Die ergonomische Gestaltung eines Produktes wird genauso wie die ergonomische Arbeitsplatzgestaltung zunehmend durch virtuelle Werkzeuge unterstützt. In diesem Beitrag wird vorgestellt, inwieweit digitale Menschmodelle als Werkzeuge virtueller Ergonomie in den CAx-/PLM-Systemen und der Digitalen Fabrik funktionieren. Anhand einer Evaluierung dieser Systeme in der Praxis wird aufgezeigt, welche Methoden die digitalen Menschmodelle erfolgreich zur Verfügung stellen und in welchen Bereichen eine Weiterentwicklung nötig ist. Dabei soll die Frage beantwortet werden, ob die Werkzeuge einer virtuellen Ergonomie auch zukünftig Expertentools bleiben, oder ob sich die Systeme als ergonomische Standardwerkzeuge etablieren könnten.

Digitale Menschmodelle sind wichtige Werkzeuge der Produkt- und Prozessentwicklung. In diesem Beitrag wird der Stand der Technik der Modelle, die in CAx- oder PLM-Systemen eingesetzt werden, dargelegt. Wichtige Eigenschaften der einzelnen Modelle sowie eine zusammenfassende Einschätzung der Vor- und Nachteile werden vorgestellt. / Digital human models are important tools for product and process design. This paper describes state of the art models used within CAx- or PLM-Systems.

Zur ergonomischen Analyse manueller Arbeitsprozesse wird an der Professur Arbeitswissenschaft ein Modell für dynamische Beanspruchungen entwickelt. Dazu wurden diese analytisch zerlegt und parametrisiert. In einem Laborversuchsstand werden elementare dynamische Beanspruchungen einzelner Körperteile systematisch mittels elektromyografischer Messung der beteiligten Muskeln untersucht und anschließend analysiert. Es konnten Zusammenhänge zwischen den Belastungsgrößen Bewegungsgeschwindigkeit, Bewegungswiderstand (Moment) und Bewegungsrichtung und der Beanspruchungsgröße der elektrischen Muskelaktivität gezeigt werden.

Digitale Menschmodelle (DMM) werden aktuell in Unternehmen vorwiegend zur ergonomischen Planung und Überprüfung der Ausführbarkeit und Erträglichkeit von Arbeitsprozessen eingesetzt. Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe „The Smart Virtual Worker“, welche im Interdisziplinären Kompetenzzentrum Virtual Humans der TU Chemnitz angesiedelt ist, entstand ein Framework zur Simulation komplexer Arbeitsabläufe im Kontext der virtuellen Fabrik. Ziel war die Entwicklung eines digitalen Menschmodells für den Einsatz in klein- und mittelständischen Unternehmen. Hierbei standen die autonome Steuerung, eine realistische Animation sowie die Einbeziehung physischer und psychischer Faktoren in die ergonomische Bewertung eines Arbeitsablaufes im Mittelpunkt. Darauf aufbauend wurde eine haptische Nutzerschnittstelle zur interaktiven Fabrik- und Aufgabenplanung entwickelt. Neben der Positionierung von statischen Objekten ist mit diesem Interface auch die Integration und Anpassung von Arbeitsaufgaben möglich.

Bei einer altersgerechten Arbeitsgestaltung mittels digitaler Menschmodelle (DMM) sind die altersbedingten Veränderungen der menschlichen Leistungsfähigkeit zu berücksichtigen. Altersbedingte Veränderungen wie bspw. der Beweglichkeit sind aktuell nur rudimentär bei der virtuellen Arbeitsprozessgestaltung abbildbar. Deshalb wird im Beitrag ein Konzept zur Integration von Altersfaktoren in DMM vorgestellt. Dem User-Centered-Design Prozess folgend, werden die einzelnen Schritte zur Integration von Altersfaktoren am Beispiel der Beweglichkeit dargestellt. Dazu werden die erhobenen Nutzeranforderungen und die Darstellung der nutzerorientierten Konfiguration der Altersfaktoren im DMM dargestellt. Im Ergebnis wird gezeigt, wie altersbedingte Veränderungen der menschlichen Leistungsfähigkeit in DMM nutzer-orientiert eingebunden werden können. Dem Nutzer soll damit perspektivisch eine effektive und effiziente altersgerechte Gestaltung in DMM mittels akkurater, relevanter Daten sowie geeigneter Unterstützung ermöglicht werden.

Der Einsatz von digitalen Menschmodellen erlaubt neben einer frühzeitigen ergonomischen Analyse die Gestaltung von Arbeitsprozessen und stellt ein hilfreiches Werkzeug in der Produkt- und Prozessgestaltung dar. Im Rahmen dieses Beitrages soll auf ausgewählte Schwerpunkte der Entwicklung des digitalen Menschmodells „The Smart Virtual Worker“ eingegangen werden. Das Forschungsprojekt soll einen Beitrag zur Lösung, der mit dem demografischen Wandel der Gesellschaft einhergehenden Herausforderungen leisten. Die daraus resultierenden Forschungsschwerpunkte liegen insbesondere in der Einbeziehung von Alterungs- und psychischen Faktoren in die Bewegungsgenerierung des Menschmodells und der Modellierung von Umweltbedingungen. In Umsetzung des Projektes wurde ein erstes Arbeitsszenario erarbeitet, auf dessen Basis die vorgenannten Forschungsaufgaben interdisziplinär gelöst werden sollen.

