Der Einsatz von Robotik gewinnt weltweit in der Baubranche an Bedeutung. Dennoch ist der Automatisierungsgrad in der Gebäudeherstellung bei den meisten neu fertiggestellten Gebäuden nach wie vor gering.

Dies liegt hauptsächlich daran, dass das serielle Bauen noch keinen signifikanten Marktanteil erreicht hat, es Skepsis bezüglich des Einsatzes von Robotik gibt und die Digitalisierung der Planung oft noch nicht ausreichend fortgeschritten ist.

Die Produktpalette umfasst eine breite Auswahl, von 3D-Beton-Druckern bis hin zu hochautomatisierten Robotik-Anlagen, die bereits heute eingesetzt werden.

Doch welches Produkt ist serientauglich?

In dieser Ausgabe liegt der Fokus auf dem Einsatz von Robotik im Holzbau, da Holz derzeit als der umweltfreundlichste Baustoff für den seriellen Neubau gilt.

Während bei Verwendung von CLT/Brettsperrholz vorkonfektionierte bzw. bereits abgebundene Elemente oft von namhaften Herstellern erworben werden, liegt bei der Holzrahmenbauweise die Wertschöpfungstiefe beim Hersteller selbst. Daher benötigen Hersteller, die hauptsächlich vorgefertigte CLT/Brettsperrholz-Elemente verwenden, kleinere Produktionsstandorte und keine eigenen Robotik-Anlagen. So entstehen hochkompakte Produktionsstätten, die möglicherweise – temporär - nur für ein größeres Bauvorhaben errichtet werden.

Der Einsatz von Robotik gewährleistet eine konstante Qualität und kann zugleich die Produktionskosten senken. Zudem ermöglicht der Einsatz von Robotik in Zeiten von Fachkräftemangel eine kontinuierliche Produktion. Ebenso kann der Einsatz von Robotik die Produktionsauslastung wesentlich planbarer machen.

Grundsätzlich können mit Robotik mehrere Hauptprobleme der aktuellen Fertigungstechnologie gelöst werden:

• Mitarbeitermangel: Das kann beispielsweise für ein Großunternehmen bedeuten, dass durch den Einsatz von Robotik zukünftig nur noch 12 Mitarbeiter im Elementbau beschäftigt sein können, anstelle von bislang 62 Mitarbeiter. Für einen Familienbetrieb kann es bedeuten, dass nur noch ein Mitarbeiter in der Elementfertigung beschäftigt ist (z.B. bei RANDEK ZeroLabor-Anlage 1 Mann – 1 Wand - 1 Stunde). Ein Mitarbeiter stellt dann im Betrieb mit Robotik die Elemente 2-seitig beplankt und gedämmt her, die anderen Mitarbeiter können das Gebäude auf der Baustelle errichten bzw. 2- D Elemente zu Modulen fertigen.

• Der Platzbedarf für hohe Stückzahlen ist bei intelligentem Einsatz von Robotik geringer als bei traditioneller Fertigungstechnik mit Multifunktionsbrücken. Intelligent bedeutet, dass mehrere Roboter prozesssicher und produktivitätsoptimiert simultan in einer Zelle arbeiten können. Die Aufgaben, die in der Zelle durchgeführt werden müssen, sind klar definiert. Welcher Roboter dann welche Aufgabe übernimmt wird – z.B. bei RANDEK ZeroLabor - vollautomatisch auf Basis eines KI-ähnlichen Prozesses entschieden. Dadurch wird – zumindest, wenn man mit einem entsprechend erfahrenen Anbieter von Robotik für Holzrahmenbau zusammenarbeitet - sichergestellt, dass die Roboter einerseits hochproduktiv und andererseits prozesssicher auf geringem Raum zusammenarbeiten.

• Menschliche Fehler in der Fertigung können vermieden werden, da die Roboter genau das tun, was in der Arbeitsvorbereitung im CAD gezeichnet wurde. Kein Mitarbeiter in der Fertigung muss auf einen Plan schauen.

• Die Qualität bleibt durchgängig gleich hoch. Auch nach vielen Jahren im Mehrschichtbetrieb gibt es keine Abweichungen gegenüber den zu Beginn gefertigten Elemente.

• Die Verfügbarkeit ist deutlich höher als bei anderen Anlagen (z.B. KUKA Quantec / ZeroLabor: 99,9% technische Verfügbarkeit, durchschnittliche störungsfreie Zeit: 400.000 Betriebsstunden*)

*Quelle: KUKA-Webseite

• Falls doch etwas passiert, kann die durchschnittliche Reparaturzeit deutlich kürzer als bei anderen Anlagen sein (z.B. KUKA Quantec / ZeroLabor: 0,25 Betriebsstunden*)

*Quelle: KUKA-Webseite

• Intelligent eingesetzte Robotik ist hochflexibel. So können verschiedenste Werkzeuge vollautomatisch eingewechselt werden und damit problemlos verschiedene Materialien zugeschnitten und befestigt werden. Industrielle, hochproduktive Fertigung und Losgröße 1 sind damit kein Widerspruch.

