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SB_0330425 Anlage 1
INNOVATIVER HOLZSYSTEMBAU
Ergebnisse des Verbundvorhabens
Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
INHALTSVERZEICHNIS:
1. AUSGANGSLAGE/HINTERGRUND 4
2. ZIELSETZUNG DES PROJEKTES 5
3. FERTIGUNGSGERECHTE PLANUNG UND GEWERKEINTEGRATION 8 Einführung 8 Projekthistorie 8 Funktionsweise der Schnellverbinders 9 Justieren von Elementen 10 Schlüsselstelle Planung 11 Schwerpunkt Vorfertigung und Automatisierung 13 Einbindung auf allen Ebenen 13 Sanierung / Umnutzung / Nachrüstung 14
4. AUTOMATISIERTE UND FERTIGUNGSOPTIMIERTE PRODUKTIONSPROZESSE 17 Einführung 17 Zielsetzung 17 Lösungsweg 18 Automatisierungskonzepte und deren Umsetzung in der 3D-Fertigungssimulation 22 Modellierung und Optimierung des Fertigungsablaufs mittels Materialflusssimulation 24 Versuchsdurchführung und Ergebnisse 29 Literatur 34
5. IFC-STANDARD FÜR DEN HOLZBAU 35 Einführung 35 Hintergrund 36 Produktmodelle 37 Konzeption einer IFC-Schnittstelle 39 Aufbau des IFC-Modells 41 Teilmodelle 42 Das geometrische Modell 46 Ausblick 47
6. INTEGRATION DES HOLZBAUS 50 Einführung 50 Beschreibung der Schnittstellen zwischen den Teilvorhaben 50 Gegenüberstellung von Projektzielen und –ergebnissen des Gesamtvorhabens 54 Wissens- und Technologietransfer 57
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
1. Ausgangslage/Hintergrund
Die Schaffung von finanzierbarem Wohnraum ist zum einen von den Preisen für Baugrund und Bauleistungen abhängig. Zum anderen können strukturelle Ursachen zu höheren Aufwendungen bei den Bauleistungen führen.
Diese strukturellen Ursachen sind zu sehen in Planungsredundanzen infolge von Informationsbrüchen, mangelhaften Koordinationen innerhalb der Gewerke.
Diese Punkte sind auf die gesamte Baubranche übertragbar. Der Holzbau hat allerdings in den letzten Jahren, bedingt durch seine Eignung für Standardisierung und Vorfertigung, deutliche Verbesserungen erzielt. Das Potenzial des Holzbaus ist aber noch lange nicht ausgeschöpft. Hier bietet sich, durch den Einsatz neuer Verbindertechniken und Montageverfahren, die Möglichkeit den Vorfertigungsgrad über die heute üblichen 40 % zu erhöhen.
Gleichzeitig werden die gestiegenen Kundenerwartungen hinsichtlich Qualität und Individualität ohne nennenswerten Mehraufwand erfüllen.
Ein derart ambitioniertes Vorhaben, wie es auf den Folgeseiten beschrieben ist, wäre ohne die finanzielle Förderung durch das BMBF nicht möglich gewesen.
Die diesem Bericht zugrundeliegenden Teilvorhaben wurden mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, und Forschung gefördert.
Die jeweiligen Förderkennzeichen können der Abbildung (Abb.) 1 und den Beschreibungen der Teilvorhaben entnommen werden. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den jeweiligen Autoren.
Das Verbundvorhaben wurde in Abstimmung und in Zusammenarbeit mit einer Vielzahl von Wirtschaftspartnern durchgeführt. An dieser Stelle möchten wir uns bei diesen herzlich für das gezeigte Engagement in den Teilvorhaben und bei den Messepräsentationen und Vorträgen (siehe auch Kapitel 6) bedanken.
Herzlich bedanken möchten wir uns für die Initiative, die Förderung des Verbundvorhabens und die Unterstützung während der Laufzeit, bei den Vertretern des BMBF, Herrn Dr.-Ing. Günter Keil und Frau Dr. Renate Loskill, bei dem Team des Projektträgers Jülich, insbesondere Frau Beate Schütze, Herrn Dr. Ingo Fitting und Frau Valeria Schütze.
Zusätzliche Informationen über dieses und weitere Projekte im Rahmen des BMBF-Förderschwerpunkts „Integrierter Umweltschutz im Bereich der Holzwirtschaft“ sind bereitgestellt unter: www.holz-und-umwelt.de
Informationen zum Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): www.bmbf.de
Informationen zum Projektträger: PTJ www.fz-juelich.de/ptj
Gefördert vom
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
2. Zielsetzung des Projektes
Das Hauptziel war es, neue Technologien im Holzsystembau zu entwickeln und diese ökologische Bauweise zeitlich und kostenmäßig so zu rationalisieren, dass mittelfristig der Marktanteil steigt und sich auch Bauherren mit weniger hohem Einkommen (Schwellen-haushalte) ein modernes Haus in Holzbauweise leisten können, das alle Anforderungen an schnelle, fehlerfreie Erstellung, Wohnkomfort und Energieeffizienz erfüllt.
Durch die intensive Abstimmung im Vorfeld der Beantragung und während der Laufzeit im „Dachvorhaben“ TV 4 sollte gewährleistet werden, dass sich die einzelnen Teilvorhaben (TV 1 bis TV 3) ergänzen, Synergieeffekte genutzt werden und Doppelforschung vermieden wird.
Durch die Entwicklung und gezielten Einsatz neuer Technologien und Planungsinstrumente sollte in dem Verbundprojekt „Innovativer Holzsystembau“ aufgezeigt werden, wie die Wettbewerbsfähigkeit der Holzbaubranche erhöht werden kann. Das Rationalisierungspotential das in dieser Bauweise liegt, soll und kann zukünftig in der gesamten Wertschöpfungskette zu einem wesentlich größeren Teil ausgeschöpft werden, als dies bislang der Fall ist.
Die vorliegende Veröffentlichung fasst die wesentlichen Ziele und Ergebnisse des Verbund-vorhabens geordnet nach der Nummerierung der Teilvorhaben (siehe Abb. 2.1) zusammen.
TV 4
FKZ: 0330425
TV 1 TV 2 TV 3
FKZ: 0330422 FKZ: 0330423 FKZ: 0330424
Abb. 2.1: Struktur des vom BMBF geförderten Verbundvorhabens. TV 1 – TV 3: Teilvorhaben mit Forschung- und Entwicklungsaufgaben TV 4: Koordinierung der Teilvorhaben sowie Wissens- und Technologietransfer der Forschungsergebnisse
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die am Verbundvorhaben beteiligten Forschungs- und Wirtschaftspartner aufgeführt. Soweit von den Firmen gewünscht, sind Ansprechpartner zur weiterführenden Kontaktaufnahme genannt. Die Übersicht ist nach den Teilvorhaben gegliedert. Tab. 1 Übersicht der Partner des Verbundvorhabens „Innovativer Holzsystembau“
Logo Adressdaten weiterführende Information
Koordination / Transfer
Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V. Postfach 31 01 31 D-80102 München
Martin Fischer +49 (0) 89 / 51 61 70-0 +49 (0) 89 / 53 16 57 (fax) m.fischer@dgfh.de www@dgfh.de
Fertigungsgerechte Planung und Gewerkeintegration
TU München Lehrstuhl für Baurealisierung und Bauinformatik Arcisstr. 21 D-80290 München
Jana Timmermans +49 (0) 89 / 289-22481 +49 (0) 89/289 / 22102 (fax) jana.timmermans@bri.ar.tum.dewww.bri.arch.tu-muenchen.de
Berker GmbH & Co.KG Postfach 1160 D-58567 Schalkamühle
Ingo Jung +49 (0) 2355 / 905-0 +49 (0) 2355 / 905-111 (fax) info@berker.dewww.berker.de
Fischerwerke Artur Fischer GmbH & Co.KG Weinhalde 14 - 18
D-72178 Waldachtal
Harald Schädler +49 (0) 7443 / 12 0 +49 (0) 7443 / 12 42 22 (fax) info@fischerwerke.dewww.fischer.de
Friendlyway Münchnerstr. 12-16 D-85774 Unterföhring
+49 (0) 89 / 95 97 91-340 +49 (0) 89/ 95 97 91-40 (fax) info@friendlyway.comwww.friendlyway.de
Keramag Keramische Werke Aktiengesellschaft Kreuzerkamp 11 D-40878 Ratingen
Thomas Brennecke +49 (0) 2102 / 916-0 +49 (0) 2102 / 916-245 (fax) info@keramag.dewww.keramag.de
Rectus AG Daimlerstrasse 7 D-71735 Eberdingen-Nussdorf
Fr. Krieg +49 (0) 70 42 / 100-0 +49 (0) 70 42 / 100-147 (fax) info@rectus.dewww.rectus.de
Vola GmbH Schwanthalerstraße 75A D-80336 München
Sabine Gotthard +49 (0)89 59 99 59-19 +49 (0)89 59 99 59-90 (fax) vola@vola.dewww.vola.de
WeberHaus GmbH & Co.KG Am Erlenpark 1 D-77866 Rheinau-Linx
Rainer Linnemann +49 (0)7853 / 83-0 +49 (0)7853 / 83-417 (fax) info@weberhaus.dewww.weberhaus.de
Wieland Electric GmbH Brennerstraße 10-14 D-96052 Bamberg
Fr. Stader +49 (0) 951 / 9324-0 +49 (0) 951 / 9324-1 98 (fax) info@wieland-electric.comwww.wieland-electric.com
Wolf GmbH Postfach 1380 D-84048 Mainburg
Jürgen Schwalme +49 (0)8751 / 74-0 +49 (0)8751 / 74-1600 (fax) webmaster@wolf-heiztechnik.dewww.wolf-heiztechnik.de
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Automatisierte und fertigungsoptimierte Produktionsprozesse
TU Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Langer Kamp 19 B D-38106 Braunschweig
Christian Armbrecht +49 (0) 531/391-7606 +49 (0) 531/391-5842 (fax) c.armbrecht@tu-bs.dewww.iwf.ing.tu-bs.de
TU Braunschweig Institut für Baukonstruktion und Holzbau Schleinitzstraße 21 A D-38106 Braunschweig
Susanne Quast +49 (0) 531/3 91-7801 +49 (0) 531/3 91-81 93 (fax) s.quast@tu-bs.dewww.tu-bs.de/institute/bauko
KUKA Roboter GmbH Hery-Park 3000 D-86368 Gersthofen
Ralf Ziegler +49 (0) 8 21 / 45 33-0 +49 (0) 8 21 / 45 33-16 16 (fax) ralfziegler@kuka-roboter.dewww.kuka-roboter.de
Meisterstück-Haus Otto Baukmeier Fertigbau, Holzbau GmbH & Co. KG Otto-Körting-Str. 3 D-31789 Hameln
Stefanie Baukmeier +49 (0) 51 51 / 95 38-0 +49 (0) 51 51 / 39 51 (fax) info@meisterstueck.dewww.meisterstueck.de
SCHUNK GmbH & Co. KG Bahnhofstrasse 106-134 D-74348 Lauffen/Neckar
+49 (0) 71 33 / 103-0 +49 (0) 71 33 / 103-399 (fax) info@schunk.dewww.schunk.de
Weinmann Holzbausystemtechnik GmbH Forchenstrasse 50 D-72813 St. Johann-Lonsingen
Karl Weinmann +49 (0) 71 22 / 82 94-0 +49 (0) 71 22 / 82 94-66 (fax) info@weinmann-partner.dewww.weinmann-partner.de
Durchgängiger Datentransfer
BTU Cottbus Lehrstuhl Statik und Dynamik PF 10 13 44 D-03013 Cottbus
Stefan Richter +49 (0) 355 / 69-2021 +49 (0) 355 / 69-2473 (fax) richter@statik.tu-cottbus.dewww.statik.tu-cottbus.de
IAI IndustrieAllianz für Interoperabilität e. V. c/o Obermeyer Planen + Beraten Dr. Rudolf Juli Hansastraße 40 D-80686 München http://www.iai-ev.de/ iai-info@opb.de
Thomas Liebich TLConsulting Thomas Liebich Consulting Rüthlingstr. 2 80636 München +49 (0) 89 / 18703223 +49 (0) 89 / 18703224 (fax) liebich@uumail.de
bocad Holz GmbH Am Umweltpark 7 D-44793 Bochum
Burkard Saelzer +49 (0) 234 / 9 65 06 00 +49 (0) 234 / 9 65 06 01 (fax) mail@bocad.netwww.bocad.net
cadwork informatik Software GmbH Lavesstraße 4 D-31137 Hildesheim
Christian Levers +49 (0) 5121-91 99 90 +49 (0) 5121-91 99 60 (fax) info@cadwork.de http://www.cadwork.de
Friedrich + Lochner GmbH Stuttgarter Straße 36 D-70469 Stuttgart
Jens Friedrich +49 (0) 711 / 81 00 20 +49 (0) 711 / 85 80 20 (fax) info@frilo.de http://www.frilo.de
Nemetschek AG Konrad-Zuse-Platz 1 D-81829 München
+49 (0) 89/92793-0 +49 (0) 89/92793-5200 (fax) info@nemetschek.de http://www.nemetschek.de/
iBHolz
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
3. Fertigungsgerechte Planung und Gewerkeintegration
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Dipl.-Ing. Architektin Jana Timmermans, Dipl.-Ing. Ron Unser, Lehrstuhl für Baurealisierung und Bauinformatik Fakultät für Architektur, Technische Universität München
Einführung
Der vorgefertigte Holzbau hat sich zu einer hocheffizienten Bauweise entwickelt, individuelle Grundrisse in optimierter Umgebung zu realisieren und die Baustellenzeit drastisch zu verkürzen. Durch die Erhöhung der Fertigungstiefe und die Reduktion der Schnittstellenproblematik auf der Baustelle wird eine Qualitätssteigerung im Holzbau erreicht. Zudem ermöglichen die geringeren Mängelraten und die Verwendung von Holz und ökologischen Dämmstoffen eine nachhaltige und umweltgerechte Nutzungsphase.
Projekthistorie
In einem vom BMBF geförderten Forschungsprojekt wurde am Lehrstuhl für Baurealisierung der TU München in den letzten Jahren mit dem sog. "Schnellverbinder" ein Verbindungssystem entwickelt und optimiert, das einen maximalen Grad an Vorfertigung und Vorinstallation ermöglicht. So werden neben dem Neubau auch Sanierungen und Aufstockungen wesentlich effizienter gestaltet.
Durch die Kombination aus kraftschlüssigem Fügen und gleichzeitiger Verbindung aller anfallender Installationen zwischen den Bauteilen wird der Montagevorgang optimiert. Zum einen können sämtliche Installationsgewerke nun vorgefertigt werden, zum anderen wird auch der Innenausbau im Werk vervollständigt, was die oberflächenfertige Auslieferung der Elemente ermöglicht und so die Baustellenzeit auch bei Sanierung auf ein Minimum reduziert.
Dieser Verbinder (UniCon) wurde mittlerweile von der Firma Fischerwerke weiterentwickelt, wodurch eine komplette Produktfamilie bestehend aus PowerCon (Statik), EnerCon (Elektroinstallation) und AquaCon (Sanitärinstallation) entstand (siehe Abb.1).
Im aktuellen ebenfalls vom BMBF geförderten Folgeprojekt werden nun die integrierte Planung und Gewerkeintegration auf Basis der Schnellverbindertechnologie entwickelt. Denn erst der ganzheitliche Einsatz von der Planung über die Vorfertigung aller Gewerke bis hin zur optimierten Baustelle schöpft das volle Potential dieser Montagetechnik aus.
1 Das diesem Bericht zugrundeliegende Teilvorhaben 1 „Wirtschaftlicher Holzsystembau durch
fertigungsgerechte Planung, Gewerkeintegration und innovative Montagesysteme“ wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, und Forschung unter dem Förderkennzeichen 0330422 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Die am Vorhaben beteiligten Wirtschaftspartner sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
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Abb. 3.1: Produktfamilie der Firma Fischerwerke
Funktionsweise der Schnellverbinders
Je eine auf dem klassischen Schwalbenschwanz basierende ineinander greifende Positiv und Negativform aus Kunststoff bilden ein Schnellverbinderpaar. Durch die leicht diagonale Einfahrrichtung werden die Bauteile während des Montagevorgangs automatisch aneinander gezogen und dicht verpresst. So entsteht ein kraftschlüssiger selbstzentrierender Verbund ohne langwieriges Ausrichten, Schrauben oder Nageln.
