Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Hybrid simulators for product service-systems - Innovation potential demonstrated on urban bike mobility
    ( 2015)
    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Kind, S.
    ;
    Stark, R.
    One major goal of the Rethinking Prototyping project is to bring scientists from different domains like engineering and arts to explore collaboratively new approaches of development and testing of Product Service Systems (PSS). PSS combine products, services, and infrastructure to fulfil individual customer needs. Therefore, the development of PSS is an extension of traditional engineering design process, which mainly refers to purely tangible products or intangible services into an integrated development process of products and services. The basis is a new technology called Smart Hybrid Prototyping (SHP), a joint development by Fraunhofer IPK and the TU Berlin. SHP is an innovative technology for a multimodal interdisciplinary evaluation of virtual prototypes in early development stages. It is based upon methods of Mixed Reality extended by modern industrial technologies to allow natural interaction with virtual prototypes of mechanical or mechatronic systems. It serve s as a bridge between physical reality and digital virtuality. The use cases in this paper are based on urban bike mobility. Therefore, three concepts have been worked out to specify main requirements for an urban hybrid bike simulator. The first use case is from the perspective of a bicycle rental, where rental services for the users can be developed, validated, and optimized. The second use case provides the integration of mobile devices like smartphones and tablets for the development and validation of mobile services for bicyclists. The third use case is oriented on development and validation of new bicycles and urban mobility concepts like e-bikes, pedelecs, tripelecs and sharing services. Based on these generic use cases the requirements on a hybrid bicycle simulator were derived. Why a bicycle simulator? Well, we are firmly convinced that the future of urban mobility is determined from trends such as ecological rethinking and the desire for sports and healthy life. Furthermore, it is one of t
  • Publication
    Advanced technologies in life cycle engineering
    ( 2014)
    Stark, R.
    ;
    Grosser, H.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Kind, S.
    Increasing competitive pressure within industries producing long-living, cost intensive products drive the need to optimize product life cycles in terms of faster time to market, sustainable operation, reengineering and recycling. In this context, complexity of IT systems is growing and has to connect different life cycle phases. Especially new concepts of Product Service Systems (PSS) lead to a connection between product design, maintenance, repair and overhaul (MRO). There are still many challenges concerning interface problems between different IT-Systems. They are caused by different data formats, continuous demand for information or integration of new technologies. Thus, Life Cycle Engineering (LCE) has gained an important role and needs to consider integration of new industry 4.0 solutions like cloud services, big data or cyber physical systems. This paper gives an overview about these challenges, future development and new research approaches. A deeper view is taken at one promising approach in the field of maintenance of Printed Circuit Boards (PCB). This approach is about invention and implementation of a new process that combines both electrical and optical measuring techniques to automate circuit and layout plan reconstruction of long-living and cost intensive electronic boards.
  • Publication
    An interdisciplinary approach to validate mechatronic systems in early product development stages
    ( 2012)
    Auricht, M.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Stark, R.
    A fast and efficient solution for the evaluation of mechatronic systems in early development stages provides Smart Hybrid Prototyping (SHP). It represents an intermediate stage between the digital and the physical prototype. In particular, it allows multimodal experiencing of mechatronic systems, the human is better involved in evaluating the overall system. To demonstrate the concept of the Smart Hybrid Prototyping approach and to evaluate the technological feasibility an example from the automotive industry was chosen: the development of car tailgates.
  • Publication
    Computertomographie für die Instandhaltung von elektronischen Baugruppen
    ( 2012)
    Grosser, H.
    ;
    Politz, F.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Müller, P.
    ;
    Stark, R.
    Elektronikkomponenten werden im Luft- und Schienenverkehr oft durch die Anwender selbst oder durch speziell qualifizierte MRO-Dienstleister (Maintenance, Repair and Overhaul) instand gehalten. In der Regel stehen jedoch nicht alle Unterlagen der Hersteller zur Verfügung, sodass die Fehlersuche für Reparaturaufgaben sehr aufwendig wird. Das Fraunhofer IPK hat eine Prozesskette zur schnellen Generierung von Stromlaufplänen, Bestückungsplänen und Stücklisten entwickelt und ausgewählte Prozessschritte prototypisch umgesetzt.
  • Publication
    Validation of accuracy simulating flexible, one-dimensional objects
    ( 2010)
    Rothenburg, U.
    ;
    Völlinger, U.
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    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Figge, A.
    ;
    Goebbels, G.
  • Publication
    Intuitive Haptische Interfaces für die Deformationssimulation
    ( 2009)
    Völlinger, U.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Schäfer, J.
    ;
    Israel, J.H.
    ;
    Stark, R.