• Robotik macht Sinn für Familien- und Industriebetriebe. Die eine Anlage ist kleiner, langsamer und günstiger, die andere Anlage ist größer und schneller. Die Funktionalitäten können genau gleich sein.

*Quelle: Wolfgang Horn - HORN Hausbau Technologie, Beispiel RANDEK ZeroLabor

• Es können die Standard-CAD Programme für den Holzrahmenbau verwendet werden; in der Arbeitsvorbereitung ändert sich – wenn der Anlagenanbieter seine Hausaufgaben gemacht hat – nichts.

Aspekte, die berücksichtigt werden müssen, um die Vorteile der Robotik zu nutzen (über die sich aber kaum jemand Gedanken macht):

• Holzbau unterscheidet sich grundlegend von anderen Einsatzfeldern von Robotik: die Stückzahlen sind meist klein (vgl. Automobilindustrie: dort setzen Roboter allein beim Porsche 911 rund 30.000 Windschutzscheiben pro Jahr ein. Immer der gleiche Vorgang), die Steckdose im Wohnzimmer sitzt jedesmal woanders (und wenn es nur 1 cm weiter links ist, muss es halt 1cm weiter links sein), das Umfeld kann staubig sein und das Material Holz weist größere Toleranzen als Plastik oder Metall auf. Die Erfahrungen aus anderen Branchen lassen sich deshalb nicht in die Praxis des Holzbaus übertragen, mehrere Versuche entsprechender Anbieter sind bisher gescheitert. Ein erfolgreicher Anbieter von Robotik für den Holzrahmenbau sollte deshalb langjährige Erfahrung im Holzrahmenbau und langjährige, intensive praktische Erfahrung im Bereich Robotik mitbringen.

• Die Vorteile der Robotik können nur genutzt werden, wenn die Robotik intelligent eingesetzt wird (Stichworte: Flexibilität/Losgröße 1; Platzbedarf bei großen Stückzahlen, Teamarbeit der Roboter). Diese intelligente Programmierung ist aufwändig und einer der Kostentreiber bei Anlagen mit intelligenter Robotik. Ein Anbieter sollte ein entsprechend großes und kompetentes Team an Robotik-Spezialisten nur für den Holzrahmenbau zur Verfügung haben.

• Die Ansteuerung von Robotik ist anders als z.B. bei Multifunktionsbrücken. D.h. die Programme, die die CAD – Zeichnung aus der Arbeitsvorbereitung automatisch für die Roboter „übersetzen“, können nicht die gleichen sein wie bei CNC-gesteuerten Multifunktionsbrücken. Manch ein Anbieter von traditioneller Maschinentechnik tut sich deshalb beim Thema Robotik schwerer als man es erwarten würde. Wer als Anlagenanbieter erst jetzt in Robotik für Holzrahmenbau einsteigt, wird wohlmöglich bei den ersten Anlagen keine ausgereiften Übersetzungsprogramme liefern können, da das Feedback aus der täglichen Praxis komplett fehlt. Bei Anbietern, die seit mehreren Jahren zahlreiche Roboterzellen für Holzrahmenbau im Praxiseinsatz haben, kann der Kunde davon ausgehen, dass die Übersetzung einwandfrei funktioniert und die Roboter vollautomatisch, flexibel und hochproduktiv genau das machen, was im Standard-CAD gezeichnet wurde.

• Bei traditioneller Technik benötige man zwar mehr Mitarbeiter, man kann aber immer noch manuell eingreifen, ohne die Bearbeitungszeit signifikant zu erhöhen. Wenn ein Plattenausschnitt in den Tisch der Multifunktionsbrücke fällt, kann der Mitarbeiter ihn einfach herausholen. Der Mitarbeiter und die Zeit zum manuellen Entnehmen der Ausschnitte ist in der Produktionszeit schon einkalkuliert. Bei einer vollautomatischen Anlage, bei der alle Prozesse von Robotern durchgeführt werden und manuelle Eingriffe in der Zelle nicht vorgesehen sind, ist Prozess-Sicherheit ein K.O.-Kriterium. Funktioniert ein Prozess nicht, so steht die gesamte Anlage. Weder Mitarbeiter noch Zeit für manuelle Eingriffe sind einkalkuliert.

• Grundsätzlich können Roboter fast alles. Um die gewünschte Produktivität zu erzielen, ist es jedoch oft entscheidend, wie ich ein Wandelement konstruiere. Zwei Wände die mit allen Fenstern, Steckdosen etc. von außen genau gleich aussehen und genau die gleichen Dämmwerte etc. haben, können unterschiedlich konstruiert sein. Die Produktionszeit der beiden Wände kann dadurch – obwohl technische Daten und Aussehen gleich sind – stark voneinander abweichen. Erfahrene Anlageningenieure beraten deshalb den Modul- oder Fertighausbauer auch zum Thema fertigungsoptimierte Konstruktion (DFM = Design for Manufacturing). Bei einer Anlage „1 Mann – 1 Wand – 1 Stunde“ für einen Familienbetrieb spielt dies keine große Rolle. Bei einer Hochleistungsanlage für große Stückzahlen kann DFM den Unterschied ausmachen. Robotik für Holzrahmenbau ohne DFM ist ein bisschen wie Formel 1 fahren ohne den Renningenieur, der dem Fahrer die Anweisungen gibt, wo er die entscheidenden Sekunden herausholen kann. Dann verliert auch der beste Formel 1-Wagen das Rennen.

