Fabrik der Zukunft 4/89
Eine 3D-Ergonomie-Scablone für den Konstrukteur
 

Prof. R. Lippmann

Viele Firmen haben laengst erkannt, dass neben der Produktqualitaet auch die Produktergonomie ein wirksames Werbeargument ist. Deshalb bemühen sie sich, bei der Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle ergonomische Prinzipien anzuwenden, obwohl diese nicht überali selbstverstandlich sind. Ergonomische Erkenntnisse werden zu- erst dort umgesetzt, wo ausser dem Wirtschaftlichkeitsnachweis und den gesetzlichen Zwangen die Bemühungen der Konstrukteure durch methodische Hilfen unterstützt und somit abgesichert werden. Das trifft auch für den Teilbereich der Ergonomie zu, der sich mit Anthropometrie und Biomechanik auseinanderzusetzen hat. Neben den umfangreichen somatometrischen Messdaten im "Handbuch der Ergonomie" oder in DIN 33402 und 33408 nutzen die Planer auch zeichnerische Hilfsmittel, vorwiegend 2D Schablonen.
 

Schablonen für den Bildschirm
 

Am bekanntesten sind die Somatographie-Schablonen von P. Jenik, die davon abgeleiteten BOSCH-Schablonen und die Kieler Puppe. Bei gleichbleibender Darstellungsqualitaet kann mit ihnen der Mensch in unterschiedlichen Grössen und Körperhaltungen zum Zwecke masslicher Überprüfung nachtraeglich zur konstruierten Maschine gezeichnet werden. Und es ist möglich. um die so gezeichnete menschliche Figur herum ein Objekt zu entwerfen. Bei den Zeichenschablonen, die sich auf die alleinige Darstellung der Seitenansicht beschraenken und die Möglichkeit, mit Hilfe der darstellenden Geometrie, Greif und Bewegungsraume auszumessen, nicht anbieten, verbleibt leider ein betraechtlicher Rest von Ungenauigkeiten, die von vielen Konstrukteuren nicht toleriert werden. Und da die Zeichenschablonen nur auf dem Reissbrett zu nutzen sind, Planungsarbeiten jedoch zunehmend am Bildschirm erfolgen, müssen "Schablonen" entwickelt werden, die mit dem neuen Arbeitsmedium, d. h. mit der jeweils verwendeten Hard- und Software verwendet werden können. Weltweit gibt es zahlreiche, zum Teil auch sehr erfolgreiche Versuche, den Menschen computergraphisch als Modell zu berechnen und in seinem Erscheinungsbild, seinen Massen und Bewegungsmöglichkeiten auf dem Bildschinn darzustellen. Diese Bilder kennen wir als künstlerische Leistung einzelner Graphiker oder als massgenaue Modelle von Ingenieuren mit geringem aesthetischen Anspruch an das visueUe Erscheinungsbild. Erstere zeigen, was mit Computergraphik darstellbar ist, letztere können, mit unterschiedlichen Qualitaetsstufen, wertvolle Hilfsmittel ergonomischer Planung sein. Leider erreichen die Computer-Mensch-Modelle nur selten Produktreife und stehen deshalb meist allein ihren Entwicklern und nicht der Öffentlichkeit zur Verfügung, die rechnergestützte HiIfsmittel einsetzen möchte. Um so erfreulicher ist es, dass die Fa. IST (Industrial design, Somatographie-CAD, Training GmbH) in Gernsheim-GrossRohrheim, die sich mit der Entwicklung humanwissenschaftlicher Software beschaftigt, ein Programm mit dem Narnen ANYBODY anbietet, das die ergonomisch/anthropometrische Planung wesentlich erleichtert und somit Kosten einspart und dabei sichere Analyse-Ergebnisse garantiert. Dies um so mehr, da ANYBODY als festintegriertes Modul mit der 3D-Software CADKEY kommunizieren, d. h. die dort geschaffene Konstruktionen sofort ergonomisch überprüfen kann.
 

Aufbau und Variationsmöglichkeiten
 

Die 3D-Schablone ANYBODY ist als 2500-Punkte-Modell aus Polylines nach den Massen von DIN 33402 und 33408 aufgebaut. Als Mann oder Frau kann sie in alle Perzentile bzw. Körpergrössen skaliert werden. Auswechselbare Module, wie gestreckte Hand, Greifhand, Fünffingerhand, Schuhe, Helme, Handwerkszeug lassen die Schablone den wechselnden Bedingungen rasch anpassen. Somatotypen und Proportionalitaeten (z. B. Sitzriese, Amputation) gehören zum Grundmodell wie eine Sichtgeometrie nach deutschem oder amerikanischem Muster. Beliebig wechselnd können innerhalb maximaler Exkursionswinkel an den Figuren 23 bzw. 53 Körperelemente über 20 bzw. 50 Gelenke in 2D oder 3D bzw. mit Zielpunktorientierung animiert werden. Abweichende Animation bei synoptischer Darstellung und 132 Messpunkte über den gesamten Körper bieten zusaetzliche HiIfen. Mit den Programmroutinen von CADKEY wird das Leistungsangebot des SOftwarepaketes erweitert. SO gehören Referenzpunktbestimmungen, 3D-Bewegungsphasen und Hüllkurven zu den Selbstverstandlichkeiten des Systems. Laut vorlaufigem Prospekt kann ANYBODY als Grundmodul zum Preis von 8000,- DM auf dem PC sofort einlgesetzt werden. Und bei gröBerer Speicherkapazitat (und höherem Preis) sind 3D-Aktiv-Bereiche nach DIN 33402 sowie nach DIN 31001, eine gröBere Grundanimationsbibliothek (sitzen im Büro, am Bildschinn, im Pkw, Bus oder Flugzeug, stehen an Maschinen) und ein Editor zur interaktiven Modellierung von Besonderheiten (z. B. Schwangere) und Rassen zu nutzen. Darüberhinaus ist es möglich, als Teile abzuspeichemde 3D-Graphiken von Objekten des arbeitsplatzgestalterischen Alltags zu beziehen. Das sind massstabgetreu aufgebaute Schreibtische, Maschinenschreibtische und weitere Büromöbel, BiIdschinn- und Montagearbeitsplatze, Nah- und Kassenarbeitsplatze, einfachere Werkzeugmaschinen und Fahrzeugcockpits etc. Beim Einsatz dieser Zusatzleistungen können die Programmanwender Zeit spaTen und die "Basis- graphiken" zu unzaehligen betriebsspezifischen Objekten umwandeln oder erweitern. Beim mehrfachen Einsatz der Systeme in der GroBindustrie wird ein schneller Datentluss zwischen den Abteilungen möglich, der nicht nur die oben erwahnte Arbeitszeit, sondem auch Entwicklungskosten einsparen hilft. CADKEY und ANYBODY sind auf dem PC mit dem Betriebssystem MS- DOS zu nutzen. Eine 20 MB-Harddisk ist zwingend erforderIich, 40 oder 70 MB- Festplatten und eine Mouse erleichtem die Arbeit zusaetzlich. Mit Cooprozessor und einer guten Colorgraphikkarte sowie mit einem hochauflösenden Monitor beschleunigt und verbessert man den Bildaufuau. IST bietet (u. a. auch gemeinsam mit REFA) Lehrgaenge für 3D-KonstruktioDen mit CADKEY, ergonomische Gestaltung mit ANYBODY sowie Programmierlehrgaenge in CADL der graphischen Systernsprache von CADKEY an.