Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Bedienung digitaler Menschmodelle zur Absicherung manueller Montagetätigkeiten durch Virtual-Reality-Interaktion
    (Fraunhofer Verlag, 2021)
    Geiger, Andreas
    Der Einsatz digitaler Menschmodelle zur Absicherung manueller Montagetätigkeiten ermöglicht die frühzeitige Berücksichtigung von ergonomischen Kriterien bei der Auslegung von Produktionsanlagen. Die Nutzung und Bedienung der Software von digitalen Menschmodellen benötigt jedoch umfassende Schulung und ist daher kosten- und zeitintensiv. Dieses Buch stellt ein Virtual Reality basiertes System vor, das die Bedienung und Anwendung digitaler Menschmodelle intuitiv ermöglicht. Durch die Nutzung der eigenen Hände mit digitalem Abbild in Virtual Reality und durch eine automatisierte Auswertung der durchgeführten Interaktionen, werden Simulationsrandbedingungen für ein digitales Menschmodell definiert. Dadurch wird die Perspektive der Anwender*innen verändert - sie werden von reinen Nutzer*innen einer Software zum Bestandteil der Softwareumgebung selbst. In mehreren Studien wurde das entwickelte System überprüft und auf die Anwendbarkeit in Unternehmen untersucht.
  • Publication
    Resilienz im strategischen Management produzierender Unternehmen. Konzeptpapier
    (Fraunhofer IPT, 2021)
    Schuh, Günther
    ;
    Patzwald, Marc
    ;
    Krebs, Leonie
    ;
    Dumitrescu, Roman
    ;
    Rasor, Rik
    ;
    Sihn, Wilfried
    ;
    Steinwender, Arko
    ;
    Sala, Alessandro
    ;
    Kohl, Holger
    ;
    Knothe, Thomas
    ;
    Singer, Katrin
    ;
    Hecklau, Fabian
    Während Resilienz in anderen Managementdisziplinen, wie etwa im Bereich der Lieferketten, bereits seit längerer Zeit Einzug gehalten hat, existieren für das strategische Management von produzierenden Unternehmen kaum systematische Untersuchungen zu dessen Integration. Im Rahmen des Konzeptpapiers werden dem Leser daher konzeptionelle Ansatzpunkte aufgezeigt, wie Resilienz als neue normative Zielgröße in exemplarischen Teilstrategien des Strategiesystems produzierender Unternehmen Berücksichtigung findet (bspw. der Unternehmens-, Technologie- und Innovations-, Engineering- sowie Produktionsstrategie).
  • Publication
    Modularized and Reconfigurable Machine Tool Frames based on Polyhedral Building Blocks
    (Fraunhofer Verlag, 2021)
    Peukert, Bernd Walter
    The versatility of modern manufacturing is ever-increasing. Reconfigurable manufacturing systems are one proposed solution to offer concurrent flexibility and productivity and enable manufacturing systems to adapt to rapidly changing requirements. However, modern machine tools do not fully comply with the requirements of the reconfigurability paradigm. One reason lies in the limited changeability of the machine tool frame itself, as machine tool frames are usually designed as platforms with a limited set of predefined configurations. This thesis presents a mechatronic building block system for the modularization of machine tool frames. The building block system consists of passive, smart, and active building blocks. Following a bottom-up approach, the research starts with the idea of tessellating the machine tool frame with a suitable polyhedral geometry. A novel methodology is used to grade several geometries and leads to the selection of the hexagonal prism as the basic building block geometry. The investigations proceed with the design and experimental investigation of the individual building blocks and concludes with the configuration and realization of a modular and reconfigurable three-axis milling machine tool.
  • Publication
    Inertial Measurement Unit based Human Action Recognition for Soft-Robotic Exoskeleton
    ( 2021)
    Kuschan, Jan
    ;
    Burgdorff, Moritz
    ;
    Filaretov, Hristo
    ;
    Krüger, Jörg
    Absence from work caused by overloading the musculoskeletal system lowers the life quality of the worker and gains unnecessary costs for both the employer and the health system. Exoskeletons can present a solution. Typically, such systems struggle with stiffness and discomfort and primarily a lack of battery lifetime. Soft-robotic exoskeletons offer a possibility to overcome these problems by increasing the system flexibility, not limiting the supported DoF and being actuator and joint together. Since soft-robotic exoskeletons can be designed only using power when supporting the wearer, it is possible to increase the battery lifetime by only acting on those actions for which the wearer needs support. Dealing with controls for soft-robotic exoskeleton one major difficulty is to find a compromise between saving energy and supporting the wearer. Having an action-depending control can reduce the supported actions to cover only relevant ones and increase the lifetime of the battery. The system conditions are to detect the user actions in real-time and distinguish between actions which require support and those which do not. We contribute an analysis and modification of human action recognition(HAR) benchmark algorithms from activities of the daily living, transferred them onto industrial use cases containing short and mid-term action and reduce the models to be compatible using embedded computers for real-time recognition on soft exoskeletons. We identified the most common challenges for inertial measurement units based HAR and compare the best-performing algorithms using a newly recorded data set overhead car assembly for industrial relevance. As a benchmark data set we focused on the "Opportunity" data set. By introducing orientation estimation, we were able to increase the F1 scores by up to 0.04. With an overall F1 score without a Null-class of up to 0.883, we were able to lay the foundation to use HAR for action dependent force support.
