DCTC (PDF, 11,0 MB) - Industrielle Informationstechnik - TU Berlin

DIGITAL CUBET E S T C E N T E RInnovative Engineering &Interactive Experience

WANDEL DER AUTOMOBILINDUSTRIEDas moderne Fahrzeug hat in unserer Zeit einen starken Wandel hinsichtlich der Umsetzung vonInnovationen erlebt. Waren diese Innovationen früher durch Verbesserungen bei mechanischenund elektrischen Systemen getrieben, so werden heutzutage Innovationen in Sicherheit undKomfort vor allem durch Elektronik- und Softwaresysteme ermöglicht. Diese benötigen in ihrerKonzeption und Entwicklung einen hohen Anteil an interdisziplinärem Engineering Know-How.Der Anteil softwarebestimmter mechatronischer Systeme im Fahrzeug wird in den nächstenJahren stark zunehmen und neben Verbesserungen im Bereich Energieeffizienz, Komfort undInfotainment vor allem auch eine deutliche Erhöhung der Fahrsicherheit durch neuartige, aktiveSysteme ermöglichen.WANDEL DER ENTWICKLUNGSWERKZEUGEDie veränderten Anforderungen an Fahrzeuge und die dadurch veränderten Entwicklungsaufgabenund Fragestellungen verlangen nach neuen Entwicklungswerkzeugen. Hier ist ein Mangelan Werkzeugen erkennbar, die menschzentrierte Absicherungen von komplexen Systemenin einer frühen Entwicklungsphase ermöglichen. Heutige Entwicklungswerkzeuge sind nur begrenztdazu in der Lage, Aussagen zu treffen, wie die Konsequenzen von Entwicklungsentscheidungenvom späteren Nutzer erlebt werden.Der am Fraunhofer IPK und am IWF der TU Berlin entwickelte Ansatz des Smart Hybrid Prototypingsschließt diese Lücke durch geschickte Kopplung von Simulation, Techniken der VirtuellenRealität (VR) und Computerhaptik. Der Functional Drive Simulator ist ein Schritt zur Erforschungund Weiterentwicklung dieser Technologie.2

ZIELE• Schaffung einer neuartigen Entwicklungsumgebung zurfunktionalen Erprobung von mechatronischen Fahrzeugfunktionen• Ganzheitliche Betrachtung von Mensch, Fahrzeug undUmgebung (sowie deren Interaktion) unter dynamischenBedingungen durch Echtzeitsimulation• Verwendung von CAD und Visualisierungsmodellen mitAnreicherung durch Simulationsmodelle• Verbesserung der Nutzbarkeit digitaler Modelle hinsichtlichkontextsensitiver Beurteilung• Absicherung und umfassende Risikobewertung komplexermechatronischer Systeme in frühen Entwicklungsphasen• Echtzeitsimulation des Zusammenspiels des Fahrers mitFahrzeug und der Umgebung unter dynamischen Bedingungen• Ergonomieuntersuchung in der frühen digitalen Entwicklungsphaseund nicht erst am realen Prototyp3

DachlukeHaptik PortalVisualisierungs-CubeSpiegelFesto Airmotion RideMotion PlattformProjektorenServerraumEmpfangsbereichOperatorraum7

1 2DIGITAL CUBE TEST CENTERDas Digital Cube Test Center als Bestandteil des Forschungs- undAnwendungszentrums für Füge- und Beschichtungstechnik (FORUM) ander Technischen Universität Berlin in Kooperation mit dem Fraunhofer IPKkann für verschiedene Anwendungsszenarien innerhalb der Produkt- undProzessentwicklung eingesetzt werden. Schwerpunktanwendungen stellender Functional Drive Simulator und Smart Hybrid Process Planning dar. Aufinsgesamt 90 m² stehen 4 klimatisierte Räume zur Verfügung:EmpfangsbereichZur Begrüßung und Einführung von Testpersonen, Kunden und Entwicklern sowie Arbeits- undVersuchsvorbereitungsraum.Ausstattung: Projektionstechnik, Garderobe, Wandschrank mit eingebauter Teeküche, flexiblesTischkonzeptOperatorraumKommandozentrale des Operators für Anweisungen der Testpersonen bzw. der Probandensowie Entwicklungsumgebung und Versuchsplanung.Ausstattung: PC-Arbeitsplatz, Lautsprecher, MikrofonServerraumZentraler Standort der IT-Hardware.Ausstattung: KVM Switch, Rendering System, 4 High-End PCs, Mischpult, Audioanlage, dSpaceHardware, 10Gbit Switch für High-End Anwendungen, 1Gbit Switch für Kameras, Audio usw.,WLAN Access Point, Datenback-up Server8

