Mensch-Maschine-Systeme


Themenschwerpunkte

Im Forschungsschwerpunkt der Mensch-Maschine-Systeme erforschen wir die Interaktion des Menschen mit dem technischen System und entwickeln Methoden, wie diese in der nutzerzentrierten Produktentwicklung berücksichtigt werden können. Wir fokussieren uns dabei auf technische Systeme, bei welchen Nutzende bei der Benutzung im ständigen Leistungs- und Informationsfluss stehen, wie es zum Beispiel bei Power-Tools der Fall ist. Hierzu entwickeln wir sowohl Methoden zur Erfassung und Berücksichtigung der physischen Interaktion zwischen dem System und Nutzenden als auch Methoden zur Verbesserung der subjektiven Produktwahrnehmung. Zur Abbildung der physischen Interaktion gilt es sowohl die aktiven als auch passiven Eigenschaften des Menschen wie beispielsweise seine Körperstatur, Ankopplungskräfte oder Reaktionskräfte und Ermüdungseinflüsse zu erfassen. Dazu forschen wir an physischen Menschmodellen, welche in der Lage sind die Interaktion zwischen dem Menschen und dem technischen System wirkungsäquivalent abzubilden und Produkte hinsichtlich der Nutzendeninteraktion zu optimieren. Zur Verbesserung der subjektiven Produktwahrnehmung und der Usability entwickeln wir Methoden, welche den Entwickelnden bei der Identifikation und Optimierung relevanter Gestaltaspekte unterstützen. Der Forschungsschwerpunkt Mensch-Maschine-Systeme ermöglicht die ganzheitliche Entwicklung technischer Systeme unter Berücksichtigung des Menschen.

Definition Mensch-Maschine-Systeme:

Ein Mensch-Maschine-System (MMS) ist das zielgerichtete Zusammenwirken von Mensch mit technischem System zur bestmöglichen interaktiven Erfüllung einer vorgegebenen oder selbst gewählten menschlichen Tätigkeit unter Einsatz von Maschinen.

(nach Johannsen 1993 und Timpe et al. 2002)

Unsere Vision:

 

Leistungsangebot

Als Ihr Partner stärken wir Sie im Wettbewerb um Innovation, vor allem in der Gerätebranche. 

Wir bieten:

  • Theoretische und experimentelle Untersuchung von Geräten
  • Erfassung von Wechselwirkungen zwischen Nutzenden, Gerät und Anwendungsumgebung
  • Entwicklung von Validierungsmethoden für handgehaltene Geräte und Geräteteilsysteme inkl. Entwicklung von Prüftechnik

Ausstattung

  • Power-Tool-Interaktion-Prüfstand zur Durchführung handgehaltener Gerätetests
  • Anwendung-Interaktion-Prüfstand zur Untersuchung von Anwendungseigenschaften
  • Automatisierter Power-Tool-Prüfstand zur robotergesteuerten Gerätevalidierung
  • Portable kapazitive Druckmessfolien zur Kräftemessung zwischen Anwendenden und Gerät
  • Kraftmesstechnik in Gerätegriffen zur Kräftemessung zwischen Anwendenden und Gerät
  • 6-Achs-Kraftmessplatte zur Messung der Anwendungskräfte zum Boden
  • Staubsensor zur Erfassung von anwendungsbedingten Emissionen
  • Mobiles Datenerfassungssystem zur Erfassung von Messdaten im Feld
  • 3D-Scanner zur Durchführung von Reverse-Engineering an Power-Tools
  • Faseroptisches Messgerät zur Erfassung von Dehnungen in Gehäusen von Power-Tools
  • 3D Motion-Tracking-System zur Erfassung der Anwendungskörperhaltung und -bewegungsabläufen während der Nutzung von Geräten

Weitere Ausstattung des Instituts finden sie hier.

Bachelor- / Masterarbeiten

Aktuelle Bachelor- / Masterarbeiten der Forschungsgruppe finden sie hier.

Nicht das richtige gefunden? Falls Sie etwas in unseren Themenbereichen interessiert schreiben Sie bitte gerne initiativ an sebastian.helmstetter∂kit.edu oder diana.fotler∂kit.edu.

