Methode zur dynamischen Sichtfelderfassung und -bewertung für mobile Arbeitsmaschinen unter Einbeziehung der Prozess- und Nutzercharakteristik
Final Report Abstract
Im Forschungsvorhaben DYNASICHT wurde eine Methode zur prospektiven Analyse und Bewertung der Fahrersicht in mobilen Maschinen mit virtuellen Techniken entwickelt (DYNASICHT-Methode). Kern der Methode ist das virtuelle Abbild kompletter Arbeitsprozesse von Mensch und Maschine in einem Entwurfswerkzeug der Produktentwicklung. Dazu werden in einem interaktiven Maschinensimulator ausgewählte Merkmale zum Fahrer- und Maschinenverhalten erfasst und im realen Maschineneinsatz validiert. Die Datenaufnahme basiert auf einem Blick- und Bewegungserfassungssystem sowie dem Logging dynamischer Maschinendaten. Auf dieser Grundlage werden real ausgeführte Körper- und Blickbewegungen von Menschen mit real ausgeführten Maschinenbewegungen und Umweltinteraktionen in einer Animationssoftware mit Menschmodell-Plugin vereint. Resultat ist eine virtuelle Umgebung für weiterführende, rein virtuelle Experimente mit anthropometrischen Nutzerkollektiven und Konstruktionsvarianten. Die Bewertung der Sicht erfolgt mit prozessbezogenen Analyseverfahren, die auf quantifizierbaren Merkmalen beruhen. Damit lassen sich sichtkritische Prozesszustände im Mensch-Maschine-Umwelt-System identifizieren und ihre Ursachen ermitteln. Die im Vorhaben entwickelte Methode hebt sich durch die Einbeziehung der Prozessmerkmale sowohl von Mensch als auch Maschine und ihren hohen Realitätsbezug von bekannten Verfahren zur Sichtanalyse ab. Die Methode bzw. einzelne Verfahrensschritte sollen sowohl im Produktentwicklungsprozess als auch bei der Normungsarbeit zur Maschinensicherheit eingesetzt werden. Die Auswerteverfahren beziehen sich zwar auf die Fahrersicht, in der virtuellen Experimentierumgebung lassen sich auch andere Aspekte der Mensch-Maschine-Interaktion bewerten. Dazu zählen Körperhaltungsanalysen oder die Bewertung des Fahrverhaltens der Maschine. In Feldversuchen lagen prozesskritische Sehobjekte häufig außerhalb des optimalen Blickfeldes von 30°. Deshalb wurde bei den Untersuchungen im interaktiven Maschinensimulator zusätzlich zum Bewegungserfassungs- auch ein Blickerfassungssystem eingesetzt. Im Ergebnis der Feldversuche sind im Simulator ein 23t-Radlader und Szenarien mit hohem Rückfahranteil umgesetzt worden. Das Fahren kompletter Arbeitsspiele erforderte den zusätzlichen Ausbau der Direktsicht im Simulator (Nahsicht, Rücksicht). Im Ergebnis der Datenaufbereitung ist ein virtuelles Abbild kompletter Arbeitsprozesse von Mensch und Maschine in einem Entwurfswerkzeug erstellt worden. Dabei wurde festgestellt, dass die Kollisionsorte der Sehstrahlen mit Maschinen- und Umgebungsmodellen nicht genau mit den Orten übereinstimmen, die in den Videos der Blickerfassung als Sehziele markiert waren. Die Ursache lag im Summenfehler der Datenkette. Um diese zu durchbrechen, kann ein zusätzliches Kopf-Tracking oder die direkte Bestimmung der Fixationsorte aus den Eye-Tracking-Videos mit photogrammetrischen und computergrafischen Verfahren helfen. Das erfordert weitere Forschungsarbeiten. Die im Vorhaben entwickelten Bewertungsverfahren liefern quantifizierte Aussagen zu Sichtprozessen bei mobilen Arbeitsmaschinen und setzen daher keine eindeutige Objektidentifikation voraus. Damit wurde die prozessbezogene Körper- und Blickdynamik von Maschinenführern bestätigt.
Publications
- 2011: Einsatz von VR zur Sichtfeldgestaltung von Baumaschinenführern. In IFA-Report 6/2011 – 4. Fachgespräche Ergonomie 2010, S. 19 - 24. Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.V., Berlin. ISBN 978-3-86423-009-7
Böser, Ch.; Brütting, M.; Ellegast, R.
- Prognose und Bewertung der Sicht für mobile Arbeitsmaschinen (Teil 1 und Teil 2). In: BauPortal - Fachzeitschrift der Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft (BG BAU), Heft 9/2010 S.530-536 und Heft10/2010 S.607-612. Erich Schmidt Verlag, Berlin. ISSN 1866-0207
Kunze, G.; Hoske, P.; Gubsch, I.; Schmauder, M.; Bürkle, K.; Kamusella, Ch.
- Untersuchung des Bedienerverhaltens in mobilen Baumaschinen durch interaktive Simulationen in virtuellen Umgebungen. In: Tagungsunterlagen zum „Tag der Deutschen Baumaschinentechnik 2010“ des Hauptverbands der Deutschen Bauindustrie e.V. - Anwendungskompetenz Baumaschinentechnik Erfolgsgarant der Deutschen Bauindustrie. Meerane, 26.10.2010
Hoske, P., Gubsch, I., Bürkle, K.
- Ergonomiemethoden im Produktentstehungsprozess am Beispiel mobiler Arbeitsmaschinen. In: Tagungsband zum Instituts-Kolloquium 2011 des Instituts für Technische Logistik und Arbeitssysteme der TU Dresden. Dresden 21.01.2011
Bürkle, K.; Hoske, P.
- Experiences with the new FMI Standard Selected applications at Dresden University. In: Proceedings of the 8th International Modelica Conference Germany 2011, Dresden 20.-22.03.2011
Kunze, G., Schubert, Ch.; Neidhold, T.
- Methode zur prozess- und nutzerabhängigen Sichtanalyse bei mobilen Arbeitsmaschinen. In: Tagungsband zum Frühjahrskongress 2011 der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e.V. zum Thema "Mensch, Technik, Organisation - Vernetzung im Produktentstehungs- und -herstellungsprozess", Chemnitz 23.-25.03.11. GfA-Press, Dortmund 2011, ISBN 978-3-936804-10-2
Bürkle, K.; Kamusella, Ch.; Hoske, P.
- Virtuelle Abbildung dynamischer Prozesse zur Sichtbewertung bei Erdbaumaschinen. In: Technische Sicherheit, Heft 4/2011, S. 48-52, Springer-VDI-Verlag, ISSN: 2191-0073
Bürkle, K., Hoske, P., Kunze, G., Schmauder, M.
- Aspekte zur Sichtuntersuchung mit digitalen Menschmodellen. In: Ergonomie. REFA-Fachbuch, Hanser-Verlag, 2012
Schmauder, M.
- Ergotyping-Tool "Körperhaltungsbewertung". In Dokumentation des 58. Arbeitswissenschaftlichen Kongresses der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft in Kassel, 22.-24.02.2012, S. 177-180. Dortmund: GfA-Press
Kamusella, Ch.
- Interaktiver Simulator für mobile Arbeitsmaschinen - Virtuelle Prototypen im Einsatzkontext erleben. In: Tagungsband zur Konferenz „Entwerfen - Entwickeln - Erleben“, Methoden und Werkzeuge in Produktentwicklung und Design. Dresden 14.-15.06.2012
Hoske, P.; Kunze, G.; Bürkle, K.; Schmauder, M.; Brütting, M.; Böser, Ch.
