Affective Manufacturing Systeem

Introductie

Het Trinity-projectteam van Mentech en Tegema heeft een demonstratiemodel ontwikkeld waarin een ABB cobot (collaborative robot) samenwerkt met een operator bij het uitvoeren van complexe assemblagetaken. Hierbij is stressdetectie geïntegreerd om tijdens deze cobot-geassisteerde assemblagetaak de emotie van de operator te meten voor een optimale betrokkenheid van de operator (zowel in de zin van het welzijn als de productiviteit van de operator).

Het doel van het project is om een slim fabrieksconcept voor gerobotiseerde productie van complexe fotonische producten te presenteren, waarbij de in-line stressdetectie van de operator voor veiligheid en geoptimaliseerde productie dient (met het oog op opbrengst en productkwaliteit). De demonstratie is gebaseerd op een modulair machine platform met robotica functionaliteiten voor efficiënte en op maat gemaakte productie van complexe fotonische systemen. Het platform heeft in-line monitoring- en kwaliteitscontrolefunctionaliteiten voor in-line aanpassing van productiestappen.  De demonstratie omvat een aantrekkelijke showcase waarin menselijke factoren met succes worden opgenomen in de uitvoering van een productieproces voor een geoptimaliseerde productie, om uiteindelijk de poort te openen voor affective cobots.

Een robot kan complexe taken overnemen, waardoor het assemblageproces veiliger, sneller en kwalitatief beter wordt. De keerzijde van het werken met een cobot is dat het mogelijke verlies van controle stress kan veroorzaken bij de operator. En stress heeft een negatieve invloed op welzijn, veiligheid en productiviteit.

Het affective manufacturing systeem heeft een geïntegreerd robotsysteem voor de fabricage van complexe fotonische systemen en bevat een sensorsysteem voor in-line procesbewaking. Het platform integreert een nieuwe stressdetectiemodule voor operators, gebaseerd op gemeten fysiologische kenmerken van de operator en een kunstmatig intelligentiealgoritme voor stressdetectie. De productieprestaties en de stress van de operator worden weergegeven op een interactief dashboard, dat zowel voor stressbeheer als procescontrole wordt gebruikt.

De gemeten stressniveaus worden gebruikt in een slim beslissingsalgoritme dat rekening houdt met alle relevante beslissingsfactoren, waaronder de stressindicaties (emotionele toestand) van de individuele operator, zoals bepaald door de gemeten en geanalyseerde kenmerken; informatie over de omstandigheden (privé, werk) van de werknemer; informatie over het productieproces, zoals de gemeten prestatie-indicatoren (productkwaliteit, productiviteit, uitval, enz.); en productie-instructies (zoals de complexiteit van de instructie of het werk).

 

Voordelen voor de gebruiker

Affective manufacturing leidt tot een verbeterde efficiëntie en productiviteit, door menselijke stressfactoren mee te nemen in de optimalisatie van de productieprocessen. De prestaties van een proces hangen af van de complexiteit van de taken en het arousal-niveau dat de operator ervaart. Voor eenvoudige taken leidt een lage arousal (onoplettendheid van de operator) tot slechte prestaties, terwijl een hoge arousal leidt tot goede prestaties. Moeilijke taken vereisen echter een gematigde arousal voor optimale prestaties. Zowel een te lage arousal (onoplettendheid of slaperigheid) als een te hoge arousal (stress) leiden tot slechte prestaties en moeten worden vermeden.

Affective manufacturing leidt tot een betere productkwaliteit. Een van de wensen is een foutloze productie door een zelflerende productiemethode waarbij het systeem autonoom reageert op eventuele fouten. De toevoeging van affective strategieën zal dit zelflerende proces verder versterken en een paradigmaverschuiving teweegbrengen in slimme fabricage. Het zal leiden tot hogere productienormen, en meer geluk voor de operator.

 

Innovatie

Mentech en Tegema demonstreren een affective manufacturing platform voor de hoogwaardige productie van laag-volume high-mix producten. De demonstratie is gebaseerd op een modulair machineplatform met robotfuncties voor efficiënte en op maat gemaakte productie van complexe fotonische apparatuur. Het platform integreert stressmonitoring voor de operator om productiviteit en het geluk van de operator op elkaar af te stemmen.

Het platform bestaat uit een pick-to-light module en een cobotmodule voor cobot-geassisteerde assemblage. De pick-to-light module bestaat uit verschillende productiebakken met LED-indicatoren om de operator door de assemblagetaken te leiden. De volgorde van de assemblage wordt aangegeven door het achtereenvolgens aan- en uitschakelen van de LED-indicatoren. De bakken bevatten ook nabijheidssensoren om de voltooiing van de verschillende assemblagetaken te meten. Een cobotplatform is in de assemblagelijn geïntegreerd om de operator te helpen bij complexe assemblagetaken. Meerdere assemblagevolgorden kunnen naar het systeem worden geüpload, waardoor het systeem een flexibel productieplatform wordt.

De stress van de operator wordt bepaald aan de hand van real-time gemeten stresskenmerken, zoals hartslag, huidgeleiding en gezichtsuitdrukkingen. Een getraind neuraal-netwerkmodel doet een voorspelling van de stressniveaus van een operator tijdens de assemblage op basis van de gemeten fysiologie en herkende patronen.

Een dashboard visualiseert de systeemstatistieken, zoals de benodigde tijd voor assemblagetaken, assemblagefouten en cobotprestaties, en de gemeten stress van de operator.

 

Partners

Deze SME demonstratie van het TRINITY project heeft subsidie ontvangen van het Horizon 2020 research and innovation programma van de Europese Unie; onder een subsidieovereenkomst Nr. 825196.