Table Of ContentENlWICKLUNG UND ERPROBUNG DER SPRACHEINGABE
UNO -AUSGABE BEl DER MENSCHENGERECHTEN PROGRAMMIERUNG
VON CNC-ROBOTERSYSTEMEN FOR DAS SCHWEISSEN
BEl AUFI'RAGSGEBUNDENER EINZELFERTIGUNG
Von der Fakultat fijr Maschinenwesen der
Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule Aachen
zur Erlangung des akademischen Grades einer
Doktor-Ingenleurin
genehmigte DissenatIon
Vorgelegt von
Diplom-Ingenieurin Birgit Scherff
aus Solingen
Referent: o. Professor em. Dr.-Ing. R. Hackstein
Korreferent: Umversitiits-Professor Dr.-Ing. P. Drews
Korreferent: Prof. Dr.-Ing., Dipl.-Win.-Ing. H.G. Baumann
Tag der mimdlichen Priifung: 14. Dezember 1990
EN1WICKLUNG UND ERPROBUNG DER SPRACHEINGABE
UND -AUSGABE BEl DER MENSCHENGERECHTEN PROGRAMMIERUNG
VON CNC-ROBOTERSYSTEMEN FOR DAS SCHWEISSEN
BEl AUFfRAGSGEBUNDENER EINZELFERTIGUNG
Von der Fakultiit fUr Maschinenwesen der
Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule Aachen
zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktor-Ingenieurs
genehmigte Dissertation
Vorgelegt von
Diplom-Ingenieurin Birgit Scherff geb. Vogel
aus Solingen
Referent: Universitats-Professor em. Dr.-Ing. R. Hackstein
Korreferent: Universitiits-Professor Dr.-Ing. P. Drews
Korreferent: Professor Dr.-Ing. H.G. Baumann
Tag der miindlichen Priifung: 14. Dezember 1990
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Forschung fur die Praxis • Band 36
Berichte aus dem
Forschungsinstitut fur Rationalisierung (FIR)
und dem Lehrstuhl und Institut
fur Arbeitswissenschaft (lAW)
der Rheinisch-Westfalischen
Technischen Hochschule Aachen
Herausgeber: o. Prof. em. Dr.-Ing. R. Hackstein
B. Scherff
Spracheingabe zur
Programmierung von
SchweiBrobotern
Mit 54 Abbildungen und 6 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg NewVork
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest
Dipl.-Ing. Birgit Scherff
Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Forschungsinstitut fOr Rationalisierung
an der Rheinisch-WestfcUischen Technischen Hochschule Aachen
o. Prof. em. Dr.-Ing. Rolf Hackstein
Bis zu seiner Emeritierung am 30.6.90 Inhaber des Lehrstuhls und Oi
rektor des Instituts fOr Arbeitswissenschaft, Oirektor des Forschungs
instituts fOr Rationalisierung an der Rheinisch-Westtalischen Techni
schen Hochschule Aachen
D 82 (Diss. TH Aachen)
Entwicklung und Erprobung der Spracheingabe- und -ausgabe bei der
menschengerechten Programmierung von CNC-Robotersystemen fOr
das SchweiSen bei auftragsgebundener Einzelfertigung
ISBN-13: 978-3-540-53953-7 e-ISBN-13: 978-3-642-95658-4
001: 10.1007/978-3-642-95658-4
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@ Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 1991
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die elgenen Albeiten die volistAndlgen Vorschriften oder Rlchtlinien in der Jewells gOlllgen Fassung
hinzuzuziehen.
Gesarntherstellung:
2160 I 3020-54321 0
Vorwort des Herausgebers
Die Mechanisierung und Automatisierung der industriellen Produktion hat in den
vergangenen Jahren weiter stlindig zugenommen. Begriffe wie "Flexible Fenigungs
systeme", "Robotereinsatz" oder "CNC-Maschinen" sind einige Deskriptoren dieser
Entwlcklung. Mit steigender Komplexitat der eingesetzten Anlagen, Maschinen und
Verfahren erhohen sich auch die Anforderungen an die Organisation des Zusammen
wrrkens von Mensch, Betriebsmittel und Material. Die Beherrschung und Verbesserung
dieser Ablauforganisation wird mehr und mehr zum entscheidenden Faktor flir einen
erfolgreichen Einsatz modemer ProduktionsleChnologien.
Die Ablauforganisation in den Fabriken der Zukunft wird yom Einsatz der Informations
technik gepragt sein. Einen der Anwendungsschwerpunkte der Informationstechnik in der
Ablauforganisation von Produktionsbetrieben bildet der Einsatz von Informations
systemen flir die Planung und Steuerung von Produktionsablaufen einschlieBlich des
Transportes und der Lagerung.
