Forschungsprojekt "SimKra - Parametrisierte Simulation von Fügekräften zur digitalen Absicherung von Montageprozessen"

Entwicklung eines Prognosemodells zur Bestimmung von Fügekräften und deren ergonomischen und wirtschaftlichen Bewertung und Gestaltung auf Basis des emaWD unter Einsatz einer 3D-Objekterkennung

 

Zuwendungsgeber:

 

Sächsische Aufbaubank (SAB)

Förderkennzeichen:   100376593
Laufzeit:   08.10.2020 – 07.10.2022

 

Zuwendungsgeber

Zuwendungsgeber Sächsische Aufbaubank (SAB) - Diese Maßnahme wird mitfinanziert durch Steuermittel auf der Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes

Zuwendungsgeber

Gefördert durch die Europäische Union

Projektinhalte

Der Zusammenbau von Automobilen, Elektro- oder auch Haushaltsgeräten erfordert viele manuelle Montageschritte. Dabei ist eine starke Zunahme bei der Verwendung von Clips- und Steckverbindungen zu verzeichnen. Da die manuellen Arbeitsprozesse oft hochfrequent bei gleichzeitig aufzubringenden Fügekräften ausgeführt werden müssen, ergeben sich hohe Belastungen auf das Hand-Arm-System, die bei nicht-ergonomischer Ausführung oder ungünstiger Gestaltung der Fügeelemente, die Entstehung von Muskel-Skelett-Erkrankungen wie Sehnenscheidenentzündungen fördern können.

 

Für die ergonomische und wirtschaftliche Bewertung im ema sind aktuell notwendige Fügekräfte manuell auf Basis von Schätzungen, Messungen oder FEM-Simulationen (Finite-Elemente-Methode) einzugeben. Dies erfordert einerseits hohe Aufwände und kann bei fehlerhaften Schätzwerten zu den vorgenannten Überbeanspruchungen des Menschen führen. Aus diesem Grunde wird im Rahmen des Forschungsvorhabens ‚SimKra‘ eine Methodik zur validen und effizienten Bestimmung von Fügekräften und -zeiten auf Basis numerischer Berechnungsfunktionen zur ergonomischen Kraftbewertung (-beurteilung) und Bewertung der Wirtschaftlichkeit bei der virtuellen Produktionsplanung entwickelt sowie die Auswirkungen auf das Hand-Arm-System ermittelt.

 

Die Aufgabe der imk automotive GmbH im Projekt ist die Entwicklung eines nummerischen Modells zur Prognose von Fügekräften in Abhängigkeit der Fügebedingungen und deren prototypische Integration in den ema Work Designer. Die Basis der methodischen Entwicklung bilden umfangreiche Messreihen, die auf einem neu entwickelten adaptiven und modularen Kraftmessstand durchgeführt werden, sowie FEM Simulationen.

 

Simulation und ergonomische Bewertung des Fügens von Kabelsträngen mittels ema Work Designer
Simulation und ergonomische Bewertung des Fügens von Kabelsträngen mittels ema Work Designer

Zur Anwendung des Prognosemodells im ema werden zudem softwaretechnische Methoden zur Erkennung und Klassifikation relevanter Einflussgrößen des Fügens, bspw. geometrischer Informationen zur Fügestelle und zu den Fügeelementen zur Fügekraftermittlung und -bewertung entwickelt sowie die ergonomische Bewertung erweitert, um Gefährdungen für das Hand-Arm-System bewerten zu können.

 

Mit Hilfe des digitalen Planungswerkzeugs ema Work Designer können bereits frühzeitig in der Planungsphase manuelle bzw. teilautomatisierte Arbeitsprozesse simuliert und nach ergonomischen, wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Kriterien bewertet und gestaltet werden. Die für die ergonomische Bewertung notwendigen Fügekräfte sind aktuell manuell auf Basis von Schätzungen, Messungen oder FEM-Simulationen (Finite-Elemente-Methode) einzugeben. Dies erfordert einerseits höhere Aufwände und kann bei fehlerhaften Schätzwerten zu den vorgenannten Überbeanspruchungen des Menschen führen.

 

Vorgehensweise im Forschungsvorhaben SimKra
Vorgehensweise im Forschungsvorhaben SimKra

Forschungsschwerpunkte

  • modularer Kraftmessstand
  • nummerisches Modell zur Prognose von Fügekräften in Abhängigkeit der Fügebedingungen
  • Simulationsmodell für das Hand-Arm-System
  • Methodik zur biomechanischen und zeitlichen Bewertung der Fügekräfte
  • Ableitung relevanter Einflussgrößen aus ema zur Fügekraftsimulation (z.B. Objekterkennung, Passungsklassen)
  • Leitfaden zur Fügekraftbestimmung inkl. Messvorschriften v.a. zur Anwendung in KMU
Projektpartner Technische Universität Chemnitz, Professur Mess- und Sensortechnik
Projektpartner Institut für Mechatronik e. V.
Projektpartner imk automotive GmbH