Kontakt

Ausgewählte Veröffentlichungen der Forschungsgruppe


2022
Influence of friction bearings on the frequency response of a variable stiffness mechanism
Lindenmann, A.; Heyden, E.; Mas, V.; Krause, D.; Matthiesen, S.
2022. Mechanism and Machine Theory, 168, Art.-Nr.: 104588. doi:10.1016/j.mechmachtheory.2021.104588
User-Centered Design – Evolution of an Interdisciplinary Process Approach Utilizing Empirical Research Methods
Fotler, D.; Germann, R.; Gröbe-Boxdorfer, B.; Engeln, W.; Matthiesen, S.
2022. Human Interaction, Emerging Technologies and Future Systems V: Proceedings of the 5th International Virtual Conference on Human Interaction and Emerging Technologies, IHIET 2021, August 27-29, 2021 and the 6th IHIET: Future Systems (IHIET-FS 2021), October 28-30, 2021, France. Ed.: T. Ahram, 431–442, Springer. doi:10.1007/978-3-030-85540-6_56
Research Approach for Predicting Body Postures and Musculoskeletal Stress Due to Disruptive Design Changes on Power Tools
Uhl, M.; Germann, R.; Sänger, J.; Fleischer, M.; Harbauer, C.; Bengler, K.; Matthiesen, S.
2022. Human Interaction, Emerging Technologies and Future Systems V: Proceedings of the 5th International Virtual Conference on Human Interaction and Emerging Technologies, IHIET 2021, August 27-29, 2021 and the 6th IHIET: Future Systems (IHIET-FS 2021), October 28-30, 2021, France. Ed.: T. Ahram, 462–467, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1007/978-3-030-85540-6_59
2021
Torque-Time series
Mangold, S.; Gerlitz, E.; Zimprich, S.
2021, Dezember 27. doi:10.5445/IR/1000141534
Objective evaluation of vibration comfort through the design of a vibration filter - Implementation of a study design for vibration comfort evaluation
Fotler, D.; Schröder, T.; Germann, R.; Matthiesen, S.
2021. Proceedings of the 32nd Symposium Design for X (DFX2021). Ed.: D. Krause, Art.-Nr. 6, The Design Society. doi:10.35199/dfx2021.06
An adjustable bearing seat stiffness element for targeted vibration influencing
Sturm, C.; Lindenmann, A.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings, InterNoise21: Washington, D.C., USA. Ed.: T. Dare. Ed.: T. Dare, 757–766, Institute of Noise Control Engineering of the USA (INCE-USA). doi:10.3397/IN-2021-1642
Use of data-driven design for the development of knob-shaped handles in the context of impedance measurements
Schröder, T.; Lindenmann, A.; Hehmann, S.; Wettstein, A.; Germann, R.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Applied ergonomics, 98, Article no: 103575. doi:10.1016/j.apergo.2021.103575
Universitäre Ausbildung von Konstrukteurinnen und Konstrukteuren im Kontext des industriellen Wandels
Matthiesen, S.; Hölz, K.; Drechsler, S.; Bruchmüller, T.
2021. CSR und Digitalisierung : Der digitale Wandel als Chance und Herausforderung für Wirtschaft und Gesellschaft. Ed.: A. Hildebrandt, 151–173, Springer Verlag. doi:10.1007/978-3-662-61836-3_10
An Objective Rating Approach for Vibration Discomfort Evaluation in Power Tool Ergonomics – Examination of Higher Frequency Components
Zimprich, S.; Germann, R.; Helmstetter, S.; Saurbier, S.; Matthiesen, S.
2021. Human Interaction, Emerging Technologies and Future Applications III. Ed.: T. Ahram, 84–90, Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-030-55307-4_13
2020
DFG Vorhaben Hybride Modelle zur Entwicklung von technischen Systemen gestartet. Erforschung von Co-Simulationen im Projekt ExoMePT im Themenbereich Mensch-Maschine-Systeme
Matthiesen, S.; Germann, R.; Sänger, J.; Wartzack, S.; Miehling, J.; Molz, C.; Weidner, R.; Yao, Z.
2020. News / Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung, WiGeP, Berliner Kreis & WGMK, 2020 (2), 7–8 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
A Method of Determining the Separation Plane of a Knob-Shaped Measuring Handle for the Measurement of Hand-Arm-Impedances
Schröder, T.; Lindenmann, A.; Hehmann, S.; Uhl, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2020. Humanschwingungen 2020 : Vibrations- und Schwingungseinwirkungen auf den Menschen., 131–140, VDI Verlag. doi:10.51202/9783181023709-131
SMART assistive systems in power tools – Identification of product requirements in application studies
Wilwer, J.; Germann, R.; Dörner, P.-T.; Matthiesen, S.
2020. Proceedings of the 31st Symposium Design for X (DFX2020), 141–150, The Design Society. doi:10.35199/dfx2020.15
Human factors for the evaluation of the user expertise in the usage of power tools