Der Erfolg solcher InformatlOnssysteme ist in besonderem MaBe davon abhangig, wie gut
es gelingt, bei der Entwicklung und beim Einsatz der Systeme gleichermaBen sowohl die
technisch organisatorischen als auch die humanen (arbeitswissenschaftlichen) Aspekte zu
berUcksichtigen. Wahrend sich die technologische Entwicklung namlich auf dem
Hardware-Sektor auBerst rasant vollzieht, ist zu beobachten, daB zwischen der durch die
Hardware gebotenen Moglichkeiten und der durch entsprechende Methoden und
Programme (Software) realisienen Anwendungen eine immer grbBere LUcke entsteht, die
als "Software Lucke" bezelchnet wrrd.
Erfolge beim betriebhchen Einsatz konnen welterhin aber auch nur dann erreicht werden,
wenn der Mensch die oben genannten Informationssysteme akzeptien. Das aber gelingt
nur, wenn der Mensch die slch ergebenden Veninderungen posltiv bewaltigen kann. Da
blsher zu wenig Beweghchkelt, Einfallsreichtum und Flexiblhtat bel der Entwicklung
neuer Bedingungen fur die Gestaltung der Arbeitszelt, des Arbeitsplatzes, des Arbeits
kriifteeinsatzes, der Arbeitsorganisation und ahnlichem festzustellen ist, zelgt slch hier
eine zwelte, lmmer groBer werdende Lucke, rue vielfach als "Akzeptanzliicke" bezeichnet
wird und die in ihren negauven Auswirkungen der "Software-LUcke" slcherlich nicht
nachsteht.
Daruber hmaus 1st es heute 1m Hinbhck auf die Wirtschaftlichkeit von Neuen
Technologlen noch alIzu haufig ublich, daB man unter der Forderung nach "genngeren
Kosten" vorzugsweise "geringere Produktionskosten" und unter "haherer Leistung"
vorzugsweise "hahere menschliche Anstrengung" versteht. Es erhebt sich aber vor dem
Hintergrund der Massenarbeitslosigkeit die Frage, inwieweit man heute Neue Techno
logien als Ersatz filr Alte Technologien vorzugsweise durch Reduzierung der Personal
kosten anstreben muB und man hahere Leistung vorzugsweise nur durch Erhahung der
menschlichen Anstrengung erreichen kann.
Industrielle FUhrungskriifte sollen hingegen wissen, daB gerade die mit dem Begriff des
Computers verbundenen Neuen Technologien so gestaltbar sind, daB dem Menschen nicht
hahere Anstrengungen zugemutet wird, sondern der Computer die Arbeit des Menschen
so unterstlitzen kann, daB das Leistungsergebnis -und darauf kornrnt es ja an -verbessert
wird. Es ist folglich zu prtifen, welche Neuen Technologien geeignet sind, sowohl die
Wirtschaftlichkeit zu steigern, als auch den Personalfreisetzungseffekt zu verrneiden.
Die Arbeiten der beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, des Forschungsinstitutes
filr Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen und des Lehrstuhls und Institutes fUr
Arbeitswissenschaft (lAW) der RWTH Aachen, sind vor diesem Hintergrund darauf
gerichtet. Beitrlige zur SchheBung der angezeigten LUcken und zur Realisierung der
genannten Forderungen zu leisten. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird die
Schriftenreihe "FIR-IAW-Forschung ftir die Praxis" herausgegeben. Der vorliegende
Band setzt diese Reihe fort. Die bisher erschienenen Titel sind am SchluB dieses Bandes
aufgeftihrt.
Der Verfasserin danke ich fUr die geleistete Arbeit, dem Verlag fUr die Aufnahme dieser
Schriftenreihe in sein Prograrnm und allen anderen Beteiligten fUr ihren Beitrag zum
Gelingen des Bandes.
