Simulation of work environment factors for human-oriented and efficient workplaces

Abstract

Using different simulation tools of digital ergonomics for the digital factory, it is shown how an ergonomic design of the work environment can be holistically evaluated and designed using the example of physical stress, lighting, acoustics and thermal environment. Starting from a factory hall for battery assembly, workplaces are optimized regarding their physical load using the ema Work Designer. Based on this, the lighting situation is evaluated with DIALux evo, the acoustic load with CatnaR and the thermal environment with the Fraunhofer Indoor Environment Simulation Suite iteratively. Depending on the environmental influence, scenarios of the working environment are evaluated by simulation. In this process, the combined consideration of the environmental conditions supports the derivation of an improved working environment, so that interactions between workplace, environment and measures can be identified at an early stage. As a result, a partial wall for shielding the work areas is preferred due to the thermal and acoustic conditions including an acoustic ceiling and cooling of the supply air as well as a lighting system with additional individual workplace lighting. The combined consideration shows that there could be alternative preferred variants for single environmental factors, but these must not be preferred in the overall consideration.

Practical Relevance This paper shows how digital tools of the digital factory can be used to simulate work environment factors as well as working conditions already in the planning process and to optimize the work environment in order to achieve a human-friendly work design. The possibilities of digital work planning are thus extended to include risk assessment based on the environmental influences of lighting, acoustics and indoor climate.

Zusammenfassung

Für eine frühzeitige ergonomische und wirtschaftliche Gestaltung der Arbeitsbedingungen in einer Fabrik können verschiedene Softwaresysteme der digitalen Fabrik eingesetzt werden. Für eine ganzheitliche Gestaltung sind unterschiedliche Softwaresysteme zu nutzen. Anhand unterschiedlicher Simulationswerkzeuge der digitalen Ergonomie soll aufgezeigt werden, wie eine ergonomische und wirtschaftliche Gestaltung der Arbeitsprozesse und Arbeitsumgebung am Beispiel der physischen Belastung, Beleuchtung, Akustik und des Klimas gesamtheitlich bewertet und gestaltet werden kann. Ausgehend von einer Fabrikhalle für eine Batteriemontage werden Arbeitsplätze definiert und hinsichtlich ihrer physischen Belastung mit dem ema Work Designer untersucht und optimiert. Basierend darauf erfolgt parallel die Bewertung der Beleuchtungssituation mit DIALux evo, der akustischen Belastung mit CatnaR sowie des klimatischen Umfelds mit der Fraunhofer Indoor Environment Simulation Suite in einem iterativen Prozess. Je nach Umgebungseinfluss werden verschiedene Szenarien der Arbeitsumgebung erarbeitet und simulativ bewertet. Dabei unterstützt die kombinierte Betrachtung der Arbeitsumgebungsbedingungen die Ableitung einer verbesserten Arbeitsumgebung, so dass Wechselwirkungen zwischen Arbeitsplatz, Umgebung und Maßnahmen frühzeitig identifiziert werden können. Im Ergebnis der kombinierten Betrachtung wird eine Teilwand zur Abschirmung der Arbeitsbereiche aufgrund der klimatischen und akustischen Verhältnisse inkl. Akustikdecke und Kühlung mit Zuluft sowie einer angemessenen Beleuchtungsanlage mit zusätzlichen Einzelplatzbeleuchtungen an höhenverstellbaren Montagetischen präferiert. Die kombinierte Betrachtung zeigt auch, dass es für einzelne Umweltfaktoren alternative Vorzugsvarianten geben könnte, die in der Gesamtbetrachtung jedoch nicht bevorzugt werden können.

Praktische Relevanz Dieser Beitrag zeigt auf, wie mit digitalen Werkzeugen der digitalen Fabrik eine Simulation von Arbeitsumweltfaktoren sowie der Arbeitsbedingungen bereits im Planungsprozess durchgeführt und eine Optimierung der Arbeitsumgebung erfolgen kann, um eine menschengerechte Arbeitsgestaltung zu erreichen. Die Möglichkeiten der digitalen Arbeitsplanung werden damit um die Risikoeinschätzung aufgrund der Umgebungseinflüsse aus Beleuchtung, Akustik sowie des Klimas erweitert