Helmstetter, S.; Germann, R.; Abbes, M.; Matthiesen, S.
2020. Proceedings of the 31st Symposium Design for X (DFX2020), 16-17 September 2020 (virtual conference), 21–30, The Design Society. doi:10.35199/dfx2020.3
Disruptive factors in the evaluation of perceived quality aspects – consideration of the brand influence
Germann, R.; Kurth, L.; Matthiesen, S.
2020. International journal of industrial ergonomics, 76, Article: 102931. doi:10.1016/j.ergon.2020.102931
2019
Einfluss der Produktreife auf die Bewertung der Anwendungseignung technischer Produkte
Trojan, K.; Germann, R.; Matthiesen, S.
2019. DS 98: Proceedings of the 30th Symposium Design for X (DFX 2019), 18-19 September 2019, Jesteburg, Germany. Ed.: D. Krause, 183–194, The Design Society. doi:10.35199/dfx2019.16
Adjustable Impedance Elements for Testing and Validation of Aircraft Components and Hand-Held Power Tools
Lindenmann, A.; Heyden, E.; Matthiesen, S.; Krause, D.
2019. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2019, Stuttgart, 16. Mai 2019. Hrsg.: H. Binz, 63–72, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO 
The Rotational Mechanical Impedance of the Hand-Arm System - A Preliminary Study
Lindenmann, A.; Matthiesen, S.
2019. 14th International Conference on Hand Arm Vibration, Bonn, 21. - 24. Mai 2019. Abstracts, 75–76, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) 
Experimental Abrasive Contact Analysis – Dynamic Forces between Grinding Discs and Steel for common Angle Grinder Applications
Dörr, M.; Zimprich, S.; Dürkopp, A.; Bruchmüller, T.; Gittel, H.-J.; Matthiesen, S.; Pelshenke, C.; Dültgen, P.
2019. 11th TOOLING 2019 conference & exhibition, Aachen, Germany, 12 - 16 May 2019 
2018
Adjustable impedance elements for testing and validation of system components
Heyden, E.; Lindenmann, A.; Oltmann, J.; Bruchmueller, T.; Krause, D.; Matthiesen, S.
2018. Book of Abstracts. Symposium Lightweight Design in Product Development (LWD-PD18), Zurich, CH, June 14-15, 2018. Ed.: Paolo Ermanni, 44–46, Laboratory of Composite Materials and Adaptive Structures (CMASLab) 
Anforderungen an ein Messsystem zur Ermittlung der Rotationsimpedanz von Hand-Arm Systemen
Matthiesen, S.; Lindenmann, A.; Bruchmüller, T.
2018. 7. VDI-Tagung Humanschwingungen 2018, Würzburg, 24.-25. April 2018, 91–106, VDI Verlag 
2017
Methodical Approach for the Analysis of the Active User Behavior during the Usage of Power Tools
Matthiesen, S.; Uhl, M.
2017. DFX 2017: 28th Symposium Design for X, Bamberg, Germany, 4-5 October 2017. Ed.: D. Krause, 1–12, Tutech Verlag 
Realitätsnahe Komponententests zur Unterstützung der Produktentwicklung bei der Validierung von Power-Tools
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.; Dultgen, P.; Pelshenke, C.; Gittel, H.-J.
2017. Konstruktion, 69 (7-8), 76–81 
A qualitative study to identify the need and requirements on further development of design guidelines for fibre-reinforced composites
Butenko, V.; Wilwer, J.; Spadinger, M.; Albers, A.
2017. 21st International Conference on Engineering Design, ICED 2017, Vancouver, Canada, 21st - 25th August 2017. Ed.: A. M. Maier, 309–318, The Design Society 
Ansatz zur objektiven und effizienten Erfassung der empfundenen Anwendungseignung von Power-Tool
Matthiesen, S.; Germann, R.
2017. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2017, Stuttgart, 28.06.2017 - 29.06.2017. Hrsg.: Roth, Daniel, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO 
Frontloading in der Produktentwicklung von Power-Tools durch frühe Validierung mit Hilfe von leistungsskalierten Prototypen
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.; Grauberger, P.; Steck, M.; Cersowsky, S.
2017. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2017 (SSP 2017) : Produktentwicklung im disruptiven Umfeld, Stuttgart, Deutschland, 29. Juni 2017 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
2016
Bohrmaschine, insbesondere Kernbohrmaschine [Patent]
Schreiber, A.; Richt, B.; Aders, P.; Büttner, T.; Scharpf, S.; Vollmer, R.; Zumstein, T.; Matthiesen, S.; Mangold, S.
2016 
Systematische Entwicklung von Einheiten aus Power-Tools und anziehbaren Unterstützungssystemen : Ansatz einer integrativen Entwicklung von Power-Tools und anziehbaren Unterstützungssystemen
Weidner, R.; Matthiesen, S.; Bruchmüller, T.; Mangold, S.; Wulfsberg, J. P.
2016. Zweite transdisziplinäre Konferenz zum Thema "Technische Unterstützungssysteme, die die Menschen wirklich wollen". Hrsg.: R. Weidner, 527–534, Helmut-Schmidt-Universität 
