Mit dem digitalen Menschmodell IPS IMMA unserer Abteilung »Mathematik für die Fahrzeugentwicklung« lassen sich Mensch-Maschine-Interaktionen bei Montagearbeiten simulieren. Unser Softwaremodul IMMA bietet schnelle und effiziente Algorithmen zur einfachen Bewertung der Ergonomie von Montageprozessen. Die simulierten Bewegungen eines IMMA-Manikins resultieren auf einem biomechanischen Modell. Sie sind so berechnet, dass es keine Kollision mit sich selbst und den Objekten in der Umgebung gibt und die Bewegungen so komfortabel wie möglich gestaltet sind. Dabei optimieren wir »biomechanische Komfortfunktionen« welche es ermöglichen, menschliche Bewegungen auch für gänzlich unbekannte und neue Szenarien verlässlich vorherzusagen.
Mehrkörpermodell berechnet optimale Bewegungen
Als biomechanisches Modell verwenden wir ein Mehrkörpermodell, das von einer vereinfachten menschlichen Skelettstruktur abgeleitet ist. Das Modell besteht aus 82 Knochensegmenten, die durch Gelenke miteinander verbunden sind und insgesamt 162 kinematische Freiheitsgrade besitzen. Der User weist die Manikins mit einer Anweisungssprache an, in verschiedenen Körperhaltungen zu arbeiten und mit der Umwelt zu interagieren. Auf Basis des biomechanischen Mehrkörpermodells werden Mensch-Maschine-Interaktionen im Fahrsimulator automatisch berechnet, und zwar so, dass sie nicht nur Kollisionen vermeiden, sondern u.a. Folgendes miteinbeziehen:
- Gleichgewicht, der im Modell wirkenden Kräfte und Momente
- kinematischer Zwangsbedingungen
- äußere Kontaktkräfte
- Haltungskomfort
Die Ergebnisse einer solchen Bewegungssimulation analysieren wir anschließend unter ergonomischen Kriterien weiter. In IMMA können mehrere Manikins mit verschiedener Anthropometrie gleichzeitig berechnet werden. So lassen sich Simulationen leicht durchführen, die auch die Varianz menschlicher Körpermerkmale innerhalb einer Population berücksichtigen.
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
