Ein Ansatz zur CAD-integrierten muskuloskelettalen Analyse der Mensch-Maschine-Interaktion
Daniel Benjamin Krüger
Aufgrund stetig verkürzter Produktlebenszyklen besteht der Bedarf, ergonomische Produkteigenschaften möglichst frühzeitig im Produktentwicklungsprozess abzusichern.
Ein vielversprechender Ansatz hierzu sind Simulationen mit Mehrkörpermodellen des menschlichen Bewegungsapparates (muskuloskelettale Menschmodelle), welche die Berechnung von experimentell kaum messbaren biomechanischen Beanspruchungen ermöglichen, die sich als Folge einer äußeren Belastungssituation im Bewegungsapparat einstellen. Allerdings ist die Integration dieser aus der bewegungsmedizinischen Grundlagenforschung stammenden Technologie in die rechnerunterstützte Prozesskette der Produktentwicklung bislang nicht befriedigend gelöst. Die vorliegende Dissertation soll dazu beitragen, insbesondere die Datendurchgängigkeit zwischen dem CAD-System als zentralem Synthesewerkzeug der Produktentwicklung und muskuloskelettalen Mehrkörpersimulationssystemen herzustellen und somit den Einsatz muskuloskelettaler Menschmodelle zur virtuellen Absicherung ergonomischer Produkteigenschaften zu erleichtern.
Neben einem Schema zur informationstechnischen Kopplung der CAD- und MKS-Datenstrukturen werden hierzu drei neue Klassen von CAD-Features entwickelt, welche die Anreicherung von Produktmodellen mit Informationen zur Mensch-Maschine-Interaktion ermöglichen. Dieses semantisch erweiterte Produktmodell bildet die Grundlage für ein auf mathematischer Optimierung basierendes prädiktives Simulationsverfahren zur Vorhersage physikalisch konsistenter Körperhaltungen und den damit verbundenen biomechanischen Beanspruchungsgrößen. In Summe führen diese Komponenten auf die Entwicklung eines integrierten Softwarewerkzeugs, das dem Produktentwickler die quantitative Analyse von Mensch-Maschine-Interaktionen im unmittelbaren Kontext des geometrischen Produktentwurfs ermöglicht.