• Roboter sind von Haus aus hochflexibel einsetzbar. Ein Basis-System, das bei allen Anlagen immer gleich (=standardisiert) ist, aber je nach Bedarf erweitert und ergänzt werden kann, macht deshalb großen Sinn. Standardisierte Anlagentechnik (Teilegleichheit, identische Software, neue Apps einfach nachrüstbar) bedeutet Prozess-Sicherheit. Eine modulare, standardisierte Anlage wird in der Regel immer prozess-sicherer als eine kundenspezifisch entwickelte Anlage sein. Prozess-Sicherheit ist beim Einsatz von Robotik ein K.O.-Kriterium.

• Sehr zugespitzt ausgedrückt sind Roboter heutzutage Werkzeuge wie früher ein Schraubendreher. Entscheidend ist nicht der Roboter (bzw. Schraubendreher) sondern die Kompetenz, Kreativität und vor allem praktische Erfahrung des Robotik-Integrators* (bzw. des Anwenders beim Schraubendreher) mit Holzrahmenbau. Diese Kompetenz und Erfahrung sind letztendlich entscheidend für den Erfolg einer Anlage mit Robotik

* Unternehmen, das Roboter für bestimmte Einsatzzwecke ausstattet und programmiert

• Während bei traditioneller Maschinentechnik alle wichtigen Daten bekannt sind, kann bei vollautomatischen Anlagen mit Robotik nur der Anlagenbauer / Robotik-Integrator Aussagen dazu machen, wie groß eine Anlage bei entsprechender Stückzahl sein muss, wo Elemente evtl. ausgeschleust werden sollten, wie die Sanitärinstallation am besten durchgeführt wird oder wo Puffertische benötigt werden. Bezüglich Anlagenplanung sollte deshalb von Beginn an mit dem Anlagenbauer / Robotik-Integrator gesprochen werden. Es ist nicht unüblich hier zu Beginn mehrere Anbieter anzufragen und die verschiedenen Möglichkeiten und auch unterschiedliche Anlagentechnik zu diskutieren.

Fazit

Mitarbeiter in der Produktion unterstützt von modernen Abbund und CNC - Maschinen sind gut „kalkulierbar“ und haben sich in der Praxis bewährt.

Gleichwohl kann die Anwendung von Robotik im Holzbau die Produktionseffizienz eines Herstellers steigern.

Dies erfordert jedoch höchstes Vertrauen in die Technologie des Anlagenanbieters, seine Kompetenz sowohl im Holzrahmenbau als auch bei Robotik, Know-How zur Einrichtung und Inbetriebnahme der IT-Infrastruktur (spezialisierte Software/Robotik-Ingenieure und einwandfrei funktionierender Postprozessor) und langjährige Erfahrung des Lieferanten mit entsprechenden Anlagen in realen Betrieben.

Robotik ermöglicht Losgröße 1! Das Problem ist nicht die Robotik. Das Problem sind Anlagenanbieter, die Ihre Hausaufgaben -hauptsächlich in Bezug auf Steuerungstechnik und Software - nicht gemacht haben und deshalb unflexible Anlagen für immer gleiche Wandelemente anbieten. Wenn der Anlagenanbieter entsprechende Praxiserfahrung und Kompetenz hat, kann er Anlagen anbieten, die Losgröße 1 schneller produzieren als ein unerfahrener Anbieter für ein standardisiertes Wandelement braucht!

Es gibt nur wenig Anlagenanbieter, die bereits ausreichend Praxiserfahrung mit der Anwendung von Robotik im Holzbau haben und somit können - bei falschen Entscheidungen - unvorhersehbare, nicht kalkulierbare Risiken entstehen, die vor der Grundsatzentscheidung abschrecken.

Damit der Holzbau einen wesentlichen Anteil zu den Neubauzielen der Regierung beitragen kann, ist meines Erachtens der Einsatz von Robotik unverzichtbar. Dies bedeutet nicht, dass alle Hersteller auf Robotik ausweichen sollen, jedoch könnten bei Erweiterungen - parallel zum regulären Betrieb - neue Produktionslinien unter Anwendung von Robotik eingesetzt werden, damit jeder Hersteller für sich den möglichen Mehrwert erkennen kann.

Beispielvideos von Randek "Zero Labor"

Randek ZeroLabor (youtube.com)

Beispielvideo KUKA Roboter im CLT Abbund bei Leidorf Holzbau

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