Zusätzlich kann eine Vielzahl von so genannten Substeckern in den Verbinder integriert werden. So können Elektro-, Daten- oder Wasserleitungen simultan mit dem Einfahrvorgang verbunden werden. Nach dem Fügevorgang sind somit Strom (EnerCon) und Wasser (AquaCon) sofort einsatzfähig. Da die Substecker über die gesamte Einfahrstrecke von 7 cm ineinander geschoben werden, ist ausreichend Raum für Kontaktflächen bzw. Dichtebenen vorhanden, die auch etwaige Toleranzen zwischen Bauteilen erlauben.
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Der zusätzliche PowerCon als rein statischer Verbinder definiert mit seinem voraus eilenden Metallschwert auch unter schwierigen Montagebedingungen die Einfahrrichtung und gewährleistet so zwängungs- und spannungsfreies Schließen der Installationsverbinder.
Abb. 3.2: Selbstzentrieren und Verpressen während des Einfahrvorgangs
Justieren von Elementen
Anders als bei konventioneller Montageweise erfolgt das Justieren / Einmessen der Bauteile durch die weiterentwickelten Montagefüße, die zunächst separat auf der Bodenplatte eingemessen und befestigt werden. Die schweren Bauteile zentrieren sich durch die konisch gehaltene Fußöffnung beim Einfahren selbst, wobei die Rasterung stufenlose Höhenzentrierung und gleichzeitige Rückhaltesicherung gewährleistet. Um das Vertauschen ähnlicher Wände zu verhindern, wird die Position jeder Wand auf der darunter liegenden Boden- oder Deckenplatte durch die unterschiedliche Anordnung der Montagefüße eindeutig bestimmt. Es entsteht eine Art Codierung, deren Zuordnung und Einmessung ebenfalls Teil des Planungsprozesses ist.
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Abb. 3.3: Schemazeichnung des Justierfußes
Schlüsselstelle Planung
Die ganzheitliche Nutzung aller Potentiale der innovativen Technik auch hinsichtlich möglicher Umbauten und Ergänzungen hat Auswirkungen auf alle Phasen eines Neubaus, angefangen beim Entwurf, über die Fertigung, bis hin zur Montage vor Ort. Schlüsselstelle ist die Planung, denn hier wird ein Großteil der den kompletten Ablauf betreffenden Entscheidungen gefällt.
Zum einen sollte die Leitungsführung neu betrachtet werden. Denn will man die Vorteile dieses neuen Systems voll auskosten, lohnt die Optimierung der Strangschemata noch mehr als bisher. Die Bündelung aller Steigleitungen und Medien in einem zentralen Installationskern sowie die Anlagerung der Funktionsräume ermöglicht eine kompakte automatisierte Installation ohne Vorwände und Verziehungen, spart somit neben Leitungswegen und Verbinderpaaren in allen Bauzyklen primär Bauzeit und gibt zudem ein klares System für mögliche Umrüstungen oder Ergänzungen vor. Dabei sollten sich etwaige Umbaupläne auch von Anfang an in entsprechender Dimensionierung der Installation sowie der sinnvollen Anordnung zukünftig nötiger Übergabestellen niederschlagen. Sollte dennoch ein Update der Installationseinheit nötig werden, kann bei entsprechender Planung das kompakte Technikelement völlig unabhängig vom Rest des Gebäudes ausgetauscht werden.
Zudem sorgt die räumliche Trennung der Gewerke - einerseits Bus- und Elektroleitungen in den Wänden, andererseits Heizleitungen in den Decken - für eine unkomplizierte Vorfertigung und ein verringertes Risiko in der Nutzung. Die Wasserzu- und -ableitungen im Sanitärbereich erfolgen direkt über den Installationskern, was noch zusätzlich die Betriebssicherheit erheblich steigert.
Speziell die Elektroinstallation wird zu einem zentralen Thema, denn wo bisher allenfalls Leerrohre im Werk verlegt wurden, können nun durch die Komplettinstallation unter Ideal-bedingungen hochwertige und vor allem ausbaufähige Gebäudeautomationskomponenten eingebracht werden, was einerseits einen großen Vorsprung gegenüber herkömmlichen Gebäudeausstattungen bedeutet, zum anderen einen zusätzlichen Teil der Wertschöpfung in die produzierenden Betriebe transferiert.
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Abb. 3.4: Planung der Leitungswege
Abb. 3.5: Planung des Zentralen Installationskerns in 3D
Die fest definierte Einfahrrichtung des Schnellverbinders macht allerdings auch eine wesentlich stringentere Montagereihenfolge notwendig, als beim Aufbau eines herkömmlichen vorgefertigten Hauses. Es entstehen wesentlich höhere Anforderungen an Planung und Ausführung der Bestückung mit Verbindern und Montagefüßen, die aber durch eine wesentlich präzisere (automatisierte) Vorfertigung im Werk erfüllt werden können und so die Montage vor Ort noch reibungsloser gestalten.
Abb. 3.6: Planung der Montagefolge mit Hilfe von 2D Zeichnungen und einer Montageanimation
Des weiteren ergibt sich im Fertigbau immer durch die Fügung der Wände und Decken ein Fugenbild. Dieses wird für gewöhnlich durch Nachbearbeitung vor Ort entfernt. Beim Holzfertigbau besteht die Möglichkeit durch die Planung der Schalung das Fugenbild zu überspielen. Bei dem Konzept des Hauses mit Schnellverbindern ist es besonders wichtig,
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möglichst wenig Arbeiten auf der Baustelle entstehen zu lassen. Das Fugenbild ist fester Bestandteil des Systems und wird somit im voraus detailliert geplant und als ästhetisches Merkmal der Architektur hervorgehoben.
Abb. 3.7: Planung des Fugenbildes
Schwerpunkt Vorfertigung und Automatisierung
Durch die Möglichkeit, den kompletten Innenausbau von der ineffizienten und witterungs-abhängigen Baustelle ins Werk zu verlegen, wird ein hoher Grad von Zeit- und Kostenreduktion erreicht. Weniger Toleranz, Verschnitt und Mängel sowie konstante und ergonomische Arbeitsbedingungen, kurze Wege und optimierte Lagerhaltung liefern dem Holzbau einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Basierend auf den in diesem Projekt entwickelten herstellerunabhängigen Subsystemen und Prozessen lässt sich so durch die Konzentration der Arbeiten im Werk sowie durch Automation der Fertigungsstraßen eine noch effizientere, computergestützte Fertigung realisieren, ohne dabei den Wunsch des Bauherrn nach Individualität und Sonderlösungen einzuschränken.
Durch die Übernahme nahezu aller Gewerke ins automatisierte Werk werden Herstellung und Montage noch präziser kalkulierbar. Methoden wie etwa optimierte Lagerhaltung oder Just in Time Lieferung, bisher nur aus anderen produzierenden Gewerben bekannt, beginnen auch im Hausbau an Bedeutung zu gewinnen, was zusammen mit der längeren Wertschöpfungskette die Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller steigert und letztendlich dem Kunden bares Geld spart.
Einbindung auf allen Ebenen
Neben der Funktion in großflächigen Bauelementen wie Wandtafeln, Decken- und Dachelementen findet der Schnellverbinder vor allem auch in der technischen Gebäude-ausstattung sowie Inneneinrichtung Verwendung. Eine konzentrierte in sich abgeschlossene Technik- und Versorgungseinheit als „Rückgrad“ des Gebäudes über mehrere Geschosse
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erlaubt die Einbindung hochwertiger und moderner Komponenten. Prototypisch wurden erste Submodule für Bad und Heizung entwickelt, die an einen solchen Installationskern angedockt werden können, wodurch die Montage-, Wartungs- und Austauschzeiten auch in diesen Bereichen drastisch verkürzt werden. Durch Verwendung der Universalverbinder als standardisierte Schnittstelle wird der schnelle, saubere und vor allem kostengünstige Austausch oder Update einzelner Module auch nach Jahrzehnten ermöglicht, Umnutzung und Erweiterungsmöglichkeiten eingeschlossen.
Abb. 3.8: Entwicklung der Submodule vom 2D Plan über die Animation zum Prototyp
Sanierung / Umnutzung / Nachrüstung
Themen wie Sanierung, Umnutzung und Nachrüstung gewinnen im Bausektor immer mehr an Bedeutung. Der zahlenmäßig oft ausreichende Bestand an Altbauten für Wohnungsbau und Gewerbe hat meist eine solide Grundsubstanz, die lediglich eine Oberflächensanierung und vor allem eine Aktualisierung der technischen Gebäudeausstattung nötig macht. Da wechselnde Nutzungen und der sich ständig verändernde Wohnraumbedarf immer wieder Grundrissveränderungen fordern, gilt es sowohl im Gewerbe- wie auch im Wohnungsbau
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primär, moderne und flexible Grundrisse mit hochwertiger Installation kostengünstig zu realisieren.
Für die Modernisierung konventioneller Bauten ergeben sich verschiedene Abstufungen:
Bei komplettem Rückbau bis auf die Tragstruktur bietet sich das Einziehen bzw. Anlagern eines vorgefertigten Installationskerns über möglichst viele Geschosse an, der sämtliche Technik wie auch alle erforderlichen Übergabepunkte als UniCon - Schnittstelle bereitstellt. Von ihm aus lassen sich schnell und sauber geschossweise sowohl vorgefertigte Innenausbau- wie auch reine Funktionsmodule versorgen. Aber auch bei Umrüstung einzelner Geschosse oder Einheiten lassen sich durch UniConbestückte Fertigteile in kürzester Zeit sowohl flexibler zeitgemäßer Innenausbau wie auch hochwertige Installation realisieren.
Abb. 3.9: Installationskern mit Andockstellen
Des weiteren können nachträglich voll installierte und funktionsfähige Innenwände ergänzt werden, um so eine neue Raumaufteilung zu gewährleisten, aber auch Komfortelemente wie Wintergarten oder Pergola anzuschließen.
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Abb. 3.10: Innenausbauwände mit Schnellverbindersystem
Ein weitere Anwendungsmöglichkeit ist das Ergänzen und Aufstocken von Altsubstanz durch zusätzliche Stockwerke. Denn unabhängig von der ursprünglichen Bauweise können - die Tragfähigkeit des Unterbaus vorausgesetzt - komplett vorgefertigte und vollinstallierte Geschosse aus Großtafelelementen aufgesetzt werden. Dabei gelten die gleichen Grundsätze wie bei einem Neubau mit diesem System. Auch hier ist neben der Versorgung über die ausreichend dimensionierten Installationsbestand das Einziehen oder Anlagern eines über mehrere Geschosse reichenden Fertiginstallationskerns möglich, gleiches gilt für die Erschließungsstruktur.
Abb. 3.11: Variantenplanung durch Aufstockung und Komfortelemente
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4. Automatisierte und fertigungsoptimierte Produktionsprozesse
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Prof. Dr.-Ing. Martin H. Kessel, Dipl.-Math. Susanne Quast Institut für Baukonstruktion und Holzbau (iBHolz), Technischen Universität Braunschweig
Dr.-Ing. Hans-Werner Hoffmeister, Dipl.-Ing. Christian Armbrecht Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF), TU Braunschweig
Einführung
Die Holztafelbauart ist die unter den Holzhausbausystemen am häufigsten verwendete Konstruktionsart. Ein enormer Vorteil gegenüber der konventionellen Ziegelbauart liegt in dem hohen Vorfertigungsgrad der Holztafeln, der eine Automatisierung der Produktions-abläufe im Werk ermöglicht. Für den Kunden eines Hauses in Holztafelbauart sind diese Vorteile nur zum Teil ausschlaggebend, für ihn steht zuallererst der Anspruch an ein kosten-günstiges, aber qualitativ hochwertiges Gebäude im Vordergrund. Dieser Anspruch, verbunden mit den stets kundenspezifischen Gebäudeentwürfen, konfrontiert die Holzbau-unternehmen mit einer planungsintensiven Fertigung der Losgröße 1. Hieraus resultiert ein hoher Zeit- und Kostendruck bei der Vorfertigung des Holzhauses im Werk. Die Produktion im Holzhausbau heute ist, wie bei Einzel- und Kleinserienfertigung üblich, eine Mischung aus teilautomatisierter und manueller Fertigung. Im Gegensatz zur bereits in hohem Maße automatisierten Möbelbranche variiert der Anteil von automatisierten und manuellen Tätigkeiten in den einzelnen Holzbaubetrieben sehr stark. Geprägt durch den zumeist klein- und mittelständischen Aufbau der Betriebe leidet die Holzbaubranche an erheblichen Strukturmängeln und Wettbewerbsnachteilen, die durch den kommenden europäischen Markt noch erheblich verschärft werden.
Zielsetzung
Das Ziel der Forschungsarbeiten des Teilvorhabens 2 war es, die fertigungstechnischen Voraussetzungen für die weitgehend automatische Produktion von Holzhäusern in Tafel-bauart zu schaffen. Dazu ist eine Flexibilisierung der Fertigung in Hinblick auf die Losgröße 1 erforderlich. Durch diese Maßnahmen soll die Produktivität bei der Herstellung von Häusern in Holztafelbauart gesteigert, gleichzeitig aber auch die Qualität des Planungs- und Fertigungsprozesses verbessert werden. Eine Möglichkeit, Automatisierungs- und Fertigungskonzepte zu entwickeln und sowohl unter technischen als auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu bewerten, stellen Simulationstechniken dar. Mit Hilfe von Software-werkzeugen der Fabrik- und Anlagenplanung sollten daher Maschinensysteme modelliert und mit dem Produktionsumfeld verknüpft werden.
Das Ergebnis ist eine Produktionsstraße zur Fertigung von Holzhäusern im virtuellen Raum, die sowohl zur Optimierung bestehender Fabrikbetriebe als auch als Prototyp für
2 Das diesem Bericht zugrundeliegende Teilvorhaben 2 „Ökologische Herstellung von Holzhäusern durch
Entwicklung und Umsetzung automatisierter und fertigungsoptimierter Produktionsprozesse“ wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, und Forschung unter dem Förderkennzeichen 0330423 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Die am Vorhaben beteiligten Wirtschaftspartner sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
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Anlagenneuentwicklungen dienen kann. An diesem virtuellen Modell können die Funktionen einer realen Anlage bereits vorab getestet und bezüglich ihres Kosten-Nutzen-Verhältnisses im Vorfeld einer Investitionsentscheidung beurteilt werden. Dabei ist zu beachten, dass der Großteil der deutschen Holzhaushersteller zu den kleinen und mittelständischen Unter-nehmen zählt. Die Wirtschaftlichkeit des Automatisierungskonzeptes muss daher auch bei geringen Stückzahlen gegeben sein. Investitionskosten müssen gering gehalten und der bestehende Platz im Fertigungsbetrieb nach Möglichkeit ohne Hallenneu- bzw. –ausbau genutzt werden. Neben minimierten Durchlaufzeiten muss auch die Auslastung der Anlagen eine hohe Priorität genießen.
Lösungsweg
Analyse des Fertigungsablaufs
In Zusammenarbeit mit den Industriepartnern wurde die Übersicht einer Produktionsanlage für Holzhäuser in Holztafelbauart nach dem Stand der Technik hinsichtlich des Auto-matisierungsgrades erstellt. Die dabei analysierten Montage- und Bearbeitungsschritte sind allgemeingültig und sowohl auf die Produktion als auch die Produkte beliebiger Holzfertighaushersteller übertragbar.
