KMU-innovativ Entwicklung einer flexiblen Fertigungszelle zur Herstellung von Holzrahmenbauelementen (Fertigungszelle)

Problemstellung
Automatisierung im Holzbau ist bislang auf Großserien und Massenfertigung fokussiert. Die Anlagen hierzu haben geringe Variationsmöglichkeiten, feste Taktzeiten und hohen Platzbedarf durch die horizontale Fertigung sowie eine reduzierte Zugänglichkeit. Kleine und mittlere Holzbaubetriebe produzieren geringere Stückzahlen und mit großer Variantenbreite. Für diese Fertigung gibt es am Markt keine Automatisierungslösungen. Es gilt in den bestehenden Betrieben Produktionslösungen zu platzieren, die wenig Platz beanspruchen und zugleich eine Verbesserung der Qualität und Produktivität erreichen. Dazu sollen die Holzbaumodule zukünftig mittels Roboterunterstützung in vertikaler Anordnung gefertigt werden.

Projektziele
Ziel des KMU-innovativ-Projekts Fertigungszelle ist die Entwicklung einer flexiblen, hoch automatisierten Fertigungszelle mit geringem Platzbedarf. Dazu werden neue Arbeitskonzepte für eine Mensch-Roboter-Kollaboration erarbeitet, welche eine Übergabe von Arbeiten zwischen Mensch und Roboter möglich macht.

Vorgehensweise
Dazu ist ein höhen- und neigungsverstellbarer Montagerahmen zu entwickeln, der die aufzubauenden Elemente – von der Kniestock-Giebelwand mit 0,4 m und einer Dachschräge von z. B. 18 Grad bis hin zu Wandhöhen von 4,5 m – sicher tragen kann. Dieser soll beidseitig vom Roboter auf Linearachsen über die ganze Länge der Anlage bis hin zur Werkzeugwechselstelle an den Stirnseiten umfahren werden können. Es ist ein Konzept zu erarbeiten, welche Handling-, Positionier- und Arbeitsaufgaben die Roboter übernehmen können und wie eine integrierte Zusammenarbeit zwischen den Mitarbeitern und den Robotern erfolgen kann. Dazu ist ein Arbeits- und ein Sicherheitskonzept zu entwickeln und zu erproben. Nach dem Vorgehensprinzip „Produkt – Prozess – Betriebsmittel“ erfolgt die Auswahl der Steuerung und Manipulatoren im Zuge der Festlegung des Fertigungsprozesses. Dazu wird es auch notwendig sein, automatisierte Übergabelösungen zwischen den Manipulatoren auf der Fahrschiene zu entwickeln. Um eine hohe Flexibilität für die Bauteilhandhabung zu erreichen, sind passgenaue Datenschnittstellen und abgestimmte Softwarelösungen als Basis für den Roboter-, Werkzeug- und Greifereinsatz zu entwickeln. Die prototypische Testanlage wird beim Anwender errichtet und dort unter realen Bedingungen erprobt. Ein großes Augenmerk wird dabei auf die Evaluierung der Mensch-Robotik-Kollaboration und der darauf abgestimmten Sicherheitsanforderungen gelegt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Nach erfolgreicher Entwicklung und Erprobung sollen die Fertigungszellen für den Holzbau auf die jeweiligen Betriebsgegebenheiten praxisgerecht adaptiert werden, um sie im realen Arbeitsalltag von kleinen und mittleren Holzbauunternehmen einsetzen zu können. Dadurch entstehen Einsparpotenziale gegenüber bisherigen horizontalen Fertigungslösungen von mehr als 20 Prozent.