Die ergonomische Gestaltung eines Produktes wird genauso wie die ergonomische Arbeitsplatzgestaltung zunehmend durch virtuelle Werkzeuge unterstützt. In diesem Beitrag wird vorgestellt, inwieweit digitale Menschmodelle als Werkzeuge virtueller Ergonomie in den CAx-/PLM-Systemen und der Digitalen Fabrik funktionieren. Anhand einer Evaluierung dieser Systeme in der Praxis wird aufgezeigt, welche Methoden die digitalen Menschmodelle erfolgreich zur Verfügung stellen und in welchen Bereichen eine Weiterentwicklung nötig ist. Dabei soll die Frage beantwortet werden, ob die Werkzeuge einer virtuellen Ergonomie auch zukünftig Expertentools bleiben, oder ob sich die Systeme als ergonomische Standardwerkzeuge etablieren könnten.

Zur ergonomischen Analyse manueller Arbeitsprozesse wird an der Professur Arbeitswissenschaft ein Modell für dynamische Beanspruchungen entwickelt. Dazu wurden diese analytisch zerlegt und parametrisiert. In einem Laborversuchsstand werden elementare dynamische Beanspruchungen einzelner Körperteile systematisch mittels elektromyografischer Messung der beteiligten Muskeln untersucht und anschließend analysiert. Es konnten Zusammenhänge zwischen den Belastungsgrößen Bewegungsgeschwindigkeit, Bewegungswiderstand (Moment) und Bewegungsrichtung und der Beanspruchungsgröße der elektrischen Muskelaktivität gezeigt werden.

Digitale Menschmodelle (DMM) werden aktuell in Unternehmen vorwiegend zur ergonomischen Planung und Überprüfung der Ausführbarkeit und Erträglichkeit von Arbeitsprozessen eingesetzt. Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe „The Smart Virtual Worker“, welche im Interdisziplinären Kompetenzzentrum Virtual Humans der TU Chemnitz angesiedelt ist, entstand ein Framework zur Simulation komplexer Arbeitsabläufe im Kontext der virtuellen Fabrik. Ziel war die Entwicklung eines digitalen Menschmodells für den Einsatz in klein- und mittelständischen Unternehmen. Hierbei standen die autonome Steuerung, eine realistische Animation sowie die Einbeziehung physischer und psychischer Faktoren in die ergonomische Bewertung eines Arbeitsablaufes im Mittelpunkt. Darauf aufbauend wurde eine haptische Nutzerschnittstelle zur interaktiven Fabrik- und Aufgabenplanung entwickelt. Neben der Positionierung von statischen Objekten ist mit diesem Interface auch die Integration und Anpassung von Arbeitsaufgaben möglich.

Die Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik sind bereits seit vielen Jahren in den einzelnen Phasen des Produktentstehungsprozess im Einsatz. Sie werden dabei u.a. auch zur Planung und Gestaltung menschlicher Arbeit eingesetzt. Mit Hilfe digitaler Menschmodelle können Aspekte des Arbeitsablaufs, der Zeitwirtschaft und der Arbeitsplatzgestaltung bereits frühzeitig untersucht und verbessert werden. Die Entwicklung effizienter Simulationssysteme steht auf diesem Gebiet jedoch insbesondere im Vergleich mit anderen Bereichen, wie beispielsweise der Robotersimulation, noch am Anfang. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich zunächst mit der Analyse bereits existierender Menschmodell-Simulationssysteme. Aus den identifizierten Schwachstellen dieser Systeme und weiteren durch Experteninterviews sowie Literaturrecherche gewonnenen Erkenntnissen wird eine Anforderungsliste erstellt, die als Grundlage für die Konzeption und Umsetzung eines innovativen Ansatzes zur Ansteuerung und Bewegungsgenerierung für digitale Menschmodelle dient. Diese neuartige Methodik wird schließlich in ein Simulations-Softwaresystem implementiert und anschließend im Praxis-Einsatz evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass das neue System die Mängel der vorhandenen Systeme behebt und somit als Werkzeug zur effizienten Planung, Gestaltung und Bewertung menschlicher Arbeit geeignet ist. / For many years the tools and methods of the Digital Factory are used in various stages of the product development process. They are also used for the planning and design of human work, which is typically done using a digital human model. Aspects of the workflow, time management and workplace design can be investigated and improved upon in the early stages of the product development process using digital human models. But in this field the development of efficient simulation systems is not matured enough compared to other fields for e.g. robot simulation. This paper starts with an analysis of existing simulation systems for digital human models. Afterwards a requirements list is created from the identified weaknesses of these systems, knowledge gained through expert interviews and literature reviews. These requirements serve as the base for the design and implementation of an innovative approach for motion generation and control of digital human models. This new methodology is then implemented as a simulation software system and evaluated in practical applications. The developed system fixed the shortcomings of existing systems and thus it is a suitable tool for efficient planning, design and evaluation of human labor.