manuellen Person-zur-Ware-Kommissionierung. Das ist zugleich ein wichtiger Beitrag zur Ermöglichung der Teilhabe an Arbeit sowie der daraus resultierenden Förderung der Persönlichkeit von Menschen mit Behinderung und eine Antwort auf die vielfältigen und weitersteigenden Anforderungen an Werkstätten. Darüber hinaus soll der im Zuge der vorliegenden Arbeit umgesetzte Entwicklungsprozess mit seiner Vorgehensweise und Struktur als konzeptionelle Vorlage für die aufgabenorientierte und nutzergerechte Gestaltung von weiteren Assistenzsystemen in der industriellen Anwendung dienen, wie z.B. bei der Montage oder der Verdrahtung von Schalt- und Steuerungsanlagen. Die Arbeit setzt sich zu Beginn mit aktuellen technischen, politischen und institutionsspezifischen Rahmenbedingungen auseinander und betrachtet diese hinsichtlich der Nutzergruppe der leistungsgeminderten Mitarbeiter. Auf Grundlage einer Analyse des Arbeitsprozesses und der Nutzergruppe werden Anforderungsprofile von Seiten des Prozesses, der zukünftigen Nutzer und der Technik erstellt. Daraus lassen sich Zielsetzungen für die Konzeption und Entwicklung des nutzerzentrierten Assistenzsystems ableiten und der Kommissionierprozess spezifizieren. Im Nachgang wird die hardware- und softwareseitige Konzeption und Entwicklung der einzelnen Funktionseinheiten und des Anleitungssystems erläutert sowie der Aufbau und die Funktionsweise dargestellt. Abschließend erfolgt die Anwendung und detaillierte Evaluierung der realisierten Systemlösung.Against the backdrop of current challenges in the living and working environment of the 21st century, the demands placed on sheltered workshops are also intensifying. Particularly in the complex intralogistics field of manual order picking, there are hardly any employees with disabilities working either in the first labor market or in sheltered workshops. In this context, information technology and cognitive assistance systems represent a future-oriented and promising approach to the guidance, support and control of manual industrial processes. For this reason, the central goal of this dissertation is to describe the user-centered development, prototypical implementation and practical evaluation of a functional and ergonomic assistance system for the support of people with disabilities in manual order picking processes. At the same time, this is an important contribution to enabling participation in work as well as encouraging the development of the personality of people with disabilities; it is also a response to the diverse and increasing demands placed on sheltered workshops. In addition, the development process, which was implemented in the course of the present work, is intended to serve as a conceptual template for the task-oriented and user-friendly design and development of further assistance systems in industrial applications, such as the assembly or wiring of switchgear and control systems. At the beginning, the present work deals with current technical, political and institution-specific framework conditions and considers these with regard to the user group of employees with disabilities. On the basis of an analysis of the work process and the user group, requirement profiles are created, taking into account the process, the future users and the technology. From this, objectives for the design and development of the user-centered assistance system can be derived and the picking process specified. Subsequently, the hardware and software development of the single functional units and the guidance system are explained, and their structure and the operating principles presented. Finally, the application is implemented and a detailed evaluation of the implemented system solution is carried out