429-66-00© 429-66-00©
FINISHBEREICH
DACH- UND DECKEN-TAFELFERTIGUNGABBUNDANLAGE
WANDTAFEL-FERTIGUNG
VERSAND
Balken, Sparren
Rippen,Stiele,Schwellen
Außenwandtafeln
Innenwandtafeln
Dach-/Deckentafeln
AußenwandtafelnFINISHBEREICH
DACH- UND DECKEN-TAFELFERTIGUNGABBUNDANLAGE
WANDTAFEL-FERTIGUNG
VERSAND
Balken, Sparren
Rippen,Stiele,Schwellen
Außenwandtafeln
Innenwandtafeln
Dach-/Deckentafeln
Außenwandtafeln
Abb. 4.1: Übersicht des Fertigungsablaufs bei der Herstellung von Holzhäusern in Tafelbauweise
Die Abb. 4.1 stellt im Überblick den Ablauf bei der Herstellung von Gebäuden in Holztafel-bauweise dar. Die Abbundanlage dient der Fertigung der Rippen (stabförmige Bauteile) als Grundbestandteil jedes Tafelelementes. Die Rippen werden vom Abbund zu den Fertigungs-bereichen für Wand-, Dach- und Deckentafeln (flächige Bauteile) transportiert. Die Wand-tafelfertigung wird unterteilt nach Innen- und Außenwandtafeln. Während Innenwände genau wie die fertigen Dach- und Deckentafeln direkt in den Versand-/Verladebereich gefördert werden, durchlaufen die Außenwände zusätzlich die Finishlinie, so dass sie baustellenfertig mit bereits montierten Fenstern, Türen oder Rollläden das Werk verlassen.
Die beschriebene Aufteilung ergibt sich infolge der unterschiedlichen Anforderungen an das Multifunktionsbauteil Tafel, das statisch und bauphysikalisch bei Decken- bzw. Außen-wandtafeln sehr unterschiedliche Aufgaben zu übernehmen hat.
Entwicklung einer ganzheitlichen Fertigungsstrategie
Die Entwicklung der ganzheitlichen Fertigungsstrategie erfolgte auf der Grundlage des analysierten Produktionsablaufs. Unabhängig vom Automatisierungsgrad des Holzfertig-hausherstellers ist dieser Ablauf zunächst identisch, was die Montagereihenfolge der Bauteile sowie die Bearbeitungsvorgänge (Nageln, Sägen, Bohren etc.) betrifft.
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Abweichungen im Detail können infolge der von Hersteller zu Hersteller verschiedenen konstruktiven Ausführungen des Gebäudes auftreten, wobei der Grundaufbau der Tafel beibehalten wird. Eine wesentliche Anforderung an die zu entwickelnde Fertigungsstrategie war daher die Allgemeingültigkeit für den Holztafelbau, so dass die Fertigung unabhängig von bestimmten Herstellern oder Produkten ist. Gleichzeitig muss die Anlage aber derartig flexibel ausgelegt sein, dass - entsprechende Planungsdaten vorausgesetzt - die Gebäude beliebiger Fertighaushersteller kundenindividuell produziert werden können.
Flexibilität heißt in diesem Zusammenhang, dass die Anlage eine Vielfalt von Bearbeitungs-sequenzen ermöglicht, mit denen sich die notwendigen Fertigungsabläufe realisieren lassen und mit denen das gesamte Bauteilspektrum der hochindividuellen Tafelherstellung abge-deckt wird. Dies bedeutet einerseits, dass die Achsen der Bearbeitungs- und Montage-einrichtungen die erforderlichen Freiheitsgrade und Reichweiten aufweisen müssen, um alle in Frage kommenden Orte (sowohl die Position als auch die Orientierung im Raum) auf einer Tafel anfahren zu können. Zum anderen ist es erforderlich, dass die Maschinensteuerung mit den jeweiligen individuellen Teileprogrammen angesprochen wird und keine fixen, einmalig festgelegten Programme ablaufen lässt. Weiterhin muss ein schneller Austausch der Werkzeuge und Greifersysteme gewährleistet sein, der automatisch ohne Eingriff von außen durch den Maschinenbediener erfolgt. Wichtig ist die freie Wählbarkeit der Werkzeuge, um den jeweils vorliegenden Fertigungsauftrag ausführen zu können. Werkzeuge müssen mit einem Minimum an Aufwand hinzugefügt oder entfernt werden können. Maschinenintegrierte Handhabungssysteme minimieren die Zahl der Eingriffe durch den Werker und erlauben ein autonomes Arbeiten.
Neben der Maschinentechnik gilt es auch, die Fördervorgänge und damit den Materialfluss zu optimieren. Um einen effektiven Materialfluss zu erreichen, müssen weitere Anforder-ungen an den Fertigungsablauf gestellt werden: Die Bauteile sollen geradlinig und strömungsgünstig die Fertigung durchlaufen. Jede umständliche Führung des Materialstroms bedeutet Raumverlust und Kostenerhöhung. Aufeinander folgende Arbeitsbereiche sollen dicht zusammen liegen, Fördervorgänge sind generell zu vermeiden. Transporteinheiten und Förderhilfsmittel müssen an die Bauteile angepasst werden. Des Weiteren ist es erforderlich die Reststoffe mit einzubeziehen: ausgeschnittene Teile müssen entfernt, Späne abtrans-portiert und nicht mehr benötigte Fertigungshilfsmittel/Vorrichtungen rückgeführt werden.
Für den Fall einer Einbindung von Industrierobotern, wie etwa der 6-Achs-Roboter des Forschungspartners KUKA, wurden weitere Randbedingungen an die Fertigungsstrategie formuliert: Bereitstelleinrichtungen und Bearbeitungsmaschinen müssen so ausgelegt werden, dass der Roboter Werkstücke geometrieunabhängig immer an denselben Positionen aufnehmen kann. Dies wird durch zelleneigene, flexible Spannsysteme und Fördereinrichtungen erreicht, ebenso wie durch die Teilebereitstellung an einer definierten Position und Lage. In den Roboter integrierte Sensorik wie Kamerasysteme oder Kraftmess-einrichtungen können die Aufnahme bzw. Bearbeitung der Bauteile unterstützen. Eine Werkstückidentifizierung, beispielsweise über Barcode, stellt sicher, dass tatsächlich das zum jeweiligen Zeitpunkt benötigte Bauteil vorliegt. Diese Maßnahmen erhöhen die Sicherheit des Produktionsablaufs und garantieren eine gleich bleibende Fertigungsqualität.
Automatisierungspotentialanalyse
Abhängig von der Betriebsgröße und der Zahl der jährlich zu produzierenden Häuser können unterschiedlich hohe Grade der Automatisierung in Frage kommen. Aus diesem Grund wurde eine Untersuchungsmethode angewandt, die es ermöglicht, anhand von technischen und wirtschaftlichen Kriterien eine Klassifizierung der verschiedenen Prozesse einer Montage hinsichtlich deren Potential zur Automatisierung vorzunehmen. Mit Hilfe dieser
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Analyse wurde eine Datengrundlage geschaffen, auf der sinnvoll Automatisierungs-entscheidungen gefällt werden können. Zusammen mit den oben definierten Rand-bedingungen konnten so gezielte Fertigungsstrategien für die Holztafelfertigung entwickelt und im weiteren Projektverlauf ausgearbeitet werden. Bei der Automatisierungspotential-Analyse werden drei Phasen durchlaufen:
1. Charakterisieren und Bewerten der manuellen Prozesse zur technischen Klassifizierung,
2. Wirtschaftliche Bewertung der Arbeitsschritte mit Automatisierungspotential und
3. Ranking der Automatisierungspotentiale anhand der technischen und wirtschaftlichen Faktoren.
Die Beurteilung, inwieweit eine Automatisierung wirtschaftlich ist, muss durch eine Zusam-menstellung der Einsparungspotentiale und der Investitionskosten bewertet werden. Diese beiden Faktoren bestimmen die Amortisationszeit des Automatisierungskonzeptes und sind je nach Unternehmensgröße und individueller Kostenstruktur unterschiedlich. Im Rahmen der Entwicklung der Fertigungsstrategie wurde zunächst nur die erste Phase der Automa-tisierungspotential-Analyse durchlaufen. Der dabei ermittelte Automatisierungseignungsgrad gibt Auskunft über die technische Machbarkeit einer Automatisierung der untersuchten Prozessschritte. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erfolgte im weiteren Verlauf der Arbeiten mit Hilfe eines speziell entwickelten Simulationswerkzeugs.
Die Resultate zeigen, dass ein Großteil der Prozessschritte in der Vorfertigung von Holzfertighäusern ein unter technischen Gesichtspunkten hohes Automatisierungspotential aufweist. Nur 17% aller Montageschritte erweisen sich als schlecht automatisierbar. Es handelt sich dabei um die Prozessschritte
• Gurtschlaufen anbringen,
• Auflegen der Dampfsperre,
• Einlegen von Zugschnüren,
• Faserdämmung einbringen und
• Spannen der diffusionsoffenen Folie.
In diesen Prozessschritten werden biegeschlaffe Bauteile gefügt. Diese Bauteile sind in der Handhabung für den Automaten schwierig und stellen außerdem für die Materialbereit-stellung Probleme dar. Folien (Dampfsperre, diffusionsoffene Folie) sind empfindlich und dürfen nicht reißen. Für eine Automatisierung dieser Vorgänge wird die Entwicklung spezieller Greifersysteme notwendig.
Die gut automatisierbaren Prozesse bestehen zumeist aus dem Fügen starrer Bauteile mit einfacher Handhabung für Automaten. Hier ist mit geringem Aufwand unter Anwendung konventioneller Greifersysteme eine Automatisierung realisierbar.
Auslegung virtueller Fertigungsstraßen durch Kopplung von Simulationstechniken
Der gewählte Ansatz sah die Simulation eines Fabrikbetriebs zur Vorfertigung von Häusern in Tafelbauweise auf zwei unterschiedlichen Ebenen vor: Zum einen auf der einer ereignis-diskreten Materialflusssimulation, die Abläufe anhand ihrer Bearbeitungszeiten und gegenseitigen Abhängigkeiten charakterisiert. Zum anderen in Form von 3D-Fertigungs-simulationen, die Anlagenkomponenten anhand ihrer Geometrien und Kinematiken in einer virtuellen Umgebung abbilden.
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Die Materialflusssimulation bietet den Vorteil großer Flexibilität und Anpassbarkeit an unterschiedlichste Fertigungskonzepte, Maschinensysteme und Produkte. Die Elemente des Fabrikbetriebs werden anhand ihrer technischen und betriebswirtschaftlichen Eigenschaften abstrahiert dargestellt. Die realen Geometrien eines Bauteils oder einer Maschine sind zunächst nicht von Bedeutung. Mit Hilfe des Simulationsmodells lassen sich beispielsweise Mengenflüsse aufeinander abstimmen, indem die Auslastung von Maschinen- und Lager-kapazitäten analysiert wird. Ebenso lassen sich Engpässe in der Fertigung identifizieren und Durchlaufzeiten ermitteln. Bei der Auslegung von Fertigungslinien können auf diese Weise z.B. Bedarf und Art von Transportmitteln ermittelt werden. Ein weiterer Nutzen liegt in der Durchführung von Modellrechnungen, in denen die Auswirkung von Automatisierungs-lösungen auf die Fertigung bestimmt wird. Die Anpassbarkeit der Materialflusssimulation ermöglicht in diesem Zusammenhang die Durchführung von Kosten-Nutzen-Analysen für individuelle Fertigungsbetriebe im Vorfeld von geplanten Investitionen [1].
Die 3D-Simulation bietet im Vergleich zur Materialflusssimulation eine geringere Flexibilität, was die einmal erstellten Modelle betrifft. Maschinen und Bauteile werden mit ihren realen Geometrien modelliert. In virtuellen Fertigungszellen und –straßen erfolgt dann die Simulation sämtlicher Bewegungsabläufe der Anlagenkomponenten, um die jeweiligen Bearbeitungs-, Montage- und Transportvorgänge darzustellen [2]. Roboter und Bearbei-tungsstationen stehen einerseits als Objektbibliotheken zur Verfügung, können aber auch individuell mit den zugehörigen Kinematiken modelliert werden. Der Vorteil ist die hohe Anschaulichkeit und Transparenz aufgrund der 3D-Darstellung und der Möglichkeit, den Fertigungsverlauf aus beliebigen Blickwinkeln zu verfolgen. Die simulierten Produktions-straßen erlauben Zugänglichkeits- und Kollisionskontrollen sowie Machbarkeitsstudien im Falle neuartiger Maschinen- und Anlagenkonzepte. Montage- und Fertigungsprobleme können so schon in der Frühphase der Planung eines Produktes oder der zugehörigen Fertigung aufgedeckt werden.
Zur Optimierung der Holztafelfertigung wurden die 3D- und die Materialflusssimulation parallel eingesetzt. Dabei bestand eine Wechselwirkung zwischen den beiden Simulations-systemen, d.h. der Einsatz erfolgte nicht unabhängig voneinander, sondern in einer gegenseitigen Kopplung von Materialfluss- und 3D-Simulation (Abb. 4.2). Den Ausgangspunkt stellte der Produktionsablauf der Fa. Baukmeier Holzbau dar. Die dort analysierten Bearbeitungs- und Montagevorgänge, Maschinenanordnungen, Fertigungs-zeiten und Bauprojekte bildeten die Grundlage für die Modellierung, ergänzt um die Zuarbeiten der Projektpartner Weinmann Holzbausystemtechnik und KUKA Roboter.
REALES SYSTEM
(FA. BAUKMEIER)
REALES SYSTEM
(FA. BAUKMEIER)
VIRTUELLE
FERTIGUNGSZELLE
VIRTUELLE
FERTIGUNGSZELLE
3D-FERTIGUNGS-SIMULATION
MATERIALFLUSS-SIMULATION
Fertigungsablauf:- Auslastung- Engpässe- Durchlaufzeit- Kosten
Maschinen/Roboter:- Typ- Anzahl- Anordnung- techn. Daten
3D-FERTIGUNGS-SIMULATION
MATERIALFLUSS-SIMULATIONMATERIALFLUSS-SIMULATION
Fertigungsablauf:- Auslastung- Engpässe- Durchlaufzeit- Kosten
Fertigungsablauf:- Auslastung- Engpässe- Durchlaufzeit- Kosten
Maschinen/Roboter:- Typ- Anzahl- Anordnung- techn. Daten
Maschinen/Roboter:- Typ- Anzahl- Anordnung- techn. Daten
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Abb. 4.2: Wechselwirkung zwischen den eingesetzten Simulationsumgebungen
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Automatisierungskonzepte und deren Umsetzung in der 3D-Fertigungssimulation
Multifunktions-Bearbeitungszentrum
Kleine und mittelständische Unternehmen erreichen in der Regel Stückzahlen von maximal einigen 100 Häusern pro Jahr. Mit dem Ziel einer möglichst hohen Wirtschaftlichkeit wurde zunächst eine kompakte, multifunktionale Anlage entworfen, bei der nicht zwangsläufig geringe Durchlaufzeiten im Vordergrund stehen. Stattdessen soll auf einer Anlage bei relativ geringen Investitionskosten auch bei kleineren Stückzahlen wirtschaftlich gefertigt werden. Da auf der Anlage komplette Wand-, Dach- und Deckenelemente hergestellt werden, ist für eine dauerhafte Auslastung gesorgt. Stillstandszeiten werden vermieden. Voraussetzung ist eine konventionelle Abbundanlage, auf der die benötigten Rippen und Stiele auf Länge gesägt und ggf. Ausfräsungen und Bohrungen hinzugefügt werden.
424-40-01© 424-40-01© Abb. 4.3: Multifunktionsbearbeitungszentrum in Portalbauweise
Das Anlagenkonzept sieht eine Kombination aus Portalroboter, 5-Achs-Bearbeitungszentrum und Nagelbrücke vor (Abb. 4.3). Die Anlage ist durch zelleneigene Einrichtungen in der Lage, Werkstücke, d.h. Rippen/Stiele, Platten und Dämmmaterial, selbst zu handhaben und auf dem Arbeitstisch zu positionieren. Die Materialbereitstellung kann automatisiert über Förderbänder oder aber auch in Form lokaler Puffer erfolgen. Im gezeigten Beispiel werden die Platten etwa per Gabelstapler gefördert und in der Zelle gepuffert. Die Rippen werden über ein Förderband von der Abbundanlage aus zugeführt. Vorraussetzung ist, dass die Bauteile vom Abbund in der benötigten Reihenfolge produziert werden. Die Steuerung muss über das Produktionsplanungs- und Steuerungssystem erfolgen.
