Modeling and qualification of future digitalized assembly work

Khoddammohammadi, Nasim (2023). Modeling and qualification of future digitalized assembly work. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In recent years, the utilization of smart wearables has gained prominence in various industries, promising enhanced productivity and ergonomic benefits. This dissertation presents a comprehensive research study on the implementation of smart glasses (connected glasses) in the transition from manual assembly into complex hybrid assembly systems in Industry 5.0.

The objective is to address the usability and impacts of these intelligent wearables in hybrid assembly lines and gather scientific knowledge and data on the practicality of utilizing smart wearables in such environments. The study underscores the significance of addressing the challenges posed by complex hybrid assembly lines and highlights the potential usage of smart glasses.

The integration of smart glasses into a complex hybrid work environment, encompassing mechanical, pneumatic, and automated equipment, is explored from both an ergonomics and human factors perspective, as well as operational considerations. Smart glasses, despite their potential, have been little explored with regard to their joint micro/macro impacts. The study conducted an experimental evaluation (micro workstation level study) using Nielsen's framework to evaluate the usability and usefulness of smart glasses. Realistic scenarios were designed for a set of physical assembly scenarios on a simulated plane engine/turbine. Furthermore, instructions of assembly scenarios were planned both on paper and in smart glasses for comparison reasons which offered interesting results regarding quality and time aspects of the work. Extensively, STAMP-STPA and FRAM (systemic macro analysis) analysis were used to identify potential safety hazards and failures within a complex system of such as well as identifying interactions and dependencies among system elements and potential consequences of system changes.

Experimental results indicate that there is no improvement in quality after the introduction of smart glasses (connected glasses). Although missed instructions were the same with and without smart glasses, more bolts were left loose after using the smart glasses and there were slightly fewer alignment errors with the smart glasses. The only significant reduction in completion time in the study was seen in scenario without smart glasses with pneumatic tool.

Systemic analysis results indicate that the implementation of smart glasses in assembly processes resulted in variable worker performance influenced by experience and environmental factors, highlighting the need for comprehensive training and mechanisms feedback. Safety concerns include the risk of incorrect assembly or defective products due to eyewear errors. The study highlights the importance of improved clarity of instructions and two-way communication for enhanced safety

These findings provide valuable insights into the practical considerations of implementing smart devices in such environments and offer recommendations for improving worker efficiency and effectiveness. Undoubtedly, smart glasses, despite their potential, have been little explored regarding their joint micro/macro impacts on operational indicators and ergonomic/human factors of such assembly systems. The results could serve as a basis for future developments and optimizations in the use of smart devices, hopefully improving efficiency in complex and hybrid assembly line operations.

In conclusion, this research contributes to the understanding of the challenges and opportunities associated with the integration of smart glasses into complex and hybrid manufacturing systems, highlighting their potential to improve worker effectiveness and efficiency.

Titre traduit

Modélisation et qualification du travail d'assemblage numérisé futur

Résumé traduit

Au cours des dernières années, l'utilisation des dispositifs intelligents portables a gagné en importance dans diverses industries, promettant une productivité améliorée et des avantages ergonomiques. Ce mémoire présente une étude de recherche approfondie sur la mise en œuvre de lunettes intelligentes (lunettes connectées) dans la transition de l'assemblage manuel vers des systèmes d'assemblage hybrides complexes dans un contexte d'Industrie 5.0. L'objectif est d'aborder l'utilisabilité et les impacts de ces dispositifs intelligents dans les lignes d'assemblage hybrides et de rassembler des connaissances scientifiques et des données sur les aspects pratiques de l'utilisation de dispositifs intelligents dans de tels environnements. L'étude souligne l'importance de relever les défis posés par les lignes d'assemblage hybrides complexes et met en évidence l'utilisation potentielle des lunettes intelligentes.

L'intégration des lunettes intelligentes dans un environnement de travail complexe et hybride, intégrant des équipements mécaniques, pneumatiques et automatisés, est explorée du point de vue de l'ergonomie et des facteurs humains, ainsi que des considérations opérationnelles. Les lunettes intelligentes, malgré leur potentiel, ont été peu explorées en ce qui concerne leurs impacts conjoints micro/macro. L'étude a permis de mener une évaluation expérimentale (étude micro au niveau du poste de travail) en utilisant le cadre de Nielsen pour évaluer l'utilisabilité et l'utilité des lunettes intelligentes. Des scénarios réalistes ont ainsi été conçus pour un ensemble de tâches d'assemblage physique sur un moteur/turbine d’avion simulé. De plus, des instructions pour les scénarios d'assemblage ont été planifiées à la fois sur papier et sur des lunettes intelligentes à des fins de comparaison, ce qui a offert des résultats intéressants concernant la qualité et le temps. De manière approfondie, des analyses STAMP-STPA et FRAM (étude macro analyse systémique) ont été utilisées pour identifier les risques potentiels pour la sécurité et les défaillances possibles au sein d'un système complexe tel que celui-ci, ainsi que pour identifier les interactions et les dépendances entre les éléments du système et les conséquences potentielles des changements du système.

Les résultats expérimentaux indiquent qu'il n'y a pas d'amélioration de la qualité après l'introduction des lunettes intelligentes (lunettes connectées). Bien que les instructions manquées étaient les mêmes avec ou sans lunettes intelligentes, plus de boulons ont été laissés desserrés après avoir utilisé les lunettes intelligentes et il y avait légèrement moins d'erreurs d'alignement avec les lunettes intelligentes. La seule réduction significative du temps de réalisation de l’étude a été observée dans le scénario sans lunettes intelligentes avec outil pneumatique.

Les résultats de l'analyse systémique indiquent que la mise en œuvre de lunettes intelligentes dans les processus d'assemblage a entraîné des performances variables des travailleurs influencées par l'expérience et des facteurs environnementaux, soulignant la nécessité d'une formation complète et de mécanismes de retour d'information. Les problèmes de sécurité incluent le risque d'assemblage incorrect ou de produits défectueux dus à des erreurs de lunettes. L’étude souligne l'importance d'une meilleure clarté des instructions et d'une communication bidirectionnelle pour une sécurité renforcée.

Ces résultats fournissent des informations précieuses sur les considérations pratiques de la mise en œuvre de dispositifs intelligents dans de tels environnements et proposent des recommandations pour améliorer l'efficacité et l’efficience des travailleurs. Sans aucun doute, les lunettes intelligentes, malgré leur potentiel, ont été peu explorées en ce qui concerne leurs impacts conjoints micro/macro sur les indicateurs opérationnels et les facteurs ergonomiques/humains de tels systèmes d'assemblage. Les résultats pourraient servir de base pour les développements futurs et les optimisations dans l’utilisation de dispositifs intelligents, en espérant améliorer l'efficacité dans les opérations de lignes d'assemblage complexes et hybrides.

En conclusion, cette recherche contribue à la compréhension des défis et des opportunités associés à l'intégration de lunettes intelligentes dans les systèmes de fabrication complexes et hybrides, en mettant en évidence leur potentiel pour améliorer l’efficacité et l’efficience des travailleurs.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in occupational health and safety risk". Comprend des références bibliographique (pages 115-133).
Mots-clés libres:	industrie 5.0, systèmes hybrides, assemblage complexe, lunettes intelligentes, lunettes connectées
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Nadeau, Sylvie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	20 févr. 2024 20:33
Dernière modification:	20 févr. 2024 20:33
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3417

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