Rolf Hackstein
Emleitung
2 Problemstellung 3
3 Prograrruruerung von SchweiBrobotern 8
3.1 Stand der Technik bei der Programmierung von
SchweiBrobotem 8
3.2 Probleme und Losungsweg 10
4 Software-Entwlcklung fur die Roboterprogrammierung 16
4.1 Stand der Forschung bei der Software-Entwicklung 16
4.1.1 Modellierung und Aufgabenonentterung 16
4.1.2 Grundlagen der Interaktionstechruk 20
4.1.3 Praktischer Software-Entwurf 21
4.2 Facharbeitergerechte Software-Gestalnmg -Entwicklung
derMethode 22
4.2.1 Systemtechnischer Entwurf 24
4.2.2 Grundlagen des Software-Entwurfs auf der Basis der HRT
27
4.3 Facharbeitergerechte Software-Entwicklung -Anwendung
derMethode 30
4.3.1 Systemtechnischer Entwurf 30
4.3.2 Software-Entwurf auf der Basis der HRT 33
4.3.3 Zusarnmenfassung Software-Entwurf -theoretlscher
Entwurf 40
4.3.4 Praktischer Entwurf und Untersuchung der altemativen
Meniistrukturen 41
5 Sprachein-und -ausgabe (SEA) 47
5.1 Stand der Technik und Probleme belm praktischen Einsatz
49
5.1.1 Technische Grundlagen 50
5.1.1.1 Einordnung der Sprachein-I-ausgabesysteme 50
5.1.1.2 Sprecherabhlingige Einzelworterkennung 53
5.2 Sprachein-I-ausgabe als Tell der MMS -Stand der
Forschung 56
5.2.1 Bisherige Einsatzfalle 56
5.2.2 Untersuchtmgen zu alternativen Ein-und Ausgabetechniken
57
5.2.3 Qualifizierung und Sprachverhalten 58
II
5.3 LOsungsweg und LOsung 59
5.3.1 Technikauswahl 59
5.3.2 Wortschatzentwieklung 62
5.3.3 Einsatzkriterien aus arbeitswissenschaftlieher Sieht 66
5.3.4 Gestaltung auditiver Mentis 67
5.3.5 QualifIkation und Training 69
5.4 Praktisehe Uberpriifung fUr die Roboterprogrammierung 70
5.4.1 Maehbarkeitstiberpriifung irn Uinnbereich 70
5.4.1.1 Ergebnisse beim Test des Spracheingabegerats ohne Funk-
tibertragung 71
5.4.1.2 Weitere Uberpriifung der Erkennungssieherheit 73
5.4.1.3 Ergebnisinterpretation 74
5.4.1.4 Spraeheingabe mit Funktibertragung 74
5.4.1.5 Empfeblungen 75
5.4.2 Priifung der Einsatzkriterien fUr die
Roboterprogrammierung 76
5.5 Zusarnmenfassung und Ausbliek 78
6 Experirnentelle Priifung der SEA bei der werksttieknahen
Programmierung 79
6.1 Fragestellung 80
6.1.1 Theoretische Grundlagen der Beurteilung 81
6.1.1.1 Beurteilung der Spraehein-/-ausgabe aus Sieht der HRT 81
6.1.1.2 Mentale Ressourcen 83
6.1.1.3 Dialogfonnen und Gedaehtniskode 85
6.1.1.4 Modell der Motorik 86
6.1.2 Herleitung des Versuehs 87
6.1.2.1 Versuehsanlage 89
6.1.2.2 Versuehsablauf 94
6.1.2.3 Datengewinnung 95
6.1.3 Ergebnisse des Experiments Al 96
6.1.3.1 Statistisehe Auswertung und Interpretation 96
6.1.3.2 Qualitative Auswertung und Interpretation 99
6.1.3.3 Gestaltungshinweise 101
6.1.3.4 Zusarnmenfassung und weiteres Vorgehen 102
6.1.4 Experiment A2 103
6.1.4.1 Statistisehe Ergebnisse 103
6.1.4.2 Interpretation der statistisehen Ergebnisse 105
6.1.5 Experiment B 107
6.1.5.1 Statistische Ergebnisse 109
6.1.5.2 Interpretation der Ergebnisse 111
6.1.5.3 Zusarnmenfassung und weiteres Vorgehen 113
6.1.6 Experiment C 113
6.1.6.1 Ergebnisse 115
III
6.1.6.2 Interpretation der Ergebnisse 117
6.1.6.3 Zusammenfassung und Ausblick 119
6.1.7 Zusammenfassung der Versuchsergebnisse 120
6.1.8 Experiment D -Lemen mit Simulation der Arbeitsmotorik
121
6.1.9 Zusammenfassung 122
6.2 Bewertung der Entwicklung der Spracheingabe und der
Vorgehensweise 122
7 Zusammenfassung 126
8 Ausblick 129
9 Literaturverzeichnis 131
10 Anhang 148
10.1 Verzeichnis der verwendeten Abkiirzungen 148
10.2 Verzeichnis der verwendeten Forme1zeichen 150