Prozessmodell zur anwendungsorientierten Entwicklung von Power-Tools
Matthiesen, S.; Germann, R.; Schmidt, S.; Hoelz, K.; Uhl, M.
2016. Technische Unterstützungssysteme, die die Menschen wirklich wollen : Zweite Transdisziplinäre Konferenz - Hamburg, Germany, 12.-13. Dezember 2016. Hrsg.: R. Weidner, 223–232, Helmut-Schmidt-Universität 
Ansatz zur modellunterstützten Vorauslegung von Messsystemen für die Erfassung von mechanisch-dynamischen Größen von Power-Tools
Matthiesen, S.; Wettstein, A.; Bruchmüller, T.; Anding, T.
2016. Design for X : Beiträge zum 27. DfX-Symposium, Jesteburg, Germany, 5.-6. Oktober 2016. Hrsg.: D. Krause, 51–64, Tutech Verlag 
Selbstreinigendes Bürstensystem zum Reinigen von Oberflächen [Patent]
Baumann, N.; Heni, A.; Lorenz, P.; Stroop, N.; Matthiesen, S.; Mangold, S.
2016 
Ein anpassbares Hand-Arm-Modell mit rotatorischem Freiheitsgrad zur Validierung handgehaltener Geräte
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Zumstein, T.
2016. 6. VDI-Tagung Humanschwingungen 2016 : Würzburg, Germany, 26.-27. April 2016, 95–110, VDI Verlag 
2015
Werkzeugmaschine zum Schneiden von plattenförmigen Material [Patent]
Bek, F.; Heilig, M.; Mangold, S.; Matthiesen, S.; Schreiber, A.; Schaefer, T.
2015 
An Adjustable Impedance Element -- System Requirements and Design Approach
Bruchmueller, T.; Mangold, S.; Matthiesen, S.; Oltmann, J.; Rasmussen, O.; Krause, D.; Stuecheli, M.; Meboldt, M.
2015. 26. DfX-Symposium: Proceedings of the 26th Symposium Design for X, 133–144, Tutech Verlag 
A method to design a hand arm model with translational and rotational degree of freedom for high accelerated applications
Matthiesen, S.; Germann, R.; Mangold, S.
2015. Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration. Ed.: X. Gao, Beijing University Health Science Center Capital Medical University 
A method to develop hand-arm models for single impulse stimulation
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Schaefer, T.; Schmidt, S.
2015. Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration. Ed.: X. Gao, Beijing University Health Science Center Capital Medical University 
The influence of the user on the power tool functionality -- a force sensing handle for a hammer drill
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmueller, T.; Stelzer, D.; Truenkle, B.
2015. Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration. Ed.: X. Gao, Beijing University Health Science Center Capital Medical University 
2014
Eine Methode für eine Prüf- und Validierungsumgebung zur Komponentenuntersuchung handgehaltener Geräte in der Produktentwicklung
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.
2014. 12. gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik 2014. Hrsg.: K. Brökel, 51–61, Universität Bayreuth 
Der Mensch als zentrales Teilsystem in Wechselwirkung mit handgehaltenen Geräten - Ein problemorientierter Ansatz zur Untersuchung dieser Schnittstelle
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmüller, T.; Marko, A. M.
2014. Design for X : Beiträge zum 25. DfX-Symposium. 25th Symposium Design for X, DFX 2014, Bamberg, Germany, 1. October - 2. October 2014, 193–204 
2013
Modeling of a human hand-arm system under high acceleration caused by power tools
Matthiesen, S.; Schaefer, T.; Mangold, S.
2013. 3rd International Conference on VIBRO-IMPACT-SYSTEMS and SYSTEMS WITH NON-SMOOTH INTERACTIONS - ICOVIS 2013, 22 - 26 July 2013, Leinsweiler near Karlsruhe, Germany 
X-in-the-Loop in der Gerätebranche -Ein ganzheitliches Validierungsframework unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Anwender, Gerät und Anwendung
Matthiesen, S.; Schaefer, T.; Mangold, S.; Durow, W.; {SSP}
2013. Organisation}, {Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und (Hrsg.), Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2013, Stuttgart, 20. Juni 2013; Konferenz; SSP 2013., Fraunhofer Verlag 
2012
Modelling and simulation of the hand-arm-system during impact influences
Matthiesen, S.; Schaefer, T.; Mangold, S.
2012. International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE2012), Houston, Texas, November 9-15, 2012, 1 CD-Rom, The American Society of Mechanical Engineers (ASME) 
Modellierung und Simulation des Hand-Arm-Systems bei stoßartiger Anregung
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Schäfer, T.
2012. Design for X: Beiträge zum 23. DfX-Symposium Oktober 2012. Hrsg.: D. Krause, 113–124, TuTech Verl