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
    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
    Requirements-driven Identification and Validation of Reusable System and Development Elements
    (Fraunhofer Verlag, 2021)
    Sünnetcioglu, Atakan
    The well-known benefits of reuse in product development are reduced necessary effort, shorter development cycles and increased product quality due to the more mature solutions that are integrated into new products. Although it sounds paradox, reusing existing solutions in new development projects is one of the possibilities to increase the innovation power of a company. By applying reuse in a systematic way where applicable, product development teams can create additional resources for more innovative aspects of new products. This book reveals a requirements-driven approach for the identification of reuse in development projects. In this approach, product developers compare requirements of ongoing and completed projects to identify related requirements, which are suitable for reuse since they can be fulfilled with same solutions. However, comparison of requirements specifications is an elaborate and time consuming task for product developers.
  • Publication
    Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper
    (Fraunhofer Verlag, 2021)
    Eulitz, Alexander
    Zu den kritischen Erfolgsfaktoren beim Gleitschleifen zählt insbesondere die Wahl eines geeigneten Schleifkörpers sowie passender Parameterwerte im Rahmen der Prozessauslegung. Obwohl die Anfänge der Gleitschleifbearbeitung vermutlich bis in das Altertum zurückreichen, basiert die Prozessauslegung nach wie vor vordergründig auf Erfahrungswissen der Anwender. Um eine wissensbasierte Prozessauslegung zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit grundlegende Erkenntnisse zum Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper unterschiedlicher Form und Größe beschrieben. Weiterhin werden die Voraussetzungen für eine Übertragbarkeit auf industrielle Anwendungsfälle geschaffen.
  • 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
    Hybrid-Prototype-in-the-Loop zum frühzeitigen Test der Beherrschbarkeit von Fahrerassistenzsystemen
    (Fraunhofer Verlag, 2020)
    Buchholz, Christian
    Fahrerassistenzsysteme (FAS) haben in den vergangenen Jahrzehnten einen wesentlichen Beitrag zur Vermeidung von Unfällen und zur Abschwächung von Unfallfolgen geleistet. In der Entwicklung hin zum vollständig autonomen Fahrzeug werden FAS zukünftig immer umfangreichere Aufgaben der Fahrzeugsteuerung übernehmen. Der erfolgreiche Einsatz von FAS setzt voraus, dass der Fahrer das FAS versteht und mit diesem situationskonform interagieren kann. Die dazu erforderliche vollständige Interaktion zwischen Fahrer und FAS kann heute jedoch erst spät in der Entwicklung getestet werden. Im Rahmen der Arbeit wird daher das neuartige Hybrid-Prototype-in-the-Loop (HPiL) Testverfahren entwickelt, welches den Test der vollständigen Fahrer-FAS Interaktion auf Basis frühester Entwicklungsprototypen ermöglicht. Die Bereitstellung der Prozesse, Methoden und Werkzeuge der Hybrid-Prototype-in-the-Loop Methodik ermöglicht den effizienten Einsatz des HPiL-Testverfahrens im Entwicklungsprozess. Auf Basis verschiedener Nutzertests werden der Nutzen und die Potentiale des HPiL-Testverfahren für die heutige und die zukünftige FAS Entwicklung herausgearbeitet.
  • Publication
    The Working Posture Controller: Automated adaptation of the workpiece pose to enable a neutral working posture
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Nguyen, The Duy
    Although modern automation technology has succeeded in replacing much of the workforce in factories, there are scenarios where full automation cannot be realised. Experienced human workers are able to adapt to new tasks in a short time and possess cognitive and sensorimotor skills that cannot easily be imitated by machines. However, maintaining the health of the workforce is a challenge. One fundamental risk factor for these disorders is work that requires awkward postures. Extensive research has been conducted into preventing this issue. The solutions proposed thus far have achieved a significant improvement of the situation. However, implementing the most effectual solutions is labour-intensive and impairs the flexibility of the production line. This thesis strives to bridge this trade-off. Herein, the Working Posture Controller (WPC) was proposed. The WPC is an assistance system, which automatically monitors the worker's posture when performing a task at hand. In the case of an ergonomically unfavourable situation, the device proposes a re-adjustment of the workplace layout, enabling the worker to perform the same task while maintaining an ergonomically superior posture.
  • Publication
    Methodology for the in-process evaluation of software-based process failures in Selective Laser Melting machine tools
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Pastl Pontes, Rodrigo
    The intense use of Additive Manufacturing technologies, especially Selective Laser Melting (SLM), to produce complex functional components by several sectors of the industry evidenced that current machines are not able to ensure the product quality. The results are affected by failures occurred in manufacturing processes caused, for instance, by the controller software. Such failures influence either the time to manufacture a component or its final quality. Current system validation methodologies are not adapted to SLM machines and, therefore, they are not effective. Within this context, this dissertation focused on the development of a methodology to evaluate process failures originated by the software of SLM machines in order to measure the machine quality. For this purpose, a process map for the machine was described, Key Performance Indicators were designed, and the Conformance Timed Automata Effect Analysis (ConTEA) testing methodology was developed. By using ConTEA, models with functioning scenarios are created, the tests can be generated and applied to the SLM machine software, failures can be tracked and the machine quality can be assessed.
  • Publication
    Gestaltungsaspekte immersiver Fahrsimulationsumgebungen
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Reich, Diana
    Basierend auf verschiedenen empirischen Fahrsimulatorstudien wird ein ressourcensparender Ansatz mit dem übergeordneten Ziel der validen Datengenerierung in Fahrsimulationsumgebungen (FSU) vorgestellt. Durch die immersive Gestaltung der FSU, mittels stereoskopischer Sicht (visuell) sowie mit Fahrzeug- und Umgebungsgeräuschen (auditiv), soll die Lücke zwischen Realfahrt- und Fahrsimulatorstudien bei der Evaluation von Dual-Task-Szenarien minimiert werden. Das Ziel dieses Ansatzes ist es, die Vorteile von Laboruntersuchungen im Fahrsimulator beizubehalten (z.B. Kontrollierbarkeit) und durch den Einsatz immersiver Gestaltungsparameter, die Wahrnehmung des Menschen so zu verändern, dass sich das Erleben und Verhalten dem in einer Realfahrt angleicht. Fahrsimulator-Daten sind dann valide, wenn sie auf reale (Fahr-) Situationen übertragbar sind. In diesem Zusammenhang wurde das Modell IG-FaSi (Immersive Gestaltungsparameter im Fahrsimulator) entwickelt, welches Annahmen hinsichtlich des positiven Einflusses hoch immersiver FSU auf objektive und subjektive Messgrößen auf die Fahrerverhaltensvalidität postuliert.
  • Publication
    Werkzeug- und prozessseitige Grundlagen des Schienenschleifens unter Berücksichtigung der Schienentemperatur und der Wechselwirkung mit dem Einsatzverhalten der Schiene
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Lypovka, Pavlo
    Trotz der großen wirtschaftlichen Bedeutung des Schienenschleifens ist dieses Reparaturverfahren aus der Sicht der Fertigungstechnik kaum wissenschaftlich erforscht. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Grundverständnis des Wirkzusammenhanges relevanter Einflussgrößen und Bearbeitungsergebnissen zu gewinnen und daraus die Empfehlungen zur Prozessgestaltung hinsichtlich des wirtschaftlich sinnvollen Schienenbetriebes nach der Schleifbearbeitung abzuleiten.