Mensch-Roboter-Kooperation im Holzbau: Potentiale für die Vorfertigung

Der Holzbau gewinnt im Bauwesen stetig an Bedeutung. Holzbauweisen sind besonders gut geeignet, die Ziele der Ressourceneffizienz und Energieeinsparung wirtschaftlich zu erreichen. Zudem zeichnet sich der Holzbau durch ein hohes Maß an Vorfertigung aus. Dies ermöglicht Präzision, schnelle Bauzeiten und geringe Baulärmemissionen. Die Vorfertigung im Werk erfolgt allerdings immer noch weitestgehend manuell. Während die Fertigung der Einzelteile bereits stark digitalisiert ist (z.B. CNC-Fräsen, Abbund, etc.), erfolgt deren Fügung zu Baugruppen weiterhin durch händische Arbeit. Das Forschungsprojekt soll aufzeigen wie neuartige Ansätze der Mensch-Roboter Kooperation auch für die Montage in der Holzbau-Vorfertigung ein höheres Maß an Automatisierung, Qualität und Wirtschaftlichkeit ermöglichen. Im Gegensatz zur Vollautomatisierung, die im Holzbau aufgrund der Projektspezifität und wenig Sinn macht, steht hier die mögliche Synergie von Robotik und Handwerk im Vordergrund. Neuste Entwicklungen in der Robotik erlauben erstmals die direkte Kooperation von Mensch und Industrieroboter, die zuvor aus Sicherheitsgründen unmöglich war. Die Potentiale dieser Technologien und Methoden für ihre Anwendung sollen mit Industriepartnern aus Holzbau und Robotik untersucht, systematisiert, evaluiert und prototypisch getestet werden.

Das Institut für Computerbasiertes Entwerfen hat zum Ziel, die Potentiale der Robotik im Holzbau umfassend zu erforschen. Hierfür wurden bereits mehrere Forschungsvorhaben zum Einsatz von Industrierobotern für die Fertigung leistungsfähiger Holzkonstruktionen und dazugehöriger, digitaler Planungsverfahren durchgeführt. Industrieroboter sind aufgrund ihrer hohen Flexibilität, verschiedenartiger Einsatzmöglich- keiten, vergleichsweise geringer Investitionskosten und ausreichend großer Arbeitsräume und Traglasten für den Einsatz in der Holzbauvorfertigung besonders gut geeignet. Die Vorarbeiten haben gezeigt, dass sich durch robotische Fertigung Holzbauteile mit komplexer Geometrie und hoher Genauigkeit (< 0,5 mm) in einer durchgehend digitalen Planungskette herstellen lassen. Die anschließende Fügung der Bauteile in vor- gefertigte Baugruppen wurde dabei als weiteres Anwendungspotential identifiziert. Bisher bestand allerdings das Problem, dass Handwerker und Roboter aus Sicherheitsgründen nur in strikt getrennten Arbeitsräumen tätig sein durften. Das Projekt untersucht neue Technologien, wie z.B. Safe Robot Technology für Industrie- roboter oder neuartige Leichtbauroboter, die in Zukunft die gemeinsame Nutzung desselben Arbeitsraums zulassen. In der Holzbauvorfertigung erlaubt dies eine Mensch-Roboter Kooperation für präzises Positionieren und Fügen ohne Einmessaufwand, eine kontinuierliche Qualitätssicherung und eine hohe Automatisierung für sich wiederholende bzw. schwere Tätigkeiten. Diese Möglichkeiten sollen erstmals systematisch erfasst, evaluiert und erprobt werden, um die Erkenntnisse der Holzbauwirtschaft zugänglich zu machen. Holzbau ist ein wichtiger und stetig wachsender Sektor der deutschen Bauwirtschaft, der sich in den letzten Jahren durch hohe Innovationspotentiale ausgezeichnet hat. Die ressourcenschonende Verwendung von nachwachsenden Baumaterialien und die Stärkung der lokalen Wirtschaft werden durch den Holzbau in Deutschland gefördert. Holzbau ist in besonderem Maße geeignet, die Ziele der ökologischen, ökonomischen und sozialen Nachhaltigkeit zu erreichen, gerade auch hinsichtlich der Herausforderung der städtischen Nachverdichtung und das Bauen im Bestand. Für die Entwicklung zukunftsfähiger Holzbausysteme und die weitere Stärkung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Holzbauwirtschaft sind modernste Produktions- und Bauprozesse notwendig. Das bereits hohe Maß an Vorfertigung im Holzbau bietet hierfür eine ideale Ausgangssituation, auch in der Bauindustrie die von der Bundesregierung ausgegebenen Ziele und Strategien der „Industrie 4.0“ zur Anwendung zu bringen, um durch die cyber-physikalische Verbindung aller Fertigungsschritte wesentlich flexiblere, anpassungsfähigere und effektivere Produktionsprozesse zu ermöglichen. Der Mensch-Roboter Kooperation fällt dabei in anderen Industriezweigen eine Schlüsselrolle zu. Dies führt zu Technologieentwicklungen, die in angepasster Form für die Holzbauvorfertigung eine Vielzahl von direkten Anwendungspotentialen aufweisen, die sich dann auch auf andere Gewerke und Teile des Bausektors übertragen lassen. Durch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten fördert dies gerade bei KMUs die weitere Digitalisierung und schrittweise Automatisierung der Vorfertigung und stärkt somit die Wettbewerbsfähigkeit.