Page - 14 - in Pflegeroboter

14 H. Buxbaum und S. Sen 1.9.2 Simulation in Automation und Robotik Im Umfeld der Automatisierungstechnik werden seit vielen Jahren Simulationssysteme eingesetzt; dabei wird grundsätzlich zwischen diskreter und kontinuierlicher Simula- tion unterschieden (Law und Kelton 2000). Bei der diskreten Simulation verändern sich die Zustandsvariablen unmittelbar zu bestimmten Zeitpunkten. Bei der kontinuierlichen Simulation ändern sich die Zustandsvariablen kontinuierlich, unter Umständen können jedoch auch Sprungfunktionen enthalten sein. Während kontinuierliche Systeme zu jedem belieben Zeitpunkt definiert und messbar sind, z. B. die kontinuierliche Bewegung eines Pendels (Bossel 1994), sind die Systemzustände von diskreten Systemen deutlich voneinander abgegrenzt (Banks et al. 2010). In den klassischen Anwendungsfeldern der Automatisierungstechnik findet man die kontinuierliche Simulation in Anwendungen der Mehrkörpersimulation. Diese wird zur Untersuchung des kinematischen Verhaltens von Systemen eingesetzt, die aus mehreren Komponenten (starren Körpern) bestehen. In einfacheren Systemen werden dabei ledig- lich die kinematischen Beziehungen der mathematischen Transformation in der Robotik dargestellt, z. B. um in der Arbeitsvorbereitung Roboterprogramme zu erstellen oder in der Anlagenplanung Robotersysteme auszulegen. Bisweilen werden auch äußere Kräfte und Momente und Masseträgheiten sowie die Reibung in Gelenken berücksichtigt. Sol- che Simulationssysteme werden z. B. bei der Konstruktion von mechatronischen Kom- ponenten eingesetzt oder auch bei der virtuellen Inbetriebnahme von Roboteranlagen. Die Einbeziehung des Menschen in der kontinuierlichen Simulation wird durch Ergo- nomiesimulatoren geleistet. Diese werden bei der Auslegung manueller Arbeitsplätze eingesetzt, um Greifbewegungen anhand eines Menschmodells zu studieren und ergo- nomisch zu optimieren. Das menschliche Bewegungsverhalten wird dabei ebenfalls mit- hilfe von Mehrkörpersystemen modelliert. Diskrete Simulationssysteme reagieren auf Ereignisse oder Zeitpunkte. Sie werden eingesetzt, um z. B. logistische Ketten zu analysieren, Warteschlangen oder Lagerkapazi- täten zu dimensionieren oder Antwortzeiten stochastischer Systeme zu prognostizieren. Bei der ereignisdiskreten Simulation erfolgen die Zustandsänderungen sprunghaft durch das Auftreten eines Ereignisses, wie z. B. das Eintreffen eines Sensorsignals (Banks et al. 2010). Die Einbeziehung des Menschen in diskreten Simulatoren wird ebenfalls über Ereignisse definiert, die z. B. ein Werker im Produktionsprozess zu leisten hat. Im Prinzip wird dabei mit Zeiten und Wahrscheinlichkeiten gearbeitet, die die Leistung des Werkers quantitativ in das Gesamtsystem übernehmen. Die Einbeziehung des Menschen in den klassischen Simulatoren der Auto- matisierungstechnik und Robotik ist also gegeben, jedoch sehr stark auf die jeweilig zugrunde liegende Simulationsmethodik bezogen. Geht es in der kontinuierlichen Simula- tion um physikalische Aspekte wie Greifraumdimensionierung oder Geschwindigkeit der menschlichen Bewegung, so sind in der ereignisorientierten Simulation vor allem Takt- zeiten und Ausfallwahrscheinlichkeiten gefragt. Arbeitspsychologische Erkenntnisse sind nicht, zumindest nicht direkt, aus diesen Simulationen ableitbar. Daher ist der Einsatz