    Bei derzeitig verfügbaren Lösungen für die physikbasierte Handhabungssimulation fle-xibler Bauteile in der VR stellt die intuitive Interaktion mit haptischen Force-Feedback-Geräten immer noch ein großes Problem dar. Die Berücksichtigung der Verformungsei-genschaften flexibler Objekte in der Simulation ist für eine Vielzahl von Anwendungen von Vorteil wie dynamische Ein- und Ausbauuntersuchung oder Montagesimulationen. Derzeit scheitert die Handhabung zum einen an den enormen Anforderungen an die Be-rechnungszeit für eine Kraftrückgabefrequenz von 1000 Hz, zum anderen ist die Benut-zung bisheriger haptischer Interfaces wenig intuitiv. Mit Hilfe des entwickelten haptischen Interfaces können interaktiv Kräfte und Momente auf die deformierbaren Körper übertragen werden. Für das haptische Inte rface wurden Interaktionsmöglichkeiten untersucht, die eine Kopplung und Entkopplung mit dem Deformationsmodell zur Simulationszeit ermöglichen. So können während der Simulation innerhalb des flexiblen Objektes frei wählbare Andockgebiete ausgewählt werden, um somit eine Verformung einzuleiten. Des Weiteren ist ein Andocken an starre Körper möglich, die durch Translation oder Rotation die Kräfte und Momente auf die flexiblen Teile übertragen, falls Sie mit diesen gekoppelt sind. Um ein physikalisch plausibles Verhalten der flexiblen Teile zu gewährleisten wurden die Materialeigenschaften in einem Vorverarbeitungsschritt durch Optimierungsverfah-ren aufbereitet. Als Ausgangspunkt dienten Feder-Masse-Modelle deren Federsteifig-keiten und Topologien mit Hilfe von FEM-Referenzverformungen opt imiert wurden. Dazu erweiterten wir unsere bisherige Optimierungsmethode für Tetraedernetze, so dass nun auch Hexaedernetze hinsichtlich verschiedener Belastungsarten optimiert werden können. Mit den entwickelten Methoden konnte eine physikalisch plausible interaktive Deformation der flexiblen Teile erreicht werden. Des Weiteren konnte durch die Kopp-lung mit hochaufgelösten Oberflächen sehr detailreiche Modelle in Echtzeit deformiert werden, wobei die Handhabung mit dem haptischen Gerät, d.h. das Andocken an ver-schiedene Gebiete in den Deformationsmodellen auf eine einfache und intuitive Art durchgeführt werden kann.
  • Publication
    Smart Hybrid Prototyping zur multimodalen Erlebbarkeit virtueller Prototypen innerhalb der Produktentstehung
    ( 2009)
    Stark, R.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Schulze, E.-E.
    ;
    Adenauer, J.
    ;
    Israel, J.H.
  • Publication
    Ein Renderingsystem für immersive Anwendungen in Forschung und Lehre
    ( 2009)
    Neumann, J.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
    ;
    Kulf, L.
    ;
    Israel, J.H.
    ;
    Stark, R.
    Alternative stellen hier Aktiv-Stereo-Projektionslösungen dar. Zur Nutzung dieser Technologie sind jedoch zusätzliche Funktionalitäten bezüglich der Syn-chronisation der Renderer sowie des Multiplexens der Video-Signale bereitzustel-len. Gleichzeitig werden die genannten Probleme des passiven Stereo vermieden. Mit einem solchen System haben das Institut für Werkzeugmaschinen und Fab-rikbetrieb (IWF) der TU Berlin und das Fraunhofer IPK Berlin im Jahre 2001 ihre Forschungen auf dem Gebiet der VR begonnen. Seither gab es zahlreiche For-schungsaktivitäten z.B. in den Bereichen immersives Styling (Virtual Clay Mo-delling), interaktive Ein- und Ausbausimulation und immersives 3D-Skizzieren. Im Zuge einer Modernisierung entstand ein Visualisierungs-System auf Basis eines PC-Clusters, welches sic h durch die Nutzung einer Aktiv-Stereo-Projektionslösung auszeichnet und zusätzlich auch im Passiv-Stereo-Modus be-trieben werden kann. Die entwickelte Lösung kommt darüber hinaus mit der Hälf-te der bisherigen Anzahl an Renderern und drastisch verringertem Konfigurations- und Wartungsaufwand aus und bietet dabei eine moderne Grafikleistung. Im Kern der Entwicklung wurde unter dem Arbeitstitel RENDERit!2 eine flexible VR-Visualisierungssoftware auf Basis eines Open Source Szenegraphen realisiert, die für Aktiv- und Passiv-Stereo und an unterschiedlichsten Displaysystemen betrie-ben werden kann. Im Ergebnis entstand ein modernes und performantes VR-Visualisierungssystem, das für Forschung und Lehre an der TU Berlin und am Fraunhofer IPK erfolgreich eingesetzt wird. Die vorgestellte Arbeit s tellt zusätz-lich einen Praxisbericht dar und beschreibt die wichtigsten Aspekte des Aufbaus eines VR-Systems.
  • Publication
    A 6-DOF user interface for grasping in VR-based computer aided styling and design
    ( 2005)
    Krause, F.-L.
    ;
    Neumann, J.
    ;
    Israel, J.H.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
    We describe a 6-DoF (degrees of freedom) force-feedback enabled user interface that supports grasp interaction in mixed or virtual reality environments. The graspable part of the device is interchangeable. It can hold physical grips, tubes, work pieces and tools which provide passive haptic feedback, up to tangible user interfaces. The device is prepared to be integrated into holobench environments for unifying input and output space so that users can apply their sensorimotor skills for efficient interaction and task solving. Current applications are in the field of VR-based Computer Aided Styling and Design.