Die Transporteinrichtungen sind in den Arbeitsraum des Multifunktionsportals integriert. Für einen autonomen Betrieb ist es notwendig, dass die Anlage die einzelnen Werkstücke identifiziert, um sicherzustellen, dass das korrekte Bauteil bereitgestellt wurde bzw. um die zugehörige Einbauposition zu bestimmen. Die Werkstückidentifizierung kann beispielsweise über Barcode oder Funktransponder (RFID) erfolgen. Bei der Teilebereitstellung muss über Anschläge eine definierte Lage des Werkstücks erzeugt werden, um das sichere Greifen durch den Roboter zu ermöglichen. Alternativ ist es denkbar, über Kamerasysteme oder
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Lichtschranken die Bauteillage automatisch zu ermitteln und an die Robotersteuerung zu übergeben.
Darüber hinaus ist das Portal in der Lage, alle tafelabhängigen Bearbeitungsschritte (Bohren, Fräsen, Sägen, Nageln) selbständig durchzuführen. Die Arbeitsspindel besitzt ein Werkzeugwechselsystem, die zugehörigen Werkzeuge werden in einem Werkzeugmagazin innerhalb der Zelle bereitgehalten. Das Magazin ist modular aufgebaut und beliebig erweiterbar. Das 5-Achskonzept sorgt für die notwendige Flexibilität bei der Bearbeitung. So können Sägeschnitte beliebiger Orientierung oder horizontale Bohrungen vorgenommen werden. Je nach eingesetztem Spindeltyp sind unterschiedliche, tafelangepasste Drehzahlen und Leistungen realisierbar.
Das automatische Wenden der Tafeln erfolgt mit Hilfe eines Schmetterlingswenders. Aufgrund der Integration zweier Arbeitstische in die Fertigungszelle, verknüpft durch den Schmetterlingswender, können beide Tafelseiten auf derselben Anlage bearbeitet werden. Die Verifizierung des Konzepts erfolgte anhand definierter Standard- oder Mustertafeln (aus den Funktionsgruppen Dach, Decke und Wand), welche die unterschiedlichen in Frage kommenden Handhabungs- und Bearbeitungsaufgaben in sich vereinen. Je nach Größe des Betriebes könnten mehrere dieser Anlagen kombiniert werden, beispielsweise jeweils eine für die Wand-, Dach- und Deckenelementproduktion.
Durchlauffertigung mit U-förmigem Materialfluss
Nachdem mit dem multifunktionalen Bearbeitungszentrum eine Kompaktanlage zur Montage und Bearbeitung der Wand-, Dach- und Deckentafeln konzipiert wurde, erfolgten im weiteren Verlauf der Arbeiten Variationen des Gesamtablaufs der Fertigung. Dabei wurde das Ziel der Erhöhung des Automatisierungsgrades verfolgt, indem Förder- und Handhabungsein-richtungen, Wendeeinrichtungen und Multifunktionsbrücken miteinander kombiniert wurden. Als Handhabungsgeräte können sowohl 6-Achs-Roboter als auch Portalroboter bzw. Portal-bearbeitungszentren zum Einsatz kommen. Ausgangspunkt des Fertigungsablaufs bildete stets die Abbundanlage, die über Förderbänder oder Roboter mit den weiteren Bearbeitungs-stationen verknüpft wurde.
Ein Beispiel dieser entwickelten Konzepte ist die Fertigung in der Linie mit U-förmigen Materialfluss. Die Linienfertigung bietet den Vorteil einer hohen Auslastung, da das Tafel-element von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation durchgereicht wird. Da die Bearbeitung per Multifunktionsbrücke oder der Wendeprozess nicht an derselben Station wie die Montagevorgänge von Riegelwerk, Beplankung oder Dämmstoffen erfolgen und somit die Montagestation nicht blockiert wird, kann bereits an der Folgetafel gearbeitet werden. Die Durchführung der Montageoperationen kann sowohl manuell als auch vollautomatisiert erfolgen, auf den grundsätzlichen Fertigungsablauf hat dies keinen Einfluss. Unterschiede werden sich aber hinsichtlich Fertigungszeiten und –kosten ergeben. Für die Umsetzung in der 3D-Simulation wurde zunächst die vollautomatische Variante gewählt.
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426-73-00© 426-73-00©
Abbundanlage
Riegelwerksstation
Plattenauflegestation
Portalbearbeitungszentrum
Schmetterlingswender
Aufrichten/Finishlinie
Plattenauflegestation
Portalbearbeitungszentrum
Nagelstation
Dampfsperre
Montagestation
Plattensäge
Abb. 4.4: Durchlauffertigung mit U-förmigen Materialfluss
Abb. 4.4 zeigt einen Überblick der realisierten Anlage. Der durch das Raster angedeutete Hallenboden stellt die Grundfläche des Werks der Fa. Baukmeier in Hameln dar. Die Anlage wurde so konzipiert, dass sie in den vorhandenen Bauraum integriert werden kann. Der Forderung nach Nutzung bestehender Hallenflächen wird damit Rechnung getragen.
Modellierung und Optimierung des Fertigungsablaufs mittels Materialflusssimulation
Konzept
Das Ziel bei der Erstellung der Materialflusssimulation war die Schaffung eines universellen Modells der Abläufe bei der Vorfertigung von Elementen des Holztafelbaus. Diese Vor-gehensweise ermöglicht die Nachbildung beliebiger Produktionsabläufe ohne Beschränkung auf ein bestimmtes Fertigungskonzept oder Maschinenspektrum. Typ, Anzahl und Eigen-schaften der eingesetzten Maschinen, Roboter, Fördereinrichtungen und Werker sollen beliebig variiert und miteinander kombiniert werden können. Darüber hinaus soll die Durch-führung dieser Variationen bei minimalem Eingriff in das eigentliche Simulationsmodell erfolgen können.
Zu diesem Zweck wurde die Materialflusssimulation mit einer hierarchischen, modularen Struktur versehen. Die Gesamtfertigung setzt sich aus einzelnen Fertigungsabschnitten wie Abbund, Wandtafelfertigung oder Versand zusammen. Diese Fertigungsbereiche greifen wiederum auf einen Maschinenpool zurück, der beispielsweise aus Abbundanlagen, Multi-funktionsbrücken oder Transport-/Fördereinrichtungen besteht. Es handelt sich dabei um eine Art „Baukastensystem“, das beliebig erweiter- und untereinander kombinierbar ist. Die Funktionalität der einzelnen Maschinen bzw. Bearbeitungsstationen wird mit Hilfe des Simulationssystems nachgebildet. Hierzu zählen die jeweiligen von der Station ausführbaren Bearbeitungs-, Montage- und Transportvorgänge, also etwa Fräs- und Sägeoperationen,
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Zusammenbau des Riegelwerks oder internes Teilehandling. Um eine möglichst große Flexibilität des Simulationsmodells zu erzielen, liegt der Maschinenpool in parametrisierter Form vor. So wird beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit beim Sägen oder die Zeit für das Auflegen einer Dachlatte nicht durch feste Zahlenwerte, sondern durch Variablen in der Programmiersprache der Simulationsumgebung repräsentiert.
Maschinen-und Prozess-parameter
Bearbeitungs-station
> Einzelbearbeitungsschritte sowie die gegenseitigen Abhängigkeiten
> Transport- und Positioniervorgänge
> Verkettung der Abläufe
> Verknüpfung von Auftrag und Bauteil
> Art und Anzahl der eingesetzten Maschinen, Roboter und Werker
> Bearbeitungszeiten, technische Daten
> Transportwege
> Material- und Lohnkosten
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MODELLIERUNG INNERHALB DERMATERIALFLUSSSIMULATION
VERWALTUNG IN FORM EXTERNERDATENBANKEN
Abb. 4.5: Trennung von Simulationsmodell (links) und den zugehörigen Maschinen- und Prozessdaten (rechts)
Die zugehörigen Maschinen- und Prozessdaten werden in externen Datenbanken verwaltet und erst bei Beginn eines Simulationslaufs eingelesen (Abb. 4.5) und den Variablen zuge-wiesen. Die Simulation kann somit durch Änderungen an der Datenbasis auf einfache Weise variiert werden. Neben den Maschinenparametern liegen auch die Fertigungsaufträge als externe Daten vor. Die Generierung dieser Auftragslisten erfolgt anhand von Produktions-listen und Fertigungsinformationen direkt aus einem 3D-CAD/CAM-System. Neben den Bauteildaten wie Typ, Anzahl und Werkstoff berücksichtigen die Listen sämtliche zuge-hörigen Bearbeitungs- und Montagevorgänge. Das Simulationsmodell ist somit nicht starr und an ein festes Teilespektrum gebunden, sondern ermöglicht die dynamische Fertigung beliebiger Wand-, Dach- und Deckentafeln basierend auf realen Konstruktionsdaten.
Das Konzept externer Datenbanken erlaubt zwei unterschiedliche Strategien zur Optimierung von Abläufen mit Hilfe der Materialflusssimulation: zum einen können für konstante Auftragsdaten Variationen an den Maschinenparametern vorgenommen werden, um beispielsweise den Einfluss der Vorschubgeschwindigkeit beim Sägen auf Durchlaufzeit und Produktionskosten zu ermitteln. Auf der anderen Seite kann für einen festen Fertigungsablauf die Auftragssteuerung (Auftragsreihenfolge, Bildung von Multitafeln…) optimiert werden.
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Datentransfer
Der Datentransfer erfolgt in Form von MS Excel-Tabellen, die vom CAD/CAM-System aus dem 3D-Gebäudemodell generiert werden. Neben Geometrie- und Technologiemerkmalen werden zusätzlich betriebswirtschaftliche Kenngrößen wie Zeiten und Kosten benötigt. Die Anforderungen an die Schnittstelle zur Materialflusssimulation können in vier Bereiche aufgeteilt werden:
1. Typisierung der Bauteile: Mit Hilfe einer eindeutigen Typisierung aller Bauteile innerhalb einer Tafel erfolgt die Zuweisung zu Quelle und Ziel in der Materialflusssimulation. Aus dem Typ lassen sich die Bauteile den einzelnen Bearbeitungsstationen zuordnen. Außerdem gibt der Typ Auskunft über die Position der Bauteile innerhalb einer Tafel.
2. Identifizierung der Bauteile: Eine eindeutige Identifizierung der Bauteile dient dem Erstellen und Benennen der einzelnen Aufträge innerhalb der Materialflusssimulation. Von der Konstruktion über die Materialbeschaffung und die Fertigung bis zur Montage muss eine eindeutige Identifizierung aller Bauteile, die in einer Materialflusssimulation betrachtet werden, möglich sein. Zu Berücksichtigen ist dabei, dass in der Materialflusssimulation mehrere Gebäude gleichzeitig verarbeitet werden können.
3. Kosten gemäß Stückliste: Mit Hilfe der Stücklisteninformationen und Materialkenndaten werden Materialkosten berechnet und die Materialverwaltung organisiert.
4. Kosten gemäß Produktionsliste: Hier werden der Zeitaufwand und die Kosten während der Fertigung ermittelt. Diese Informationen werden zur Auslastungsoptimierung der Produktionsanlage verwendet.
Jede Zeile der Tabelle entspricht einem Fertigungsauftrag in der Materialflusssimulation. Dabei kann es sich um ein Bauteil (z.B. eine Rippe) oder eine Baugruppe (eine Dach-, Decken- oder Wandtafel) handeln.
Aufbau und programmtechnische Realisierung
In Abb. 4.6 ist die Umsetzung des Konzeptes einer modularen, parametrisierten Material-flusssimulation mit Hilfe der Software „eM-Plant 7.0“ der Fa. Tecnomatix gezeigt. Dargestellt ist das Gesamtmodell, d.h. die oberste Hierarchiestufe der Holztafelfertigung. Im Bereich „Fertigung“ wird im vorliegenden Fall der mit Hilfe des Projektpartners Baukmeier ermittelte Produktionsablauf nach dem Stand der Technik analog zu Abb. 4.1 wiedergegeben, der die Grundlage für die Simulationserstellung bildete. Aufgrund des modularen Aufbaus der Fertigungseinrichtungen können hier aber beliebige Abläufe simuliert werden, das Modell ist nicht auf die Nachbildung eines konkreten Betriebs beschränkt.
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Abb. 4.6: Gesamtmodell der Holztafelfertigung in der Materialflusssimulation
Die Visualisierung des Simulationsablaufs erfolgt über Zustandsgrafiken, die den aktuellen Status der einzelnen Fertigungsabschnitte symbolisieren. Diese erhöhen die Anschaulichkeit und erleichtern die Verifizierung des ordnungsgemäßen Ablaufs, was aufgrund der zahl-reichen Abhängigkeiten und Bedingungen (z.B. Sperrung einer Station für den Werker, solange die Multifunktionsbrücke arbeitet) notwendig wird.
Zusätzlich ist ein Schichtkalender in das Modell integriert, der einen Schichtbetrieb inklusive Pausenzeiten simuliert. Die Funktion ermöglicht die Abbildung beliebiger Schichtsysteme für die unterschiedlichen Fertigungsbereiche und –stationen. Für jeden Arbeitsplatz werden separat die Wochenarbeitstage, die tägliche Arbeitszeit sowie die Pausenzeiten definiert. Beispielsweise kann für den Abbundbereich ein 2-Schichtsystem realisiert werden, während in der Tafelfertigung im 1-Schichtbetrieb gearbeitet wird. Ebenso ist es möglich, gesetzliche Feiertage oder Betriebsferien zu berücksichtigen. Die virtuelle Produktion kann somit an den realen Zeitablauf eines Geschäftsjahres anpasst werden, wodurch sich weitere Einsatz-möglichkeiten des Modells zur Auftrags- und Produktionsplanung erschließen.
Konfigurationssoftware für die Materialflusssimulation
Zur Variation der Fertigungsaufträge und Konfiguration der Maschinen- und Material-datenbank wurde eine spezielle Konfigurationssoftware entwickelt. Das Programm wurde plattformunabhängig unter C++ erstellt, um einen universellen Einsatz zu gewährleisten.
Die primäre Funktion des Programms ist die Erstellung und Variation der Auftragsliste für die Materialflusssimulation. Es ist in der Lage, beliebig viele aus dem 3D-CAD/CAM-System exportierte Gebäudemodelle einzulesen und zu einer Gesamtauftragsliste zusammen-zufügen. Die Einzeltafeln der Gebäude werden mit ihrem Typ (Außen- und Innenwand, Dach, Decke) und der zugehörigen Projekt- und Bauteilbezeichnung angezeigt. Ein Status-fenster informiert über die Anzahl der zur Verfügung stehenden Tafeln. Die Anwahl einer Tafel gibt deren Hauptabmessungen (Länge x Breite) und im Falle einer Wandtafel die Zahl
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der zugehörigen Fenster und Türen aus. Mit Hilfe dieser Informationen können vom Benutzer Einzeltafeln zu einer sog. Multitafel zusammengefügt werden. Die Multitafel setzt sich aus kleineren Tafeln zusammen, die während der Produktion als eine einzelne, großformatige Tafel behandelt werden. Auf diese Weise können Maschinenkapazitäten, d.h. die Länge eines Zimmermeistertisches, optimal ausgenutzt werden.
Aus der Gesamtheit der Tafeln können beliebige Auftragslisten generiert werden. Beispiels-weise ist es möglich, den Fertigungsauftrag auf einen bestimmten Tafeltyp einzuschränken. Genauso kann definiert werden, ob die Tafeln hintereinander nach Typ sortiert oder unter-einander gemischt in der virtuellen Produktionsumgebung der Materialflusssimulation in Auftrag gegeben werden sollen.
