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| von Hilmar Dunker


RAMSIS wurde zum Sitzen konzipiert. Bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge an den CAD-Programmen wies man ihm zunächst die Aufgabe zu, als dreidimensionale Schablone im virtuellen Innenraum der 3-D-Modelle zu sitzen. Die Designer schneiderten ihm dann das neue Fahrzeug auf den Leib – so wie es später auch seinem Besitzer oder Fahrer passen sollte. Bis dann der fertige Innenraum als 3-D-Modell auf dem Monitor steht, hat RAMSIS auf mehr als 4000 Fragen zur Nutzung eines Autos Antworten gegeben. Eine große Aufgabe, die RAMSIS in der Welt der sogenannten „Menschenmodelle“ zu einem ihrer prominentesten Vertreter macht.

Inzwischen beschränkt sich sein Arbeitsplatz nicht mehr allein auf die Innenräume der virtuellen Fahrzeuge. An allen Orten, an denen Ingenieure die durchschnittliche Körpergröße eines Menschen – Frau RAMSIS kommt auf 1,67 Meter, Herr RAMSIS misst 1,78 Meter – als kleinste Recheneinheit  benötigen, setzen sie dieses Menschenmodell oder einen seiner digitalen Klone ein. Bewegungsräume, Körperhaltung, Belastung, Greifbereiche, Sichtbereich oder Kollisionen sind Kriterien, die Menschenmo-delle bere-chenbar und bewertbar machen. Im Zuge der Digitalisierung der Automobilindustrie sind sie so zu unverzichtbaren Helferleins von der Fahrzeugentwicklung bis zur Planung der Produktion geworden.

Die virtuellen Puppenbauer handeln dabei nicht nur mit dem Durchschnittsmenschen. Viele Industrien sind auf die digitalen Modelle von Menschen angewiesen. So schneidert die Bekleidungsindustrie ihre Kollektionen auf digitale Köper mit den unterschiedlichsten Kleidergrößen und Bauchumfängen. Für Crashtests stehen ganze virtuelle Familien inklusive Haustiere bereit, um in computersimulierten Verkehrsunfällen tödlich zu verunglücken. Die Gesundheitsbranche fragt nach möglichst vollständigen Modellmenschen mit Knochen, Blutbahnen, Verdauungssystem und Nervensträngen. Andererseits benötigen viele Produktdesigner lediglich einzelne Teile – Hände, Beine, Füße, Köpfe – auf die sie Sonnenbrillen, Kopfhörer, Lenkräder oder Türgriffe anpassen können.

Aber die Königsklasse der Menschenmodelle ist deren Einsatz in der Digitalen Fabrik: Bevor in der Automobilindustrie der Auftrag zum Bau eines neuen Werkes erteilt wird, haben die Ingenieure die digitalen Hallen in ihren Computern bereits mit Menschenmodellen bevölkert. Die stehen an den Maschinen, tragen Kisten, halten Werkzeuge, greifen nach Komponenten, verlegen Kabel, klopfen auf Bleche, während die Ingenieure die Produktion virtuell in Betrieb nehmen. Die Fahrzeuge laufen an der Linie entlang. Der Werker dreht sich, nimmt ein Teil aus einer Kiste, hebt es auf Kopfhöhe und verschraubt es am Auto. Die Anzahl der Parameter, die jetzt berechnet werden, ist weit höher als man anfangs vermuten könnte. Die virtuellen Werker aus der RAMSIS-Familie agieren mit der gleichen Größe, mit dem identischen Greifradius, alle heben die Teile gleich hoch. Zunächst gehen die Entwickler immer von der Durchschnittsgröße aus, trotzdem muss sich ein Arbeitsplatz auch für sehr viel größere oder kleinere Mitarbeiter eignen. Mit einer Gruppe geschrumpfter oder elektronisch vergrößerter RAMSIS lassen die Entwickler die Simulationen wiederholt laufen. Vielleicht mit dem Ergebnis, dass ein bestimmter Arbeitsplatz nur für Mitarbeiter mit einer bestimmten Körpergröße geeignet sein wird. Wichtig: An der Arbeitslinie arbeiten Roboter und Menschen Seite an Seite. Maschinen werden die Menschen nicht einfach ersetzen können. Denn Menschen können sich bei weitem flexibler an ihre Umgebung anpassen.