3 4SimulationsraumKernstück des Digital Cube Test Centers, Aufenthaltsbereichvon Testpersonen und Entwicklern.Ausstattung: Visualisierungsanlage, Spiegelsystem undProjektorhalterungen in einer eigens entwickelten Profilschienenkonstruktion,4 Barco RLM W12 Projektoren (12000Lumen, WUXGA), Bildgröße: 3,20 m x 2,40 m, Festo AirmotionRide, 2-achsige Bewegungsplattform, Haptik Plattform,diverse Interaktionsgeräte, Podestsystem, 9.2 High-EndAudio System mit ca. 10kW Leistung, Eye-Trackingsystem,Videoaufzeichnung, Headtracking1 Empfangsbereich2 Operatorraum3 Serverraum4 SimulationsraumDas gesamte Testcenter ist videoüberwacht und mit einerAlarmanlage ausgestattet. Am Standort des ProduktionstechnischenZentrum (PTZ) entsteht eine Interaktions- undKommandozentrale zur Fernsteuerung des Digital Cube TestCenters inkl. Audi- und Video-Kollaborationstools.Über den hauseigenen Kran können durch die DachlukeVersuchsobjekte in den Simulationsraum transportiert werdenund der Festo Airmotion Ride demontiert werden (z.B.für Smart Hybrid Process Planning Anwendungen). Übereine Außenprojektion können Bilder des Innenbereichs undPräsentationen auf der großen Außenfläche des Testcentersvisualisiert werden.9

ANWENDUNGSBEISPIELEDer Mehrwert des Functional Drive Simulators liegt in der Möglichkeit einerstärkeren Nutzereinbindung bei der Entwicklung innovativer Automotive-Systeme. Er ermöglicht die ganzheitliche Evaluation des Zusammenspiels vonMensch, Fahrzeug und Umwelt. Er stellt damit eine “virtual true use”-Umgebungdar. Darüber hinaus stellt der Functional Drive Simulator eine Integrationsplattformfür die mechatronische Systementwicklung dar. Beispielhaftsind folgende Untersuchungsszenarien geplant:EinparkassistentFunktionale Erprobung desCockpits der ZukunftCar-to-X KommunikationVerknüpfung von Dynamik-,Sensorsimulation und User-Interface unter realitätsnahenBedingungen. Die gleichzeitigeUmgebungssimulationermöglicht die Betrachtungvon Fragen wie: Wie sollte einWarnsystem gestaltet sein?Wie kann das Zusammenspielvon Mensch und Technik optimiertwerden?Evaluation von Mensch-F a h r z e u g - I n t e r a k t i o n -skonzepten bei gleichzeitigerSimulation von Fahraufgaben.• Head-Up-Displays• Gesteninteraktion• Multimodale InterfacesÜberprüfung, wie Informationenaus Car-to-X Kommunikationoptimal in dasFahrer-Fahrzeug-Systemeingebracht werden können.Dazu wird die Car-to-X Kommunikationdurch geeigneteSoftwaretools simuliert undmit der immersiven Darstellunggekoppelt.12

Tür- und HeckklappenkonzepteFahrerassistenzsystemeeMobilityEvaluation von neuartigenTür- und Heckklappen-Konzepten.Der FunctionalDrive Simulator kannbeispielsweise bei der Entwicklungeiner intelligentenTür genutzt werden, die dasAussteigen in engen Parklückenvereinfacht. Eine weitereAnwendung könnte dieEntwicklung von alternativenTürkonzepten wie SchiebeoderFlügeltüren sein.Evaluation von mechatronischausgelegt und in Echtzeitsimulierten Assistenzsystemenim Zusammenspiel mitdem Fahrer. Wie werdenkritische Situationen wahrgenommen?Wie kann derFahrer bei richtigen Reaktionenunterstützt werden? Wiebeurteilt der spätere Kundedas Verhalten des Systems?Im Zuge der eMobility dientder Functional Drive-Simulatorals Evaluations- undEntscheidungsplattform fürvielfältige Problemstellungen:Sowohl neue Fahrzeugkonzepteund damit einhergehendealternativeAntriebskonzepte als auchInfrastrukturen könnenabgebildet und erlebbargemacht werden.13

Tablet HalterungForce-Feedback LenkradVerstellbareInteraktionseinheitPneumatische Muskeln15