Als weitere Funktionalität bietet das Programm den Zugriff auf die Maschinen- und Material-datenbank der Materialflusssimulation. Maschinen werden zunächst anhand ihres Typs (Abbundanlage, Multifunktionsbrücke usw.) definiert. Für jeden Typ können mit Hilfe der Software beliebig viele Datensätze angelegt werden, die unterschiedliche Hersteller, technische Ausführungen und Automatisierungsgrade abbilden. Ähnliches gilt für die Materialdaten: auch hier können unterschiedliche Datensätze hinterlegt werden, die beispielsweise die Einkaufspreise des jeweiligen Fertighausherstellers oder verschiedene Ausstattungsstandards (etwa Standard, Mittelklasse oder Luxus) des Gebäudes reprä-sentieren.
Ermittlung der Datenbasis
Grundlage für die Datenbasis der Materialflusssimulation bilden die von der Fa. Baukmeier durchgeführten Zeitaufnahmen im Werk Hameln. Sämtliche manuellen und automatischen Montage- und Bearbeitungsschritte wurden dabei erfasst und ausgewertet. Darüber hinaus wurden Informationen über Material- und Personalkosten zur Verfügung gestellt. Die Fa. Weinmann Holzbausystemtechnik lieferte die technischen Daten ihrer Maschinentechnologie sowie die zugehörigen Investitionskosten. Mit Hilfe dieser Kosten war es möglich, Maschinenstundensätze für die einzelnen Anlagenkomponenten zu berechnen.
429-58-00© 429-58-00© Abb. 4.7: Simulation einer Riegelwerksstation bei Einsatz eines KUKA-Roboters
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Nicht im realen Betrieb ermittelbare Kennzahlen flossen aus der 3D-Fertigungssimulation in die Materialflusssimulation ein. Dies betrifft insbesondere die Art und Anzahl von Maschinen-typen und deren Anordnung, da dies die Länge der Förderstrecken und die Art der einge-setzten Förderhilfsmittel beeinflusst. Einen Sonderfall nehmen die 6-Achs-Roboter der Fa. KUKA Roboter ein. Hier führte KUKA mit einer firmeneigenen Software zusätzliche, gezielte Simulationsläufe in den Bereichen „Abbund/Riegelwerk“ und „Einbringung von Dämmstoffen“ an den definierten Standardbauteilen durch (Abb. 4.7). Anhand dieser Simulationen konnten unter Berücksichtigung von Werkstückabmessungen und -gewichten die jeweils erforder-lichen Robotertypen und Lineareinheiten dimensioniert werden. Mit der Kenntnis des Robotertyps und der zugehörigen technischen Daten wurden im nächsten Schritt die exakten Taktzeiten ermittelt.
Aus der Gesamtheit der ermittelten Daten wurden im Anschluss die Maschinen- und Materialdatenbanken für die Materialflusssimulation erstellt und die im folgenden Kapitel beschriebenen Simulationsläufe durchgeführt.
Versuchsdurchführung und Ergebnisse
Analysierte Gebäudemodelle
Insgesamt kommen drei Wohngebäude in der Materialflusssimulation zum Einsatz. Die Beispielhäuser 1 und 2 wurden von der Fa. Baukmeier zur Verfügung gestellt. Das dritte Beispielhaus ist das im Rahmen von Teilvorhaben 1 (TU München) entwickelte Systemhaus.
Die Gebäudedaten der Fa. Baukmeier lagen als cadwork 3D-Dateien vor [3]. Die Gebäude waren vollständig auskonstruiert. Die Sachdaten und Fertigungsinformationen mussten jedoch nachträglich vervollständigt werden, um eine Übergabe zu der Materialflusssimulation zu ermöglichen. Hierbei handelte es sich um Materialdaten, Stücklisten und Produktions-listen sowie um die Erzeugung der Maschinendaten der auf den Abbundanlagen zu fertigenden Rippen. Für das Systemhaus der TU München lagen die Daten im vom Teil-vorhaben 3 (BTU Cottbus) weiterentwickelten IFC-Standard mit den Hüllen der Wand-, Decken- und Dachtafeln vor [4]. Mit Hilfe von 2D-Detailzeichnungen konnten so die Wandtafeln auskonstruiert werden. Die Vervollständigung der Sachdaten und Fertigungs-informationen erfolgte analog zu den ersten beiden Beispielhäusern.
Zusammenfassung der Simulationsergebnisse
Im Verlauf der Untersuchungen wurden nicht nur unterschiedliche Fertigungskonzepte und Automatisierungsgrade miteinander verglichen, sondern auch die Einflüsse bei der Generierung von Fertigungsaufträgen für die virtuelle Produktionsumgebung ermittelt. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass bereits der Planungsprozess, in dem über die Reihenfolge von Aufträgen und die Zusammenfassung mehrerer Bauprojekte zu einem Gesamtvorhaben entschieden wird, Einfluss auf die späteren Durchlaufzeiten und Fertigungskosten nehmen kann (Abb. 4.8). Anhand der Ergebnisse wird deutlich, dass bereits durch eine geschickte Planung der Fertigungsaufträge die Durchlaufzeit um bis zu einem halben Arbeitstag gesenkt werden kann.
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> Gebäudemodell 1
> Fertigungsablaufder Fa. Baukmeier
> Auftragstrennungnach Wand und Dach/Decke
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Abb. 4.8: Gesamtfertigungszeit und mittlere Tafeldurchlaufzeit bei Variation der Auftragsreihenfolge
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> Gebäudemodell 2
> Auftragsvariante 5
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Fertigung nach Stand der Technik, manuelleMontagevorgänge, Auftragstrennung1
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Fertigung nach Stand der Technik, Montage starrerBauteile automatisiert, Auftragstrennung
Fertigung nach Stand der Technik, Montage starrerBauteile automatisiert, keine Auftragstrennung
Durchlauffertigung, manuelle Montagevorgänge
Durchlauffertigung, vollautomatisiert
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Durchlauffertigung, Riegelwerksstation automatisiert
Durchlauffertigung, vollautomatisiert,2-Schicht-Betrieb
Fertigung nach Stand der Technik, manuelleMontagevorgänge, Auftragstrennung1
VARIANTE FERTIGUNGSABLAUF
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Fertigung nach Stand der Technik, manuelleMontagevorgänge, keine Auftragstrennung
Fertigung nach Stand der Technik, Montage starrerBauteile automatisiert, Auftragstrennung
Fertigung nach Stand der Technik, Montage starrerBauteile automatisiert, keine Auftragstrennung
Durchlauffertigung, manuelle Montagevorgänge
Durchlauffertigung, vollautomatisiert
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Durchlauffertigung, Riegelwerksstation automatisiert
Durchlauffertigung, vollautomatisiert,2-Schicht-Betrieb
Abb. 4.9: Zusammenfassung der Simulationsergebnisse hinsichtlich Fertigungszeiten und -kosten
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Abb. 4.9 fasst einige der durchgeführten Simulationsexperimente zusammen, in denen der Automatisierungsgrad des Fertigungsablaufs variiert wurde. Als Referenz diente dabei die Variante Nr. 1, die den Ablauf nach dem heutigen Stand der Technik bei der Fa. Baukmeier darstellt. Das untersuchte Gebäude war ein Einfamilienhaus, bestehend aus einem Erdge-schoss mit einem Vorbau und einem ausgebauten Obergeschoss mit Balkon. Das Haus besaß einen runden Turmanbau und einen Wintergarten im Erdgeschoss mit tieferer Traufe.
Der Vergleich der Fertigungszeiten macht deutlich, dass bereits durch eine bessere Aus-nutzung bestehender Anlagen die Durchlaufzeiten verringert werden können. Eine Alterna-tive ist die Nutzung beider Linien sowohl für Wand- als auch Dach-/ Deckentafeln. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Umorganisation der Fertigung, so dass auf einer einzelnen Linie mit hintereinander verketteten Stationen (Durchlauffertigung, U-Form) produziert wird. Sollen Montagevorgänge automatisiert werden, so bieten sich insbesondere die starren Bauteile an. Im Falle der Durchlauffertigung kommt neben einer Vollautomatisierung der Einsatz von Automatisierungslösungen im Bereich der Riegelwerksstation in Frage.
Die entstehenden Fertigungskosten können mit Hilfe aller Varianten gesenkt werden. Geringfügige Einsparungen bei den Materialkosten ergeben sich durch eine Verschnitt-optimierung im Falle automatisierter Fertigungseinrichtungen. Da die Konstruktionsweise der Gebäude unverändert bleibt, können allerdings keine signifikanten Einsparungen bei den Materialkosten erzielt werden. Die Automatisierung von Handhabungsvorgängen in einer konventionellen Fertigung erhöht die Maschinenkosten nur in geringem Maße, trägt aber erheblich zur Senkung der Personalkosten bei. Eine vollautomatisierte Durchlauffertigung verursacht in Relation zum Personal sehr hohe Maschinenkosten. Die Lösung in Form einer automatisierten Riegelwerksstation führt zu um mehr als 25% reduzierten Kosten bei gleich-zeitiger Senkung der Fertigungszeit von über 7 auf etwa 4 Arbeitstage.
Zusammenfassung
Mit der Materialflusssimulation wird dem Holzhaus- wie auch dem Maschinenhersteller ein Werkzeug zur Verfügung gestellt, mit dessen Hilfe bestehende Anlagen neu organisiert und optimiert werden können. Darüber hinaus wird es aber auch möglich, Neuinvestitionen im Vorfeld der Anschaffung bezüglich ihres technischen und wirtschaftlichen Nutzens zu bewerten und zu projektieren. Die Rückführung der Simulationsergebnisse in die 3D-Fertigungssimulation erlaubt die Visualisierung der geplanten Fertigungsstraße und deren Optimierung bezüglich Anordnung von Maschinen und manuellen Arbeitsplätzen in Hinblick auf Arbeitsräume, Erreichbarkeit und Sicherheit.
Die Durchführung der Materialflusssimulationen erfolgte anhand realer Gebäudemodelle, darunter das von der TU München im Teilvorhaben 1 entwickelte Systemhaus auf Basis der Schnellverbindertechnik. Es konnte gezeigt werden, dass die Auftragsreihenfolge der Einzel-tafeln abhängig vom Gebäudemodell unterschiedlich starken Einfluss auf die Fertigungs-zeiten und –kosten haben. Die Ergebnisse machen weiterhin deutlich, dass bereits durch eine Neuorganisation bestehender Fertigungsanlagen sowohl Zeiten als auch Kosten gesenkt werden können. So bedeutet die Anordnung der Maschinentechnik zu einer U-förmigen Linienfertigung unter Beibehaltung der manuellen Prozessschritte einen erheblichen Produktivitätsgewinn. Die gezielte Automatisierung der Riegelwerksstation führt zu einer weiteren Senkung der Fertigungszeiten und –kosten. Eine Vollautomatisierung dagegen kann die Gesamtkosten nicht weiter senken, führt aber zu nochmals verringerten Durchlaufzeiten des Gebäudes. Dies bedeutet, dass für kleine und mittelständische Unter-nehmen mit geringen Stückzahlen Automatisierungslösungen zunächst nur bis zu einem gewissen Grad sinnvoll sind. Soll aber der Ausstoß der Anlage zu einem späteren Zeitpunkt
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gesteigert werden, können mit Hilfe des Simulationsmodells die erforderlichen Ver-änderungen am Produktionsablauf identifiziert werden.
Neben einer Reduzierung von Fertigungszeiten und –kosten wird die Automatisierung von Fertigungsabläufen in Verbindung mit den entwickelten Methoden der virtuellen Produktion zu einer Steigerung der Produktqualität im Holztafelbau führen. Durch den Einsatz auto-matisierter Fertigungseinrichtungen wird sichergestellt, dass sämtliche für die herzustellende Tafel benötigten Bauteile zum einen überhaupt verbaut und zum anderen auch an der geforderten Position mit der notwendigen Genauigkeit montiert werden. Das Vergessen von Bauteilen beispielsweise im Riegelwerk oder die Verwechslung ähnlicher Baugruppen wird vermieden. Gleiches gilt für maschinell durchgeführte Bearbeitungsvorgänge wie die Fixierung von Bauteilen und das Setzen von Bohrungen. Die Voraussetzung sind intelligente Maschinensysteme, die etwa über Barcode oder Funktransponder in der Lage sind, die korrekten Bauteile zu identifizieren. Eine weitere Möglichkeit sind Lichtschranken und Kamerasysteme, die die Lage von aufzunehmenden Werkstücken erkennen und die ordnungsgemäße Positionierung überwachen.
Automatisierung erfordert zwangsläufig einen sorgfältigen Planungsprozess im Vorfeld der Fertigung. Genau dieser Prozess wird von den virtuellen Produktions- und Simulations-techniken unterstützt. Mittels 3D-Simulation kann der Fertigungsprozess vorab im Rechner anhand der vom CAD/CAM-System generierten CNC-Daten simuliert werden, um eventuelle Fehler im Maschinenprogramm aufzudecken, Kollisionskontrollen durchzuführen oder benötigte Werkzeuge bereitzustellen. Auf diese Weise werden unproduktive Zeiten vermieden und Kosten minimiert, die durch Maschinencrashs, falsche bzw. fehlerhafte Bearbeitungen oder fehlende Werkzeuge/Werkstücke entstehen könnten.
Die Materialflusssimulation ist ein weiteres Hilfsmittel zur Qualitätssicherung bereits im Planungsprozess. Hiermit werden frühzeitig Produktionsengpässe aufgedeckt und der Bedarf an Fertigungshilfsmittel ermittelt. Da die Simulation explizit für jedes geplante Bauprojekt anhand der CAD-Daten durchgeführt werden kann, ist eine rechtzeitige Material-bedarfsrechnung und –bereitstellung möglich. Der Abgleich zwischen Simulationsergebnis und dem Planungsprozess hilft, mögliche Inkonsistenzen im Datenmodell des Gebäudes oder bei dessen Verarbeitung aufzudecken und somit Fehler zu vermeiden. Ein weiterer Punkt ist die Qualitätssicherung in Bezug auf Liefertreue und Kosten: Für jedes Gebäude und dessen Einzeltafeln können die zu erwartenden Fertigungszeiten und –kosten berechnet werden. Durch eine frühzeitige Kalkulation im Planungs-/Konstruktionsprozess wird es möglich, die zu erwartenden Kosten für die Herstellung des Hauses zu ermitteln und Terminprobleme bei der Auslieferung durch falsch eingeschätzte Produktionszeiten zu verhindern.
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Literatur
[1] VDI-Richtlinie 3633: Simulation von Logistik-, Materialfluss- und Produktionssystemen, VDI-Verlag, Düsseldorf
[2] Hoffmeister, H.-W., Sachers, M.: Flexible Fertigungszellen in der Möbelfertigung, HOB - Die Holzbearbeitung, 46 (1999) 1/2, S. 78-83
[3] Kessel, M.H.: Rechnergestützte Planung und Fertigung im Holzbau, in: Innovationen für die Holzbearbeitung von morgen, 11. Braunschweiger Holztechnisches Kolloquium, 10.-12.10.2000, TU Braunschweig, 2000, S. 29.1-29.8
[4] Osterrieder, P., Richter, S., Fischer, M.: A Product Data Model for Design and Fabrication of Timber Buildings, Proceedings of the 8th World Conference on Timber Engineering, wcte 2004, Lahti, Finland
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5. IFC-Standard für den Holzbau
FKZ: 0330424 - TV 33
Prof. Dr.-Ing. Peter Osterrieder, Dipl.-Ing. Stefan Richter Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Lehrstuhl Statik und Dynamik
Einführung
Was sind IFC?
Kurze Antwort: Industry Foundation Classes (IFC) sind ein universelles, international standardisiertes Datenformat für Software im Bauwesen.
Lange Antwort: IFC dienen dem Datenaustausch in Bauprojekten, leisten aber noch einiges darüber hinaus, da sie auf einem Bauwerksmodell aufbauen. Das Besondere an IFC ist:
• IFC sind ein herstellerneutraler internationaler Standard der Bausoftware-Industrie.
• IFC beschreiben, wie Information über Bauwerksgeometrie, Bauteile und ihre Eigenschaften, funktionale Gebäudegliederung, statische Systeme, Versorgungsnetze, Baukosten, Bauabläufe und vieles mehr in Dateien oder Datenbanken abgelegt werden.