  • Publication
    Validierung von Methoden zur Vermeidung von Liquid Metal Embrittlement an realitätsnahen Prinzipbauteilen (IGF 21483 BG / P 1488)
    ( 2021)
    Meyerdierks, Martin
    ;
    Schreiber, Vincent
    ;
    Böhne, Christoph
    ;
    Seitz, Georg
    ;
    Jüttner, Sven
    ;
    Meschut, Gerson
    ;
    Rethmeier, Michael
    Ziel des Forschungsprojekts ist es, eine Korrelation zwischen Gleeble-Heißzug-Prüfverfahren und Widerstandspunktschweiß-basierten Prüfverfahren herzustellen. Es soll die Effektivität von Methoden zu Vermeidung von Liquid Metal Embrittlement an realitätsnahen Prinzipbauteilen bewertet werden. Weiterhin soll Kenntnis über Auswirkungen von LME Rissen auf das Tragverhalten von realitätsnahen Prinzipbauteilen gewonnen werden.
  • Publication
    White Paper »RESYST«. Resiliente Wertschöpfung in der produzierenden Industrie - innovativ, erfolgreich, krisenfest
    (Fraunhofer-Gesellschaft, 2021)
    Buß, Dominik
    ;
    Gebauer, Heiko
    ;
    Glawar, Robert
    ;
    Heller, Thomas
    ;
    Klan, Steffen
    ;
    Knothe, Thomas
    ;
    Kohl, Holger
    ;
    Sai, Brandon
    ;
    Schmidtke, Niels
    ;
    Stenzel, Fabian
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    Werner, Markus
    ;
    Wilms, Marcel
    Ziel des White Papers zum Thema Resiliente Wertschöpfung ist es, die Ergebnisse aus dem Fraunhofer-Innovationsprogramm Resiliente Wertschöpfungssysteme (»RESYST«) einer breiten Öffentlichkeit aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik zugänglich zu machen. Im Lichte aktueller Erfahrungen aus der Corona-Pandemie, aber auch der Hochwasserkatastrophe greift das Innovationsprogramm die Anforderungen des Wirtschaftsstandorts Deutschland an resiliente und dynamische Wertschöpfungssysteme bei gleichbleibend hoher Produktivität und Individualisierung auf. Resilienz gegenüber Krisen und Störfällen aller Art entwickelt sich somit zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor.
  • Publication
    Analysis and recycling of bronze grinding waste to produce maritime components using directed energy deposition
    ( 2021)
    Müller, Vinzenz
    ;
    Marko, Angelina
    ;
    Kruse, Tobias
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    Additive manufacturing promises a high potential for the maritime sector. Directed Energy Deposition (DED) in particular offers the opportunity to produce large-volume maritime components like propeller hubs or blades without the need of a costly casting process. The post processing of such components usually generates a large amount of aluminum bronze grinding waste. The aim of the presented project is to develop a sustainable circular AM process chain for maritime components by recycling aluminum bronze grinding waste to be used as raw material to manufacture ship propellers with a laser-powder DED process. In the present paper, grinding waste is investigated using a dynamic image analysis system and compared to commercial DED powder. To be able to compare the material quality and to verify DED process parameters, semi-academic sample geometries are manufactured.
  • Publication
    Selbstoptimierendes System zur aktiven Schwingungskompensation in Werkzeugmaschinen
    (Fraunhofer Verlag, 2021)
    Mewis, Jan
    Die Werkzeugmaschinenindustrie ist charakterisiert durch ständig steigende Anforderungen an Fertigungskosten und -qualität. Der dadurch zunehmenden Belastung der Werkzeugmaschinen muss durch geeignete Maßnahmen entgegengewirkt werden. Insbesondere das dynamische Verhalten hat einen hohen Anteil an der erreichbaren Produktivität und Fertigungsgenauigkeit. Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erfordert eine Verringerung der Massen. Gleichzeitig ist jedoch auch eine Erhöhung der Dämpfung und der Steifigkeit gefordert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Entwicklung eines aktiven, robusten, sowie sich selbst identifizierenden und optimierenden Systems zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen durchgeführt und evaluiert. Die Modelle und Grundlagen hierfür sind systematisch erarbeitet, nachvollziehbar dargestellt und zielgerichtet miteinander verknüpft worden. Die Dämpfungswirkung konnte anhand eines aktiven Mehrgrößensystems mit signifikanten Interaktionen nachgewiesen werden, das seriell in den Kraftfluss eines Maschinengestells integriert wurde. Zusammen mit den entwickelten Methoden sind die Modelle auf beliebige linearisierbare aktive Mehrgrößensysteme anwendbar.
  • Publication
    Conceptual Introduction of required development capabilities for Model-Based Systems Engineering
    ( 2021)
    Manoury, Marvin Michael
    ;
    Schmidt, Simon
    ;
    Zimmermann, Thomas C.
    ;
    Stark, Rainer
    In the last years, multiple tools and methodologies have emerged that try to support the engineers to conduct Model Based Systems Engineering (MBSE). Nevertheless, the tools are usually bound to a certain methodology, which often requires sequential steps instead of supporting the iterative character of modern product development. In this paper, we conceptually introduce the development capabilities of the 5D model for MBSE as a convenient way to cover all relevant aspects of MBSE in an iterative way while being open to methodology and tool choice.