Mechatronische und Mensch-Technik-Systeme

Simulationssoftware ist eine wesentliche Voraussetzung für die virtuelle Entwicklung von mechanischen und mechatronischen Produkten sowie für die Planung, Anpassung und Optimierung von Prozessen mit Interaktionen von Menschen mit ihrer Umgebung.


In diesem Forschungsfeld wird die FuE-Tätigkeit des ehemaligen Instituts für Mechatronik e. V. fortgeführt. Diese umfasst die Entwicklung und Anwendung von Software zur Modellierung und Simulation des dynamischen Verhaltens von mechanischen und mechatronischen Systemen sowie zur Digitalisierung von menschlichen Bewegungen und von Mensch-Technik-Interaktionen.


Wir verwenden unsere Softwareprodukte und damit verbundene Dienstleistungen sowohl in eigenen FuE-Vorhaben als auch in Kooperationsprojekten mit anderen Forschungseinrichtungen und mit Industriepartnern. Externen Interessenten bieten wir die Software und die Dienstleitungen zum Kauf an.

Simulation der Dynamik mechanischer und mechatronischer Systeme

Mit Simulationssoftware können virtuelle Prototypen mechanischer und mechatronischer Systeme entwickelt und deren dynamisches Verhalten simuliert werden, noch ehe der erste reale Prototyp vorhanden ist. Typische Anwendungsfelder für solche Simulationen sind der Maschinen- und Anlagenbau, der Gerätebau und der Fahrzeugbau. Insbesondere in Branchen, in denen die Umsetzung realer Prototypen sehr kostspielig ist, spielt die Simulation in der Produktentwicklungsphase eine wesentliche Rolle.


Für diesen Zweck entwickeln wir die Software alaska/MultibodyDynamics. Unsere Kunden setzen diese zum Beispiel bei der Entwicklung von Windenergieanlagen ein. Die verwendeten Simulationsmodelle bilden solche Anlagen als komplexes mechatronisches System inklusive Sensoren, Aktoren und Steuerung ab. Die Vielzahl der durchgeführten Simulationen beschränkt sich dabei nicht auf eine virtuelle Inbetriebnahme, sondern sie bilden auch unterschiedlichste Ereignisse im Produktionsbetrieb nach.


Neben der General-Purpose-Software alaska/MultibodyDynamics entwickeln wir anwendungs- und kundenspezifische Software. Ein Beispiel dafür ist die Software FlexSim für die Simulation der Montage und der Belastung hochflexibler eindimensionaler Bauteile, bspw. Schläuche und Kabel.

 

Digitalisierung von Bewegungen und Interaktionen

Bei bestimmten Produkten und Prozessen spielt der Mensch als Nutzer oder als Akteur eine Hauptrolle. Um dieser Rolle bereits bei der computerbasierten Entwicklung der Produkte und Planung der Prozesse gerecht zu werden, kommen digitale Menschmodelle (DMM) zum Einsatz.


Nicht nur für die genannten Anwendungen entwickeln wir seit vielen Jahren das digitale Menschmodell Dynamicus. Es kann sowohl als Komponente in Simulationsmodellen für die General-Purpose-Software alaska/MultibodyDynamics als auch in anwendungsspezifischer Software eingesetzt werden.


Für die Erfassung von menschlichen Bewegungen und von Interaktionen mit der Umgebung verwenden wir einen Workflow, den wir kontinuierlich weiterentwickeln. Zu diesem gehört für die Bewegungsaufnahme die Anbindung von Motion-Capture-Messtechnik. Für die Erfassung von Interaktionen mit der Umgebung verwenden wir Kraftmess-Sensorik. Spezielle Software speichert die Bewegungen und Interaktionen und transformiert diese auf das DMM. Die so digitalisierten Bewegungen und Interaktionen stehen uns für nachfolgende computerbasierte Untersuchungen zur Verfügung. Wir verwenden diesen Workflow sowohl bei der Bearbeitung von Forschungsfragen im Bereich der Produktentwicklung und Prozessplanung als auch für Fragestellungen aus der Sportwissenschaft, der Rehabilitation und der Arbeitswissenschaften.


Neben der Erfassung und Verarbeitung von realen Bewegungen und Interaktionen haben wir umfangreiche Kompetenzen zur Generierung synthetischer menschlicher Bewegungen unter Berücksichtigung von Interaktionen mit virtuellen Umgebungselementen. Dafür entwickeln wir Software, die in der Fahrzeugentwicklung im industriellen Einsatz ist.

 

ICM - Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V.

Dipl.-Ing. Heiko Freudenberg

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