• IFC sind fachübergreifend für Architekten, Ingenieure, Konstrukteure, Bauausführende konzipiert.
Ziel des Teilvorhabens 3 im DGfH-Vorhaben „Innovativer Holzsystembau“ 2003/ 2004 war, ein Informationsmodell für die gemeinsame Datennutzung in Holzbau-Projekten zu schaffen. Steht allen Projektbeteiligten ein gemeinsamer Datenbestand zur Verfügung, so senkt dies den Aufwand für die Kommunikation und vermeidet Fehler infolge unzureichend abge-glichener Daten.
Abb. 5.1: Ein Geschoss des Musterhauses der TU München als IFC-Modell:
Mit der Gebäudegeometrie sind Produktdaten verknüpft
3 Das diesem Bericht zugrundeliegende Teilvorhaben 3 „Produktmodell DtH: Durchgängiger Datentransfer zur
Minimierung des Ressourcenverbrauchs“ wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, und Forschung unter dem Förderkennzeichen 0330424 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Die am Vorhaben beteiligten Wirtschaftspartner sind der Tabelle 1 zu entnehmen. DtH = Datentransfer im Holzbau
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Die Kopplung der Planungssoftware unterschiedlicher Disziplinen mittels eines Bauwerks-modells, abgebildet in IFC, ist außerdem Voraussetzung für umfassende Optimierung von Bauwerken hinsichtlich Nutzwert, Kosten und Ökologie.
Das entwickelte Datenmodell berücksichtigt Ansprüche des modernen Holzsystembaus und bietet zugleich Anschluss an allgemeine Architektur- und Fachplanung. Alle bedeutenden CAD-Programme für den Hochbau bieten Anbindung an IFC.4
Hintergrund
Bauwerke sind Unikate. Dies gilt für traditionelle Bauweisen ebenso wie für das Bauen mit Fertigteilen. Für jedes Bauprojekt sind erneut vielfältige Planungsaufgaben zu lösen. Dabei kommunizieren Planer und Ausführende unterschiedlichster Fachrichtungen über Unternehmensgrenzen hinweg.
Abb. 5.2: Die Vielzahl bilateraler Schnittstellen führt zu inkonsistenten Daten
Bisher traten dabei aus verschiedenen Gründen immer wieder Brüche im Informationsfluss auf:
• Ein offener und umfassender Standard fehlte. Software-Anbieter waren mit einer Vielzahl proprietärer Schnittstellen konfrontiert.
• Nicht verfügbare oder inhaltlich unzureichende Schnittstellen bedingen Mehrfach-eingaben, die nicht nur zeitraubend, sondern auch fehlerträchtig sind.
• Projektdaten wurden in unterschiedlichen Formaten in nicht miteinander verknüpften Datenbeständen abgelegt. Der Planungsfortschritt im Projektverlauf erfordert aufwändigen Abgleich der Datenbestände, der letztendlich teilweise unterbleibt.
Benötigt wird daher ein Informationsmodell, an das alle Beteiligten angebunden sind.
Abb. 5.3: Gemeinsame Nutzung eines Produktmodells:
Weniger Schnittstellen, einheitlicher Planungsstand
4 Eine unvollständige Liste IFC-fähiger Software: http://www.iai.fhm.edu/ImplementationOverview.htm
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Zum Teil leistete dies bereits der unter dem Dach der DGfH entwickelte Standard DtH. In seiner aktuellen Fassung unterstützt DtH neben 3D-Konstruktionsdaten des Holzbaus (Balken, Holzwerkstoffplatten, Baugruppen, Verbinder) auch ein einfaches Architekturmodell, Statik-Modelle sowie Baukosten. Jedoch wurde das Potential von DtH durch Software-Anbieter außerhalb des Holzbaus nicht erkannt. Anbindungen an Bereiche wie Haustechnik konnten deshalb nie entwickelt werden; die Einsetzbarkeit von DtH als zentrales Projektdatenmodell blieb vorerst Theorie.
DtH wurde bisher nur in nationalem Rahmen entwickelt. Die Implementoren von DtH vertreiben ihre Software aber längst weltweit. Auch wurde man im Ausland, vor allem in Skandinavien, dank der europäischen Aktivitäten der DGfH auf DtH aufmerksam. International fehlte es bislang an Vergleichbarem zu DtH, es gab jedoch Überlegungen, IFC für den Holzbau zu adaptieren.
Abb. 5.4: Bisherige Unterstützung von Projektphasen durch DtH und IFC
Auch im Kreis der DGfH-Mitglieder wurde IFC als zukunftsträchtiges Datenmodell wahrgenommen. Dies führte zum gemeinsamen Projekt der IAI5 und DGfH „IAI ST-5: Structural Timber Model“ mit dem Ziel, IFC-Erweiterungen auf Basis von DtH zu schaffen. DtH und IFC ergänzen sich nicht nur hinsichtlich ihrer Anwendungsgebiete. Auch die technischen Voraussetzungen für die Zusammenführung beider Standards sind günstig: Beide bauen auf ISO 10303 „Standard for the Exchange of Product Data“ (STEP) auf, und beide folgen den Grundsätzen der Produktmodellierung.
Abb. 5.5: Lebenszyklus eines Bauwerks, Wiederverwendung von Information
Produktmodelle
Produktmodelle sind Datenmodelle, die das Produkt, seinen Lebenszyklus und die darin eingebundenen Akteure betrachten. Sie sind also nicht auf einzelne Prozesse oder gar bestimmte Software fokussiert. Der Bestand an Produktdaten ist eine Datenbank aller Produkteigenschaften (Geometrie, Material, Funktion u.a.m.) für einen oder mehrere
5 International Alliance for Interoperability; ist in Deutschland als Industrieallianz für Interoperabilität e.V.
organisiert: http://www.iai-ev.de/; Herausgeber der IFC-Spezifikation
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Abschnittes des Produktlebenszyklus. In einer DtH- oder IFC-Datei ist jeweils ein Planungsstand, also das Zwischen- oder Endergebnis einer Projektphase abgebildet. Im Bauwesen nennt man Produktmodelle auch Bauwerks-Informationsmodelle (BIM).
Neben Begriffen aus dem Product Lifecycle Management finden sich in STEP, IFC und DtH auch solche, die der Datenbanktechnik entlehnt sind. Zwei wichtige Begriffe, Schema und View, werden an dieser Stelle besprochen.
Ein Schema ist eine formale, maschinenlesbare Beschreibung der im Modell vor-kommenden Datentypen und ihrer Beziehungen untereinander. ISO 10303-11 bietet dazu die Schema-Beschreibungssprache EXPRESS und ihre grafische Entsprechung EXPRESS-G an. Grundlagen dieser Sprache lassen sich schnell erlernen, da sie sich beim Lesen einer EXPRESS-Beschreibung größtenteils von selbst erschließen. IFC liegen alternativ auch in der Beschreibungssprache XSD6 vor. Die Beschreibung des Modells durch ein solches Schema bietet folgende Vorteile:
• Typen und Beziehungen im Modell sind präzise und schlüssig definiert.
• Das Schema kann in Ein-/Ausgabe-Bibliotheken, auch Toolbox genannt, compiliert werden.
Durch Verwendung der formalen Schema-Definition werden eine Reihe von Fehlerquellen auf Modell-Ebene und in Implementierungen vermieden.
Abb. 5.6: Ein Schema als Meta-Modell eines Datenbestandes
Toolboxen, die mit EXPRESS-Schemas umgehen können, sind von mehreren Anbietern erhältlich.7 Sie leisten das Lesen und Schreiben von Modellen in Dateien oder Datenbank-server, unterstützen die Verwaltung der Datenobjekte und ermöglichen Modell-Abfragen. Es gibt auch eine Freeware- und eine Public-Domain-Toolbox. Für Anbindung an ifcXML mittels XSD-Schema können Softwarehersteller aus einer Vielzahl von Toolboxen auswählen. ifcXML wird allerdings erst an Bedeutung gewinnen, wenn Modellserver in die Baupraxis einziehen; bis dahin bleiben herkömmliche IFC-Dateien das Mittel der Wahl. IFC-Dateien verwenden das Dateiformat gemäß ISO10303-21 und erhalten üblicherweise die Dateiendung „.ifc“.
Das IFC-Informationsmodell ist nun mit dreierlei Mittel definiert: 1. dem Schema, 2. zugehörigen informellen Objektdefinitionen, 3. Implementierungs-Anleitungen und Vereinbarungen zwischen Implementierern.
Der Begriff View bzw. „Sicht“ bezeichnet einen Ausschnitt aus dieser Modelldefinition. Fachspezifische Software kann und muss naturgemäß nicht jede Einzelheit eines Bauwerksmodells erkennen. Auch ist für spezielle Anwendungsfälle wie z.B. der Übernahme von Architektur-Daten in eine Wärmebedarfsberechnung nur ein geringer Teil der zahl-reichen Datentypen in IFC erforderlich. Man möchte gleichermaßen eine Sicht mit einem bestimmten Blickwinkel und einem begrenzten Gesichtskreis auf das Modell bekommen. 6 XML Schema Definition 7 Siehe http://www.statik.tu-cottbus.de/dth, Abschnitt „Links“.
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Daher definiert man eingeschränkte Schemata und legt auf ausgewählte Anwendungsfälle zugeschnittene Implementierungsvereinbarungen fest (z.B. welche Hierarchien räumlicher Elemente in einem Modell konkret erwartet werden können).
Abb. 5.7: Einige mögliche Sichten auf IFC, sogenannte Views
Der Aufwand einer Implementierung eines Views ist natürlich geringer als der für das enorm umfangreiche und flexible gesamte IFC-Modell. Ein Software-Hersteller wird zunächst immer nur einen oder eventuell zwei IFC-Views umsetzen, die für die Anwendungsgebiete seiner Software relevant sind. Konformität zu einem von der IAI festgelegten und vom Hersteller gewählten View ist auch der Maßstab für Zertifizierungen der IFC-Kompatibilität durch die IAI.
Konzeption einer IFC-Schnittstelle
Obwohl Programme wie eben erläutert jeweils nur Untermengen von IFC unterstützen, sind sie doch in der Lage, miteinander zu kommunizieren:
• Die Views überlappen sich. Allgemeine abstrakte Konzepte und fachübergreifende konkrete Konzepte sind in den verschiedenen Views gleichermaßen enthalten.
• Der Implementierungsumfang heute erhältlicher Programme enthält fast immer den „IFC Coordination View“, eine View-Definition der IAI, die dem Szenario des Austauschs eines grundlegenden Gebäudemodells zwischen allgemeinen CAD- und unterschiedlichen Fach-Applikationen dient.
Außerdem sollen Applikationen alle eingelesenen Datenobjekte auch beim Zurückschreiben wiedergeben. Dies ist selbst dann möglich, wenn eine Applikation solche Datenobjekte gar nicht selbst verarbeitet. Die Daten überstehen in diesem Falle eine „Rundreise“ zwischen mehreren Programmen unbeschadet, man spricht von Roundtrip-Fähigkeit der beteiligten Programme. Allerdings unterstützen bisher erhältliche IFC-fähige Programme den Roundtrip nur eingeschränkt. Der Roundtrip von IFC-Dateien ist allerdings ohnehin organisatorisch wenig geeignet, das Konzept eines zentralen, redundanzfreien Produktmodells in die Bau-praxis umzusetzen. Doch betrachten wir zunächst generell, welche Varianten an IFC-Schnittstellen möglich sind:
• Zugriff auf IFC-Dateien oder/und Zugriff auf Modell-Datenbankserver,
• Nur Lesen, nur Schreiben, Lesen und Schreiben, koordiniertes Lesen und Schreiben.
Im Gegensatz zum dateibasierten Datenaustausch haben Modell-Datenbankserver momentan noch keine Bedeutung in der Praxis erlangt. Jedoch ist der Schritt vom datei-basierten zum serverbasierten Zugriff für Softwarehersteller klein, wenn sie eine Toolbox mit entsprechendem Funktionsumfang verwenden.
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Abb. 5.8: Typen von IFC-Schnittstellen
Eine reine Lese-Schnittstelle, egal ob datei- oder serverbasiert, ist bereits nicht einfach zu implementieren. Das Scannen und Parsen der Datei und die Repräsentation der IFC-Objekte im Hauptspeicher wird noch von jeder STEP-Toolbox geleistet. Für den Entwickler eines Anwendungsprogrammes verbleibt allerdings die Aufgabe, das empfangene Modell zu analysieren und in das programminterne Informationsmodell zu übersetzen (Mapping). Hier wird erneut der Nutzen von View-Definitionen deutlich: Die Zahl zu unterstützender Klassen und zu erwartender Kombinationen von Datenstrukturen wird wesentlich verringert, die Interpretation konkreter IFC-Modelle also vereinfacht.
Eine Schreib-Schnittstelle hingegen profitiert vom enormen Informationsumfang und der Flexibilität des IFC-Standards. Für jede in Ansätzen objektorientierte Branchensoftware für die Planung und Ausführung von Bauwerken sollte es nicht schwierig sein, ein Mapping vom programminternen Informationsmodell auf dasjenige von IFC zu finden. Das Erzeugen syntaktisch korrekter (und auf niedrigster Ebene auch semantisch korrekter) Dateien wird wiederum von STEP- bzw. IFC-Toolboxen unterstützt.
Natürlich lassen sich Lesen und Schreiben auch gemeinsam (additiv) für ein Anwendungsprogramm umsetzen. Unterschiedliche Mappings beim Lesen und Schreiben werden jedoch dazu führen, dass das zurückgeschriebene Modell mehr oder weniger gravierende Unterschiede zum ursprünglichen Modell aufweisen wird. Deshalb sollten Lese- und Schreib-Schnittstelle koordiniert werden, so dass
• unbekannte IFC-Objekte erhalten bleiben,
• geometrische Modelle und andere Produkteigenschaften nicht verändert werden, wenn dies nicht vom Anwender beabsichtigt wird,
• insbesondere GUIDs beibehalten werden (Eine GUID ist ein Attribut eines Objekts, das es räumlich und zeitlich global einmalig identifiziert. Nur eindeutige Eigenschaften wie GUIDs ermöglichen, Modellvergleiche nach Änderungen durchzuführen.),
• Owner Histories korrekt gesetzt werden. (Die Owner History ist ein weiteres Attribut, welches Datum und Urheber der Erzeugung und Änderung von Objekten festhält. Dies ist ebenfalls hilfreich für Modellabfragen und -vergleiche. Beispielsweise könnte ein Architektur-CAD-Programm gezielt nach Änderungen von Bauteilen suchen, die vom Tragwerksplaner vorgenommen wurden, und diese wahlweise in den eigenen Datenbestand einpflegen oder zurückweisen.)
In die Betrachtungen zur Konzeption und Umsetzung von IFC-Schnittstellen dürfen Fragen der Anwender-Erwartungen und praktischen Handhabung nicht ausgespart bleiben, die über den Anspruch umfassenden Informationsgehalts der IFC-Anbindung hinausgehen. So muss dem Software-Anbieter ebenso wie dem Anwender klar sein, dass es um Bauwerks-
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Modellierung geht, nicht um bloßen Austausch von Zeichnungen oder Stücklisten. Das Konstruieren mittels CAD muss als Modellieren statt Zeichnen aufgefasst werden, ansonsten ist es schwer möglich, sinnvoll Information nach IFC zu übergeben.
Des weiteren ist wichtig, dass IFC-Schnittstellen nicht nur korrekt, sondern auch schnell arbeiten und möglichst einfach zu handhaben sind. IFC dienen der täglichen Kommunikation von Planern und Ausführenden mit Geschäftspartnern. Deshalb muss Software sie dazu in die Lage versetzen, IFC-Daten auch ohne Spezialkenntnisse zu erzeugen. Außerdem muss Software die Anwender dabei unterstützen, empfangene IFC-Modelle zügig (also interaktiv und intuitiv, nicht nach dem Prinzip von Versuch und Irrtum) zu übernehmen und weiter-zubearbeiten. Und nicht zuletzt müssen Toolboxen und Anwenderprogramme effizient implementiert sein, um dem Anwender unnötige Zwangspausen bei der täglichen Arbeit mit IFC zu ersparen. Allerdings muss auch erwartet werden, dass Anwender zeitgemäße Hardware und Softwaresysteme einsetzen, um effektiv mit Bauwerksmodellen arbeiten zu können, und Software-Anbieter sollten entsprechende Empfehlungen geben.
