Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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EMMA-CC
© Fraunhofer-Chalmers Centre Chalmers
Mit dem Tool »EMMA-CC« werden anstrengende industrielle Bewegungsabläufe ergonomischer.

© Fraunhofer-Chalmers Centre Chalmers

Ergonomische Arbeitsplatzsimulation mit IPS IMMA – Menschmodelle für die digitale Montageplanung

Virtuelle Menschmodelle in der Industrie 4.0: Ergonomie- und Bewegungsanalyse mit IPS IMMA

Mit unserem Softwarepaket IPS IMMA lassen sich menschliche Bewegungsabläufe realistisch simulieren – etwa in der Montageplanung. Das Tool kombiniert biomechanisch fundierte Haltungsvorhersagen mit anerkannten Ergonomiebewertungen. So können Arbeitsplätze und Prozesse von Beginn an ergonomischer gestaltet und gesundheitliche Belastungen für Mitarbeitende reduziert werden.

Flexible Komponenten wie Kabel oder Schläuche lassen sich ebenfalls in die Simulation einbeziehen – in Kombination mit IPS Cable Simulation.

Für dynamische Bewegungsabläufe, bei denen zusätzlich Beschleunigungen und Trägheit eine Rolle spielen, wird am Fraunhofer ITWM die ergänzende Simulationssoftware EMMAentwickelt.

Highlights – IPS IMMA ermöglicht

  • das einfache Erstellen und Validieren von Montagevorgängen
  • das automatische Positionieren von Manikins mittels automatischer Haltungsberechnung ohne manuelle Gelenkwinkelangabe
  • eine Haltungsvorhersage unter Berücksichtigung von Gelenkmomenten, Blickrichtungen, äußeren Kräften und Umgebungsinteraktionen
  • eine Ergonomieauswertung über sogenannte »Manikinfamilien«, um verschiedene Körpergrößen und -proportionen in einem Schritt zu analysieren
  • die Simulation von Einbauvorgängen
  • die Prüfung von Sichtbarkeiten, Erreichbarkeiten (inklusive Werkzeugeinsatz) und Hebe- oder Montagekräften
  • das Berücksichtigen von flexiblen Bauteilen (z.B. Kabel und Schläuche)

Optimale Bewegungsplanung mit biomechanischem Mehrkörpermodell

Das Herzstück von IPS IMMA ist ein biomechanisches Mehrkörpermodell, das auf einer vereinfachten menschlichen Skelettstruktur basiert. Es besteht aus 82 Knochensegmenten, die durch Gelenke miteinander verbunden sind und insgesamt 162 kinematische Freiheitsgrade besitzen.

Die Benutzer:innen weisen die Manikins mit einer intuitiven Anweisungssprache an mit der Umwelt zu interagieren, z. B. Greife ein Bauteil und montiere es. Die Software berechnet daraufhin automatisch eine passende Körperhaltung oder Bewegung im Hintergrund. Ein mühseliges Einstellen einzelner Gelenkwinkel ist nicht erforderlich. Auf Basis des biomechanischen Mehrkörpermodells werden Mensch-Maschine-Interaktionen in der Simulationsumgebung automatisch berechnet, und zwar so, dass sie nicht nur Kollisionen vermeiden.

Bei der Bewegungsplanung berücksichtigt IPS IMMA:

  • das Gleichgewicht aller Kräfte und Momente im Modell
  • kinematische Einschränkungen
  • äußere Kontaktkräfte
  • Haltungskomfort
Hier ist die Simulation mit der Software IPS IMMA zu sehen.
© Industrial Path Solutions Sweden AB
Im Projekt EMMA-CC steht die digitale Modellierung und Simulation menschlicher Arbeitstätigkeit im Vordergrund. Hier ist die Simulation mit der Software IPS IMMA zu sehen.

Die Ergebnisse einer solchen Bewegungssimulation können mit der Software anschließend nach ergonomischen Kriterien analysiert werden. Zudem erlaubt IPS IMMA die gleichzeitige Berechnung mehrerer Manikins mit unterschiedlicher Anthropometrie (also Körpermaßen wie Größe, Gewicht, Proportionen) – so lassen sich auf einen Blick Aussagen über ergonomische Belastungen für verschieden gebaute Menschen innerhalb einer Zielgruppe treffen.

Augmented Reality trifft Ergonomie: Neue Perspektiven im Virtual Reality Labor

In unserem Virtual-Reality-Labor wird IPS IMMA mit Augmented Reality Anwendungen verknüpft. Der Einsatz von AR-Methoden erleichtert die ergonomische Bewertung von Arbeitsprozessen. Darüber hinaus können damit Trainingskonzepte entwickeln werden, um Arbeitende in neuen Arbeitsprozessen zu schulen.

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