SMART HYBRID PROCESS PLANNINGDas Digital Cube Test Center ist modular aufgebaut. Neben dem FunctionalDrive Simulator kann das Testcenter auch als Absicherungsplattform fürMontageabsicherungen dienen (Smart Hybrid Process Planning). Dazu wirdder Festo Airmotion Ride innerhalb sehr kurzer Zeit demontiert. Mittels einesPodestsystems kann die Visualisierunganlage als 4-Seiten-CAVE dienen. Eine3-achsige Haptik-Plattform dient als haptisches Interaktionsgerät für erlebbareProdukt-, Prozess- und Montageabsicherungen. Drei Linearmodule erlaubenKräfte bis zu 120 Nm in drei Richtungen.Smart Hybrid Process Planning in Kombination mit Motion Capture:Motion Capture Technologien erfassen die Bewegungen des gesamten Körpers eines Nutzers inder in der Virtuellen Realität ganzkörperlich (z.B. virtuelle Absicherung eines neuen Schweißprozessesmit Hilfe von erlebbarer und/oder interaktiver Schweißtechnik mittels CAE, VR Anlagentechnikund Force Feedback). Die aufgenommenen Montageprozesse sind anschließend an dievirtuellen Mensch-Modelle und Planungswerkzeuge zu übertragen.Smart Hybrid Process Planning in Kombination mit CAE:Smart Hybrid Process Planning soll die Absicherung von Montagevorgängen um die Dimensiondes physikalischen Verhaltens erweitern. Dabei sollen einerseits Game Physicseingesetzt werden, für die frühe Konzeptplanung, andererseits sollen genauere Berechnungsergebnisseaus CAE-Werkzeugen in das Montageszenario überlagert werden können(Phase der Serientwicklung).16

Smart Hybrid Process Planning in Kombination mit virtuellerInbetriebnahme (VIBN), halb-/automatisierterHerstellprozesse, Arbeitsschutz:Die Bewegung des Personals (s.o. Motion Capture) kann wiederverwendetwerden, um Virtuelle Steuerungen hinsichtlichder Sicherheit der Werker zu prüfen. Sensoren, welche die Bewegunginder Fabrik erfassen, sollen simuliert und überprüftwerden. Bereiche außerhalb der Reichweite der Sensoren, könnenvisualisiert und ergänzt werden. Weiterhin können starkvereinfachte physische Attrappen von halbautomatisiertenMontagewerkzeugen erstellt werden.17

Otto-Suhr-AlleeAdressePTZHelmholtzstraßeFranklinstraßeMarchstaßeTU BerlinDCTCErnst-Reuter-PlatzStraße des 17. JuniTechnische Universität BerlinGebäude WStraße des 17. Juni 14410623 Berlin18

AnsprechpartnerProf. Dr.-Ing. Rainer StarkFachgebietsleiter Industrielle InformationstechnikTelefon: +49 (0) 30 / 314 - 2 54 14E-Mail: rainer.stark@tu-berlin.deDipl.-Ing. Maik Auricht – ProjektleiterWissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet IndustrielleInformationstechnikTelefon: +49 (0) 30 / 39006 - 111E-Mail: maik.auricht@tu-berlin.deM. Eng. Boris Beckmann-DobrevWissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet IndustrielleInformationstechnikTelefon: +49 (0) 30 / 314 - 2 54 22E-Mail: bdobrev@mailbox.tu-berlin.deDipl.-Ing. Christian BuchholzWissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet IndustrielleInformationstechnikTelefon: +49 (0) 30 / 39006 - 111E-Mail: c.buchholz@tu-berlin.deM. Sc. Elisabeth DittrichStipendiatin am Graduiertenkolleg PrometeiTelefon: +49 (0) 30 / 314 - 2 54 19E-Mail: elisabeth.dittrich@zmms.tu-berlin.deM. Sc. Diana ReichStipendiatin am Graduiertenkolleg PrometeiTelefon: +49 (0) 30 / 314 - 2 54 19E-Mail: diana.reich@zmms.tu-berlin.dein Kooperation mit:19

Fakultät für Verkehrs- und MaschinensystemeInstitut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF)Technische Universität BerlinPascalstraße 8-9D - 10587 Berlinwww.iit.tu-berlin.de/dctcIMPRESSUMHerausgeber: Prof. Dr.-Ing. Rainer StarkRedaktion: Maik AurichtGestaltung: Helena RottFotos: Henri Wild