Aufbau des IFC-Modells
Die Notwendigkeit, abstrakte und konkrete Konzepte fachübergreifend abzubilden, wurde oben angesprochen, und mit GUID und Owner History wurden bereits zwei solcher Konzepte von IFC genannt. Es soll hier noch einmal vertieft werden, wie der innere Aufbau von IFC die fachübergreifende Arbeit unterstützt.
Das IFC-Informationsmodell ist in vier Ebenen gegliedert:
• Die Domänen-Ebene enthält Datenstrukturen für reine Fachinformationen, die nur für einen oder wenige Akteure in Bauprojekten von Belang sind. Dazu zählen beispielsweise die Typ- und Leistungs-Angaben für Elemente der Haustechnik, die idealisierten statischen Systeme der Tragwerksplanung, oder auch Bearbeitungs-Information für Holzbauteile. Die Domänen sind vollständig voneinander unabhängige Bereiche innerhalb der Domänenebene. Der Domänen-Ebene sind also spezifische konkrete Konzepte zugewiesen.
• Die Interoperabilitäts-Ebene enthält Datenstrukturen, die für die meisten Akteure und Austausch-Szenarien von Belang sind, beispielsweise Bauelemente wie Decken, Wände und Fenster. Aber auch einige allgemeine Elemente der Haustechnik sind hier zu finden, lediglich Zusatzinformation (welche beispielsweise für die Durchbruchsplanung nicht fachübergreifend von Belang ist) ist in der Domänen-Ebene angesiedelt. Der Inter-operabilitäts-Ebene sind also gemeinsame konkrete Konzepte zugewiesen.
• Die Kern-Ebene enthält im Unterschied dazu gemeinsame abstrakte Konzepte. Beispiele sind Klassen für „Produkte“, „Gruppen“, „Prozesse“, „Akteure“ und „Beziehungen“ (Zusammensetzungen, Zuweisungen, definierende Beziehungen und weitere). Derartige Klassen tauchen teilweise als Bindeglieder u.ä. in IFC-Modellen auf. Eine Reihe von Klassen der Kern-Ebene werden allerdings nie in IFC-Modellen instantiiert, sondern sie dienen nur als Elternklassen der Vererbung von Eigenschaften an Klassen der Inter-operabilitäts- und Domänen-Ebene. GUID und Owner History sind solche Eigenschaften, die über Vererbung an die Unterklassen in Kern-, Interoperabilitäts- und Domänen-Ebene weitergegeben werden.
• Die Ressourcen-Ebene enthält zahlreiche Datentypen und Klassen für Hilfsobjekte, z.B. Maßeinheiten, Geometrieelemente (Punkte, Kurven, Flächen, Körper usw.), physikalische Materialparameter u.a.m. Keine dieser Klassen ist durch Vererbung aus
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Klassen der anderen Ebenen abgeleitet, denn hier handelt es sich lediglich um ergänzende Datenstrukturen, die Eigenschaften von Objekten der anderen Ebenen repräsentieren, nicht aber für sich allein bedeutsam sind.
Abb. 5.9: Die vier Ebenen des IFC-Modells
Die Ebenenstruktur ist übrigens für den IFC-Anwender gar nicht und für den Implementierer nur zum Verständnis des Modells von Bedeutung. Die Ebenenstruktur manifestiert sich nicht in IFC-Dateien oder -Datenbanken. Jedoch gelingt es 1. durch die Gliederung in gemeinsame abstrakte, gemeinsame konkrete und spezifische konkrete Konzepte und 2. durch Abspalten von Eigenschaften in Ressourcenobjekte, fachübergreifende Interoperation zu ermöglichen und zugleich auch weitergehende Fachinformation transportieren zu können.
Teilmodelle
Innerhalb des Gesamtmodells lassen sich mehr oder weniger scharf Teilmodelle bzw. Teil-systeme abgrenzen. Die Teilsysteme stehen in wechselseitiger Beziehung. Solche Beziehungen werden in IFC immer mittels der oben erwähnten Beziehungsobjekte abge-bildet. Dies bietet unter anderem den Vorteil, einzelne Teilsysteme herauslösen und separat in Dateien übergeben zu können. Dabei müssen nicht die Objekte der in Beziehung stehenden Teilmodelle manipuliert werden, sondern es genügt, die vermittelnden Be-ziehungsobjekte aufzulösen. Beziehungsobjekte bilden aber auch Beziehungen innerhalb von Teilmodellen ab.
Nachfolgend werden einige wichtige Teilmodelle und wesentliche der darin vorkommenden Klassen aufgelistet. Diese Darstellung ist allerdings keineswegs vollständig, sondern soll nur einen Einblick in den möglichen Informationsumfang von IFC-Bauwerksmodellen geben. Bezüglich weitergehender Information zu einzelnen Klassen sei auf die von der IAI heraus-gegebene Dokumentation bzw. die Dokumentation der Holzbau-Erweiterungen der BTU Cottbus verwiesen.
Räumliche Gliederung (Spatial Structure)
Die räumliche Gliederung ist ein grundlegendes Teilmodell, das von mehreren weiteren Teilmodellen referenziert wird. Es beinhaltet eine Hierarchie von Grundstück(en), Gebäude(n), Geschossen und Räumen. Diese können noch Teilgrundstücke, Gebäudeteile, Teilgeschosse und Teilräume beinhalten.
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Tab. 5.1: Teilmodell räumliche Gliederung
wesentliche Klassen
IfcSite, IfcBuilding, IfcBuildingStorey, IfcSpace, IfcZone, property sets
interne Beziehungen
hierarchische Dekomposition, Zonierung, Definition
externe Beziehungen
räumlicher Einschluss, Raumabschluss, Zuordnung versorgender Systeme
CAD-Programme erwarten, dass Bauelemente über IfcRelContainedInSpatialStructure in die räumliche Bauwerks-Hierarchie eingeordnet sind, in der Regel in ein Geschoss. Die räumliche Gliederung ist dabei zunächst nur eine rein logische Information, keine geometrische. Jedoch spannen die Objekte IfcSite, IfcBuilding, IfcBuildingStorey lokale Koordinatensysteme auf, die gegenüber dem globalen kartesischen 3D-Koordinatensystem versetzt sein können. Bauelemente (Wände, Platten usw.) sind immer lokal in dasjenige Koordinatensystem zu platzieren, das zum entsprechenden räumlichen Element gehört.8
Das Raumbuch des Architekten baut auf der Spatial Structure auf, ist aber als domänenspezifische Information nicht integraler Bestandteil der Spatial Structure. Die räumliche Gliederung hat aber auch im Holzbau-CAD, in der Produktions- und Bauablaufplanung, im Facilities Management und vielen anderen Anwendungen Bedeutung.
Allgemeine (gemeinsame) Bauelemente
Dieses Teilmodell symbolisiert wesentliche Teile des Rohbaus bzw. ein Grobmodell der physischen Bauwerkselemente. Dazu gehören vor allem lastabtragende und raumab-schließende Elemente. Tab. 5.2: Teilmodell der gemeinsamen Bauelemente
wesentliche Klassen
IfcRoof, IfcSlab, IfcWall, IfcWallStandardCase, IfcColumn, IfcBeam, IfcOpeningElement, IfcStair, IfcStairFlight, IfcRamp, property sets, Materialien, Materialschichten
interne Beziehungen
Materialzuweisung, Element-Verbindungen, Schaffung von Öffnungen, Klassifikation, Definition
externe Beziehungen
räumlicher Einschluss, Raumabschluss, Zuordnung zu Produkten in anderen Teilmodellen
8 Darüber hinaus gibt es weitere Regeln zur lokal-relativen Platzierung. So sind beispielsweise Tür- und
Fensteröffnungen immer relativ zu demjenigen Bauelement zu platzieren, in welchem sie eine Öffnung schaffen. Bauteile einer Baugruppe sind immer relativ zum lokalen Koordinatensystem der Baugruppe zu platzieren.
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Die Vereinigungsmenge von räumlicher Struktur und den allgemeinen, interdisziplinär ver-wendeten Bauelementen nennt man auch „Koordinierungs-Modell“, da sich Koordinierungs-aufgaben von Planung und Bau vor allem auf diese Teilmodelle stützen.
Das Architektur-Modell
Das Architektur-Modell ist eine Übermenge von räumlicher Gliederung und allgemeinen Bauelementen. Es kommen zu den Klassen dieser Modelle noch IfcDoor, IfcWindow, IfcCovering u.ä. (welche manchmal auch als gemeinsame Bauelemente angesehen werden), IfcSpaceProgram, einige Beziehungsobjekte u.a. hinzu. Sie werden durch zahlreiche Klassen der Ressourcen-Ebene zur Beschreibung von Nutzungen, Mengen, Gestaltung, Präsentation usw. ergänzt. Solche Ressourcen werden teilweise mittels sogenannter Property Sets an die eigentlichen Bauelemente angefügt. Property Sets sind flexibel erweiterbare Container von Eigenschaften, die besonders geeignet sind, allgemeine Objekte um domänenspezifische Information zu erweitern. Sie kommen in allen Teilmodellen für unterschiedliche Zwecke vor.
Haustechnik-Systeme
Haustechnik-Systeme also elektrische Netzwerke, Heizung, Lüftung und sanitäre Systeme werden mittels zahlreicher Unterklassen von IfcDistributionElement, IfcDistributionElementType usw. modelliert. Wie auch in anderen Planungsdisziplinen erfüllt dieses Teilmodell nicht nur Informations-Anforderungen der bloßen Erstellung von Verlegeplänen, sondern kann beispielsweise auch der rechnerischen Simulation der Haustechnik-Systeme dienen. Tab. 5.3: Teilmodell Haustechnik
wesentliche Klassen
Untertypen von IfcDistributionElement(Type), IfcDistributionPort, IfcTransportElement(Type), IfcElementComponent(Type), IfcPerformanceHistory, property sets
interne Beziehungen
Element-Verbindungen, Dekomposition, Gruppierung, Zuweisung von Leistungsdaten, Klassifikation, Definition
externe Beziehungen
räumlicher Einschluss, Zuordnung zu versorgender Bereiche der räumlichen Struktur
Statische Berechnungsmodelle
Es existieren zwei Grundkonzepte für die Abbildung statische Berechnungsmodelle in IFC: Ausschließlicher Gebrauch idealisierter Statik-Elemente, oder gemischter Gebrauch von allgemeinen Bauelement-Klassen zusammen mit idealisierten Elementen aus der Statik-Domäne. Ein Balken kann also idealisiert als IfcStructuralMember (domänenspezifisch) oder als Darstellung eines physischen Objekts, IfcBeam (aus dem Teilmodell gemeinsamer Bauelemente) in einer IFC-Datei auftauchen.
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Ersteres ist der Weg, wie er üblicherweise in IFC beschritten und in der folgenden Tabelle wiedergegeben wird. Letztere Variante wird vor allem im Massivbau als Alternative angesehen. Dieser Weg ist allerdings nur bei einfachen Tragwerken gangbar, da sich das Modell physischer Bauteile in der Regel nicht 1:1 auf statische Systeme abbilden lässt. Es wird immer des Zutuns des Ingenieurs bedürfen, um Konstruktionen Tragsysteme zuzuordnen. Er soll allerdings in Zukunft durch Software mit Anbindung an Bauwerksmodelle wie IFC besser dabei unterstützt werden. Tab. 5.4: Teilmodell Statik
wesentliche Klassen
Untertypen von IfcStructural~Member, ~Connection, ~Action, ~Reaction, ~AnalysisModel, ~LoadGroup, ~ResultGroup, property sets, Materialien
interne Beziehungen
Material- und Profil-Zuweisung, Element-Verbindungen, Aufbringen von Einwirkungen, Gruppierung, Definition
externe Beziehungen
Zuordnung zu Produkten in anderen Teilmodellen
Konstruktionsmodell
Das Konstruktions- oder Detaillierungsmodell wird hier nur vom Standpunkt des Holzbaus besprochen. Identische oder ähnliche Konzepte werden auch für die Modellierung von Stahl- und Massivbauten angewandt.
Teilweise werden im Konstruktionsmodell Klassen des Teilmodells der allgemeinen Bau-elemente weiterverwendet (beispielsweise IfcWall für Wandfertigteile). Ansonsten stehen besondere Klassen für Baugruppen und Komponenten wie Binder, Balken, Holzwerkstoff-platten und Verbindungsmittel zur Verfügung. Tab. 5.5: Teilmodell Konstruktion
wesentliche Klassen
einzelne Bauteile: IfcMember(Type); Baugruppen: IfcElementAssembly, IfcSlab, IfcWall(StandardCase), IfcBuildingElementPart; Verbindungsmittel und Beschläge: Ifc(Mechanical)Fastener(Type), IfcDiscreteAccessory(Type); property sets, Materialien
interne Beziehungen
Material-Zuweisung, Verbindungen, hierarchische Dekomposition, Gruppierung, Klassifikation, Definition
externe Beziehungen
räumlicher Einschluss, Zuordnung zu Produkten in anderen Teilmodellen, Dekomposition von Elementen im Koordinierungsmodell
Alle Holzbauteile erhalten eine Typbezeichnung (wie Sparren, Pfette, Ständer usw.), sofern das erzeugende Konstruktionsprogramm in der Lage ist, diese Bauteilfunktionen zu
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erfassen. Weitere Daten unterhalb der Bauteil-Objekte sind natürlich ihr Material, Querschnitt, Schnittlänge, die genaue Geometrie mit zimmermannsmäßigen oder anderen Bearbeitungen usw.. Die Bauteil-Objekte kommen in aller Regel sowohl als IfcMember als auch IfcMemberType vor. IfcMember bedeutet dabei das im Bauwerk eingefügte Objekt; hier werden die 3-dimensionalen Einfügekoordinaten und der Koordinatenbezug angegeben (Element- oder Geschoss-Koordinaten). IfcMemberType beinhaltet alle anderen vorgenannten Eigenschaften. Für Gleichteile wird dann nur eine Instanz von IfcMemberType kombiniert mit der nötigen Anzahl der Instanzen von IfcMember abgelegt.
Im Holztafelbau und ähnlichen Bauweisen werden Wand-, Decken- und Dachelemente zunächst in Schichten aufgeteilt (IfcBuildingElementPart). Diese bestehen dann aus Objekten für Rippen, Beplankungen, Wärmedämmstoff usw.. Verbindungsmittel werden entweder in eine Schicht eingeordnet (z.B. Winkel für Sogverankerungen innerhalb der Rippen-Ebene) oder verbinden zwei Schichten miteinander (Nagel- oder Klammerreihen zur Befestigung der Beplankung auf den Rippen).
Fertigungsmodell
Ergänzt man das Konstruktionsmodell um technologische Information, so geht man zum (Vor-)Fertigungsmodell über. Eventuell werden auch Bauelemente aus dem Bauwerks-Kontext bzw. Bauprojekt-Kontext herausgelöst und in einen Produktionskontext gestellt. Es wird ab einer gewissen Betriebsgröße wirtschaftlich vorteilhaft sein, beispielsweise die Fertigung von Wandelementen aus unterschiedlichen Bauprojekten in gemeinsamen Fertigungsdurchläufen zu kombinieren. Die entsprechend nötige Neuordnung der Daten würde jedoch werksintern erfolgen und nicht an vor- und nachgelagerte Planungs- und Bauausführungsphasen weitergegeben. Der Bezug zwischen Objekten im ursprünglichen Bauprojektkontext und im optimierten Produktionskontext lässt sich über die GUIDs herstellen.
Weitere Systeme und Modelle
Weitere Systeme und Modelle sind zum Beispiel Bauablaufpläne, Kostenmodelle und Modelle im Facilities Management.