Roboter haben eine begrenzte, maschinelle Intelligenz. Dafür verfügen sie über ein Vielfaches der Kraft eines Menschen. Sie sind für die immer gleichen Arbeitsabläufe hergestellt, Bewegungsräume und Greifbereiche sind in der Software festgeschrieben. Bei der Visualisierung einer Produktion  lassen sich deshalb die mit den Robotern verbundenen Risiken und Fehlerquellen exakt eingrenzen. „Gegenüber Robotern haben Menschen den Vorteil, dass sie flexibel, situationsabhängig und schöpferisch agieren können – was jedoch die Visualisierung in 3D-Modellen erschwert“, erläutert Jens Trepte, Geschäftsführer des Chemnitzer Ingenieursbüros IMK Automotive. Laut Trepte sei der Zeitaufwand bei der Bewegungserstellung für Menschenmodelle hoch und es fehle an notwendigen Bewertungsverfahren. Gemeinsam mit der Universität Chemnitz arbeitet IMK Automotive jetzt an der Automatisierung der Menschenmodelle. „Unser Fernziel ist die Ergänzung vorhandener Systeme um Werkzeuge zur Planung und Visualisierung menschlicher Arbeitsvorgänge.“ Und fügt hinzu: „Ausgehend von einer strukturieren Tätigkeitsbeschreibung, einem 3-D-Layout und wenigen ergänzenden Parametern soll ein System entworfen werden, das aus den Eingangsinformationen automatisch einen korrekten Bewegungsablauf für ein digitales Menschenmodell liefert.“ Ein Forschungsgegenstand sei es, die wissenschaftlichen Grundlagen zur Generierung und Bewertung biomechanisch korrekter Bewegungen zu erforschen.

Inzwischen hat Trepte den Prototypen eines 3-D-Planungswerkzeuges zur Ansteuerung von digitalen Menschenmodellen vorgestellt. „Der sogenannte ‚Editor menschlicher Arbeit‘ – kurz EMA – wurde bereits erfolgreich in Projekten eingesetzt“, berichtet Trepte.  Nach Kundenanfragen sehe er jetzt die Notwendigkeit „weitere wissenschaftliche Grundlagen zur Generierung und Bewertung biomechanischer Bewegung zu erforschen.“

Autor: Christian Raum

Forschung

Die Forschungsgruppe Automobiltechnik – FAT – ließ das Softwarewerkzeug RAMSIS für die anthropometrische Konstruktion von Fahrzeuginnenräumen entwickeln. Das notwendige ergonomische Datenmaterial erstellten Mitarbeiter des Lehrstuhls für Ergonomie der Technischen Universität München. Der Name des Menschmodells steht für „Rechnerunterstütztes Anthropologisches Mathematisches System zur Insassen Simulation“. Eigentümer von RAMSIS ist ein Konsortium der deutschen Automobilindustrie bestehend aus AUDI, BMW, Daimler, Ford, Opel, Porsche, Volkswagen sowie des Automobilzulieferers Johnson Controls. Ingenieure, Softwareentwickler, Psychologen und auch Versicherungsexperten arbeiten an der Weiterentwicklung von RAMSIS. Ein Ziel ist jetzt möglichst sichere und gesunde Arbeitsplätze zu entwerfen. Nachdem Bewegungsräume, Sichtfelder oder Belastbarkeit eines Menschen gemessen, bewertet und abgebildet sind soll die RAMSIS-Familie als nächstes mit Intelligenz und Emotionen ausgestattet werden.