Development of a risk management approach for data gloves used in assembly

Mofidi Naeini, Alimeh (2022). Development of a risk management approach for data gloves used in assembly. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Integrating manufacturing into industry 4.0 has attracted researchers’ attention to deal with the emerging challenges and broaden knowledge in manufacturing in the context of industry 4.0. The rapid development of industry 4.0 increases the interaction of humans, technologies, and organizations. Thus, the possibility of increasing complexity and new challenges. Hence, new topics in the research area will arise to address these complexities and challenges.

Safety as a priority in designing any systems is one subject that requires more attention in manufacturing in industry 4.0. Applying emerging technologies in the manufacturing 4.0 contexts may introduce new hazards to the system. Therefore, methods that can help identify these hazards are of interest. Many approaches, from classical to systemic, have been studied in the manufacturing 4.0 contexts. However, classical approaches might not identify all factors that affect system safety. Hence, innovative and different approaches are required to address the complexity of these systems and assist analysts in risk analysis. These innovative approaches should consider a systemic perspective.

Functional Resonance Analysis Method (FRAM) and Systems-Theoretic Accident Model and Processes (STAMP) are two new systemic approaches that have attracted many types of research in various fields of study in recent decades. In this study, they will be applied in an assembly 4.0 context to provide an understanding of the system from the perspective of occupational health and safety (OHS) and operational risk analysis.

Firstly, smart wearables use in manufacturing and their OHS and operational concerns are discussed to show the project's relevance and priority and originality. Then, a description of case studies, their components, and their interactions with each other will be elaborated. Regarding the complexity of the studied systems, FRAM and STAMP will be applied to draw conclusions. The obtained results of each application revealed new findings of the systems’ components and their interactions that could be considered in designing an assembly 4.0 system when a new technology (in this study, a data glove) is introduced.

Despite the considerable advantages of these tools in OHS and operational risk analysis, there is still the need for more research to develop them, particularly for our specific study context. While FRAM captures an overview of the system components and their interactions, STAMP allows for a detailed analysis of different system components. Therefore, the integration of FRAM/STAMP is proposed to benefit the analysts from advantages offered by FRAM and STAMP without sacrificing their characteristics and covering their weak points in the analysis. The proposed unique integrated approach will assist in analyzing OHS and operational risks of assembly 4.0 systems, especially in the designing phase, to ensure safe working conditions for humans and machines interactions. Moreover, the results can improve the design of data gloves that will be applied in manufacturing and provide a perspective for designers to develop this emerging technology.

Finally, this study hopes to provide answers for researchers and an outlook for more arising questions, the proposed method's development, and application in other fields in future studies.

Titre traduit

Développement d'une approche de gestion des risques pour les gants intelligents utilisés dans la fabrication (assemblage)

Résumé traduit

Le développement rapide d'industrie 4.0 augmente les interactions entre les humains, les technologies et les organisations. Ce qui augmente la complexité des systèmes de fabrication et amène de nouveaux défis. De nouveaux sujets de recherche voient ainsi le jour, pour répondre à ces défis et élargir les connaissances nécessaires à l’industrie pour y faire face.

La sécurité en tant que priorité dans la conception de tout système est un sujet qui nécessite plus d'attention dans la fabrication dans l'industrie 4.0. L'utilisation de technologies émergentes dans le contexte de la fabrication 4.0 peut introduire de nouveaux dangers. Par conséquent, les méthodes qui peuvent aider à identifier ces dangers sont essentielles. De nombreuses approches, du classique au systémique, ont été étudiées dans le contexte de la fabrication 4.0. Cependant, les approches classiques peuvent ne pas identifier tous les facteurs qui affectent la sécurité du système. Par conséquent, des approches innovantes et différentes sont nécessaires pour faire face à la complexité de ces systèmes et supporter les analystes dans l'analyse des risques. Ces approches innovantes devraient considérer une perspective systémique au lieu d'une perspective linéaire telle qu’utilisée dans les approches classiques.

Les méthodes Functional Resonance Analysis Method (FRAM) et Systems-Theoretic Accident Model and Processes (STAMP) sont deux nouvelles approches systémiques qui ont fait l’objet de nombreuses recherches dans divers domaines d'études au cours de la dernière décennie. Dans cette étude, elles seront utilisées dans un contexte d'assemblage 4.0 pour fournir une compréhension du système du point de vue de la santé et de la sécurité au travail (SST) et de l'analyse des risques opérationnels.

Dans un premier temps, la SST et les préoccupations opérationnelles de l'utilisation des vêtements intelligents dans la fabrication sont discutées pour montrer l'importance et l'originalité du projet. Ensuite, une description des études de cas, de leurs composants et de leurs interactions entre elles sera élaborée. Concernant la complexité des systèmes étudiés, FRAM et STAMP seront utilisées pour tirer des conclusions. Les résultats obtenus de chaque application ont révélé de nouveaux facteurs qui pourraient être pris en compte dans la conception d'un système d'assemblage 4.0 lorsqu'une nouvelle technologie (dans cette étude, un gant de données) est introduite.

Malgré les avantages considérables de ces outils en SST et en analyse des risques opérationnels, des recherches supplémentaires sont encore nécessaires pour les développer, en particulier pour notre contexte d'étude spécifique. Alors que FRAM capte un aperçu des composants du système et de leurs interactions, STAMP permet une analyse détaillée des différents composants du système. Par conséquent, une intégration de FRAM/STAMP est proposée pour tirer profit des avantages offerts par FRAM et STAMP sans sacrifier leurs caractéristiques et en couvrant leurs points faibles dans l'analyse. L'approche intégrée proposée aidera à analyser la SST et les risques opérationnels des systèmes d'assemblage 4.0, en particulier dans la phase de conception, afin de garantir des conditions de travail plus sûres pour les interactions entre les humains et les machines. De plus, les résultats peuvent améliorer la conception des gants de données qui seront utilisés dans la fabrication et fournir une perspective aux concepteurs pour développer cette technologie émergente.

Enfin, cette étude espère apporter des réponses aux chercheurs et des perspectives pour des questions plus émergentes, le développement de la méthode proposée et son application dans d'autres domaines dans les études futures.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 189-221).
Mots-clés libres:	industrie 4.0, FRAM, STAMP, assemblage 4.0, analyse des risques SST, analyse des risques opérationnels
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Nadeau, Sylvie
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	29 juin 2022 17:43
Dernière modification:	29 juin 2022 17:43
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3030

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