Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erfassung und Vergleichbarkeit der menschlichen und technischen Zuverlässigkeit zur verbesserten Werkstückspannung beim Vertikal-Drehen - MTZ-Dreh

Ziel ist es, am Beispiel des sicherheitstechnisch besonders kritischen Vertikal-Drehens auf Fräsbearbeitungszentren eine neue Beurteilungsmethode der Ursache-Wirkung-Beziehungen beim möglichen Versagen der manuellen Werkstückspannung und damit der ungewollten Freisetzung von Werkstücken zu entwickeln. Der Lösungsansatz stärkt KMU, die von manueller oder teilautomatisierter Fertigung geprägt sind, weil sie trotz zunehmend individualisierter Fertigungsprozesse arbeitssicherheitstechnisch auf einem sehr hohen Niveau arbeiten können und gleichzeitig konkurrenzfähig bleiben. Der Lösungsansatz stellt nicht nur die Betrachtung der technischen sondern vor allem auch der menschlichen Zuverlässigkeit in den Mittelpunkt. Dazu ist eine Gesamtbetrachtung notwendig, die die bisher unterschiedlichen Bezugsgrößen praktikabel verbindet. Der wesentlich neue Ansatz ist die Nutzung von realen statistischen Versuchsdaten mittels Nutzertests in Fertigungsunternehmen. Die nachfolgenden probabilistischen Berechnungen mittels statischen Versuchsplans beruhen damit nicht nur auf subjektiven Vermutungen und Einschätzungen sondern auf belastbaren Daten. Mit diesen benutzerabhängigen Schwankungen des Spannzustandes bei manueller Bedienung kann die Betrachtung der übergeordneten Kausalkette der Gefährdung ergänzt werden. Es stellt sich die Frage, unter welchen Umständen diese Toleranzen zur ungewollten Freisetzung von Werkstücken führen. Dazu wird ein spezieller Versuchsstand mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgebaut.

Mit den geplanten Nutzertests im KMU-geprägten Umfeld, werden Schwächen der Mensch-Maschine-Interaktion erkannt. Für kritische Bediener(fehl)handlungen wird es möglich, die Instruktionen und auch das generelle Wissen von sicherheitsrelevanten Zusammenhängen effektiv zu verbessern. Dazu werden Vorschläge unterbreitet, die auch den Einsatz neuer Medien und Interaktionsformen im Bereich der instruktiven Sicherheit innerhalb von KMU berücksichtigen.

Ergebniszusammenfassung:

Mithilfe von statischen und dynamischen experimentellen Untersuchungen an Werkstückspannsystemen sowie durch Nutztertests mit ausgebildeten Maschinenbedienern wurden technische und menschliche Schwachstellen von manuellen Handspannfuttern quantifiziert. Auf technischer Seite wurde der Einfluss des Schmierzustands, Spanndurchmessers und der Spannkonfiguration sowie der Bedienart auf die Spannwirkung nachgewiesen. Die Nutzertests zeigten, dass Maschinenbediener dazu neigen, den Zustand des Werkstückspannsystems vor der Nutzung nicht oder unzureichend auf Fehler (z. B. lockere Schrauben) zu überprüfen. Darüber hinaus gab ca. die Hälfte der Teilnehmer an, die erforderliche Spannkraft nach Gefühl zu bestimmen sowie zu erzeugen. Die Nach-Test-Befragung verdeutlichte, dass eine Diskrepanz zwischen der erbrachten Leistung und der eigenen Einschätzung der Leistung bei der Werkstückspannung vorliegt. Die Werkstückspannung nach Gefühl ist daher im Hinblick auf die Sicherheit des Maschinenbedieners nicht akzeptabel. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass die vorgegebene Spannkraft mithilfe eines (elektronischen) Drehmomentschlüssels signifikant öfter erreicht wird, als mit einem konventionellen Futterschlüssel. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse wurde ein Zuverlässigkeitsmodell entwickelt, welches die menschliche und technische Komponente gesamtheitlich verbindet sowie Schwachstellen in der Mensch-Maschine-Interaktion verdeutlicht. Schließlich konnten somit instruktive Maßnahmen abgeleitet werden, welche die Vermeidung von Fehlhandlungen und einen sicherheitstechnisch korrekten Spannvorgang adressieren. Die wichtigsten Maßnahmen wurden auf einer Muster-Betriebsanweisung zur Werkstückspannung mittels Handspannfutter anschaulich dargestellt. Diese kann direkt von relevanten Unternehmen genutzt werden, um die Arbeitssicherheit zu steigern. Darüber hinaus können die Ergebnisse von Spannmittelherstellern und Anwendern zur Verbesserung ihrer Instruktionen genutzt werden.