Das geometrische Modell
Form und Lage von Bauteilen werden in IFC mittels dreidimensionaler volumetrischer, teilweise parametrischer Geometrie repräsentiert. Volumetrisch bedeutet, dass tatsächliche Körper modelliert werden, nicht nur Flächen, aus denen die Körper schwer zu reproduzieren wären. Parametrisch bedeutet, dass wichtige Bauteilabmessungen direkt als Formparameter vorliegen (z.B. Querschnittsabmessungen).
Die Maßeinheit für Längen, und übrigens auch Einheiten für alle anderen Größen wie Flächen, Kräften oder Währung, können von IFC schreibenden Programmen frei gewählt werden. Alle in einer IFC-Datei verwendeten Einheiten werden zentral in der Datei als Eigenschaft des von der Datei beschriebenen Projektes abgelegt. Es können metrische und nichtmetrische Einheiten verwendet werden. Ebenso zentral in jeder IFC-Datei werden ein oder mehrere geometrische Kontexte vereinbart, die Container für die Gesamtheit der Geometrieobjekte darstellen. Ein Merkmal eines geometrischen Kontexts ist seine Präzision, also diejenige Entfernung zwischen zwei Punkten, innerhalb derer die Punkte als identisch anzusehen sind.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Der Großteil aller von IFC angebotenen geometrischen Konstrukte ist wieder ISO 10303 entlehnt. An dieser Stelle seien nur die wichtigsten Möglichkeiten genannt, Körper zu modellieren:
• Extrusionskörper bestehen aus einem Profil, das entlang einer Achse verzogen wird. Dies kann beispielsweise ein Rechteckprofil sein, das zu einem Balken ausgezogen wird, oder der Grundriss einer Wand, der geschosshoch extrudiert wird.
• Clippings bestehen aus einem Ursprungskörper und einem Halbraum (im einfachsten Fall einer Schnittebene), der davon abgezogen wird. So entstehen beispielsweise Gehrungen bei Balken oder Giebelwände.
• Constructive Solid Geometry (CSG) ist eine Verallgemeinerung von Clippings. Hiermit kann die Differenz, Schnittmenge oder Vereinigungsmenge zweier beliebige Körper gebildet werden.
• Boundary Representation (B-Rep), die Darstellung eines Körpers mittels seiner Hülle. Hier handelt es sich um ein hierarchisches Konstrukt aus Flächen, Kanten und Eckpunkten. In IFC werden nur B-Reps mit ebenen Flächen unterstützt.
Zusätzlich oder anstelle einer komplexen Geometrie kann auch eine Bounding Box im Modell abgelegt werden, die für vereinfachte Darstellungen oder zur Beschleunigung verschiedener Operationen herangezogen werden kann. Überhaupt kann ein und dasselbe Bauteil mehrere geometrische Repräsentationen bekommen, beispielsweise für unterschiedliche Detail-lierungsstufen. Neuerdings werden auch zweidimensionale Repräsentationen unterstützt, so dass zusätzlich zum 3D-Modell auch beliebige Schnittdarstellungen transportiert werden können. Dies wird allerdings vorerst nur für Grundrisse des Teilmodells Architektur verwendet.
Für die Modellierung von Holzbaukonstruktionen ist die Möglichkeit, mehrere Repräsenta-tionen eines Produkts vorzuhalten, aus anderen Gründen bedeutsam: Zum Einen können so auch besondere Informationen wie die Deckfaser-Richtung orthotroper Holzwerkstoffplatten oder die genaue Lage von Leimflächen von Brettschichtholz abgebildet werden. Zum Anderen ist es so möglich, interessierende Ausschnitte aus der Form eines Körpers gezielt als separate Körper oder Flächen anzusprechen. Dies wird vor allem genutzt, um gesägte, gefräste u.a. bearbeitete Partien zu kennzeichnen (Kerven, Zapfen, Hobelflächen u.a.m.). Mit diesen Bearbeitungen lassen sich dadurch auch nichtgeometrische technologische Informa-tionen verknüpfen, die in der numerisch gesteuerten Fertigung von Holzbaukomponenten erforderlich sind. Andererseits wurden diese Modell-Erweiterungen so gestaltet, dass jedes IFC-fähige Programm auch außerhalb des Holzbaus die Bauteilformen ohne Weiteres lesen kann.
Ausblick
Mit jetzt erhältlichen Konstruktions-Programmen im Holzbau, namentlich Bocad und Cadwork, ist bereits die Übernahme von Architekturdaten mittels IFC möglich. Somit können Entwurfsplanungen zügig weiterbearbeitet werden, nicht nur um die Werkplanung zu erstellen, sondern z.B. auch bereits als Grundlage der Angebotskalkulation. Die Arbeits-erleichterung gegenüber herkömmlichen CAD-Datenschnittstellen ergibt sich vor allem daraus, dass Semantik und volumetrische Information der Wände, Decken und Öffnungen bei der Übergabe als IFC erhalten bleiben.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Abb. 5.10: Das Musterhaus der TU München, per IFC in Cadwork 3D übernommen
Verschiedene Software-Hersteller planen, in nächster Zeit auch Szenarien wie die Rückgabe von Holzbau-Konstruktionsdaten in allgemeine Planungssoftware, die Koordinierung von CAD und statischer Berechnung, Abgleich der Holzbau-Konstruktion und Haustechnik-Planung und weitere Anwendungsfelder mittels IFC zu unterstützen. Auch im europäischen Raum, Nordamerika und Asien nehmen Aktivitäten zu, IFC außer in Architektur, Haustechnik und Facilities Management auch im Ingenieurbereich und der Bauausführung zu nutzen. In Deutschland und Skandinavien besteht auch Interesse daran, IFC bis hinein in die Fertigung von Holzbaukomponenten zu nutzen.
Mit zunehmender Auswahl an Software, die IFC unterstützt, wird den Anwendern schrittweise ermöglicht, den Informationsaustausch in Bauprojekten durchgängig mit einem fachübergreifenden Standard zu realisieren. Der Nutzen wird dabei offenbarer, je weniger Brüche im Informationsfluss durch noch nicht angebundene Software auftreten. Es sind deshalb die Anwender gefragt, bei Software-Anbietern die Unterstützung offener Standards wie IFC einzufordern. Für die Anwender, das heißt Planer und Bauausführende, ergeben sich daraus letztendlich geringere Kosten durch rationellere Kommunikation sowie geringeres Risiko von Fehlern infolge unzulänglichen Abgleichs von Projektdaten. Dies ist gerade für den Holzbau, Holz-Systembau und Fertighausbau ein Erfordernis angesichts weiter anhaltenden Kostendrucks bei stetig zunehmenden Anforderungen seitens der Bauherren.
Schrittweise Modernisierung des Bauordnungsrechts und technischer Regeln bietet Chancen für den Holzbau, neue Geschäftsfelder zu erschließen (mehrgeschossiges Bauen, Bauen im Bestand). Diese Chancen können nur bei intensiverer Kommunikation der im Holzbau tätigen Planer und Unternehmer mit Architekten, Fachingenieuren und Facilities Managern wahrgenommen werden.
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Dank
Die Autoren bedanken sich beim Geldgeber und Projektträger, die das Vorhaben „Durchgängiger Datentransfer im Holzbau“ möglich gemacht haben. Den Partnern aus den Teilvorhaben 1 und 2 sowie den in das Teilvorhaben 3 eingebundenen Firmen Bocad Holz GmbH, Cadwork Informatik GmbH, Friedrich und Lochner GmbH, Nemetschek AG und TLConsult gebührt Dank für die eingebrachte Sachkenntnis und Engagement bei der Umsetzung der Ergebnisse. Der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung und der Industrieallianz für Interoperabilität sei für die Vernetzung mit internationalen Industrie- und Forschungspartnern und den Wissenstransfer an Industrie und Anwender gedankt.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
6. Integration des Holzbaus
FKZ: 0330425 – TV 49
Dipl.-Ing. (FH) Martin Fischer Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V., München
Einführung
Um die Ziele des Förderschwerpunkts „Integrierter Umweltschutz im Bereich der Holz-wirtschaft“ und des Themenschwerpunkts „Wege zur wirtschaftlichen Herstellung von Häusern“ zu erreichen, müssen die Vorhabenskoordination und der Transfer gut organisiert werden. Die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung wurde mit der Durchführung des Dachvorhabens TV 4 (siehe auch Abb.1.1) beauftragt. Sie bietet durch Ihre thematischen Ausschüsse und ihre Vernetzung mit Wirtschafts-, Forschungs-, und Marketing-organisationen die Kompetenz das Gesamtprojekt zum Erfolg zu führen und für eine praxisgerechte Umsetzung der Ergebnisse zu sorgen.
Hinsichtlich der Zusammenarbeit im Verbundvorhaben wurde vereinbart, dass in den Teilvorhaben für den Arbeitsfortschritt, notwendige Arbeitsgruppentreffen, Erstellung von Zwischen und Schlussberichten, e.t.c. die Partner des jeweiligen Vorhabens selbst verantwortlich sind.
Nur die übergreifenden und koordinierenden Tätigkeiten sollten vom Teilvorhaben 4 (Integrationsvorhaben) übernommen werden.
Der zeitnahe und breitangelegte Ergebnistransfer war ein wesentlicher Bestandteil des Vorhabens, der in Abstimmung mit den Inhalten des Vorhabens „Wissens- und Technologietransfer in Kombination mit den Aufgaben der Holzforschung im 6ten EU-Rahmenprogramm unter deutscher Federführung“10 im Rahmen des BMBF-Förderschwerpunktes „Integrierter Umweltschutz im Bereich der Holzwirtschaft“ durchgeführt wurde.
Beschreibung der Schnittstellen zwischen den Teilvorhaben
Schnittstellen zwischen Teilvorhaben 1 und 2
Im weiteren Verlauf des Verbundes wurde vom Teilvorhaben 2 auf Basis der erstellten Standard- bzw. Mustertafeln die Multifunktionsanlage entwickelt. Die Standardtafeln wurden unter Berücksichtigung der Schnellverbindertechnik (TV 1) erstellt und kommen als Referenzbauteil in der Simulationsumgebung zum Einsatz. Die sich aus der Detailplanung der Anlagentechnik ergebenden Änderungen an den Konstruktionsdetails und der Verbindertechnik flossen an das Teilvorhaben 1 zurück. Diese Änderungen wurden vom
9 Das diesem Bericht zugrundeliegende Teilvorhaben 4 „Integration des Holzbaus“ wurde mit Mitteln des
Bundesministeriums für Bildung, und Forschung unter dem Förderkennzeichen 0330424 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor. Die am Vorhaben beteiligten Wirtschaftspartner sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
10 Ebenfalls Förderung durch das BMBF unter dem Förderkennzeichen 0330079; Projektleitung Dipl.-Ing. (FH) Martin Fischer; Koordination 1. Teil (1.2.2001 bis 28.2.2002): Dipl.-Ing. (FH) Stefan Stoll, 2. Teil (ab 1.4.2002 – 31.5.2005) Dipl.-Ing. (FH) Arne Bretschneider (bis Mitte 2004), Mitte 2004 bis 31.5.2005: Dipl.-Ing. (FH) Martin Fischer
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Teilvorhaben 1 in die weitere Entwicklung des Modulbausystems sowie der Subsysteme aufgenommen.
Als im Teilvorhaben 2 der virtuelle Aufbau der modularen Fertigungszelle abgeschlossen war, wurden in Zusammenarbeit mit dem Teilvorhaben 1 neue Handhabungskinematiken entwickelt. Es konnten hier neue Greifersysteme zum positionieren und befestigen des Schnellverbinders entwickelt werden, die Rahmen der Messeauftritte im Jahr 2005 präsentiert werden konnten.
Die TU München schuf die planerischen und konzeptionellen Voraussetzungen, die für die Durchsetzung eines höheren Automatisierungsgrades in der Holzbaubranche sowohl im Werk als auch auf der Baustelle notwendig sind. Gemeinsam mit dem IWF wurden dafür neue Produktionsmethoden und Handhabungstechniken entwickelt.
Ein Geometriedatensatz im IFC-Format, der von der BTU Cottbus aus den Daten der TU München erstellt wurde, enthält die vollständige dreidimensionale Geometriebeschreibung der Teile des Gebäudes in Holztafelbauart, die dann im virtuellen Fertigungsprozess des IWF Braunschweig bearbeitet und dann zu Wand-, Decken- oder Dachtafeln zusammen-gefügt wurden.
Mit dieser Durchgängigkeit bei den Projektpartnern entstand die gewünschte Kette der durchgängigen Planung von der Fertigung bis zur Montage auf der „Baustelle“, wodurch zukünftig eine noch wesentlich wirtschaftlichere Herstellung von Holzhäusern im Gesamt-prozess ermöglicht wird.
Schnittstellen zwischen Teilvorhaben 1 und 3
Die durch das Teilvorhaben 1 zu erstellende Detailplanung für die Bereiche Sanitär-, Elektro- und Heiztechnik und die hieraus entwickelten Subsysteme sind in die Gestaltung des Produktdatenmodells eingeflossen. Innerhalb des Produktdatenmodells werden bauteil- und bauwerksbezogene Anforderungen festgehalten, innerhalb der Fachplanung konkretisiert und ohne Informationsbrüche in die Fertigungsplanung übernommen. Um die Abstraktions-ebene des Produktdatenmodells festlegen zu können, bedurfte es der genauen Kenntnis des zu beschreibenden Bauteils. Hierzu wurden innerhalb des Teilvorhaben 3 die folgenden Teilmodelle entwickelt:
• Physisches Bauwerksmodell
• Architekturmodell
• Tragwerksmodell
• Modell des technischen Ausbaus
• Kostenmodell
• Detaillierungs- und Produktionsmodell
Änderungen die sich im Teilvorhaben 1 durch die weitere Bearbeitung bzw. durch die Zusammenarbeit der Teilvorhaben 1 und 2 ergeben haben, sind auch in die Arbeit des Teilvorhabens 3 eingeflossen. Diese Änderungen hatten im wesentlichen Auswirkungen auf das Architektur- und Tragwerksmodell sowie auf das Modell des technischen Ausbaus.
Außerdem wurden Möglichkeiten der Verzahnung der Gewerke und die Auswirkung auf Gebäudeentwurf und Abläufe in Fertigung und Errichtung untersucht. Daraus erwuchsen Anforderungen an das Datenmodell, insbesondere bezüglich verknüpfter Daten der
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Konstruktion und des technischen Ausbaus. TU München hat außerdem Bauwerksdaten für Tests des Datenmodells zur Verfügung gestellt.
Schnittstellen zwischen Teilvorhaben 2 und 3
Die Schnittstellen für die beiden Vorhaben ergaben sich im wesentlichen durch die Beschrei-bung des Detaillierungs- und Produktionsmodells. Innerhalb diese Modells wurden vom Teilvorhaben 2 Arbeitsschritte, Maschine, Maschinensteuerungen, Werkzeuge und ihre Aufgaben für das Produktdatenmodell beschrieben. Im weiteren Vorhabensverlauf wurden nach der Festlegung der Maschinen und deren Steuerung im Teilvorhaben 2 deren Daten in das Produktdatenmodell eingearbeitet.
Die Simulation der Holzhaus-Vorfertigung und Optimierung der Produktion mittels ange-passten Automatisierungsgrades, multifunktionaler Fertigungsstationen u.a. Maßnahmen in fertigenden Betrieben wurden vom Teilvorhaben 2 im Detail untersucht. Es wurden detail-lierte Anforderungen ausgearbeitet, welche Information im Datenmodell enthalten sein muss, um als Eingang in die Fertigungssimulation oder auch realer Produktionssteuerungen zu dienen. In der Schlussphase des Projekts konnten mit in IFC vorliegenden Gebäudedaten des Teilvorhabens 1 Elementdaten und Stücklisten für die Fertigungssimulation des Teilvorhabens 2 gewonnen werden.
Weitere Kooperationen und Vernetzung auch außerhalb des Verbundvorhabens:
Die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung (Teilvorhaben 4) koordinierte die Teilvorhaben und stellte durch umfangreiche Öffentlichkeitsarbeit den Transfer der Ergebnisse an die unterschiedlichen Zielgruppen sicher (Holzhaushersteller, Zimmereien, Planer, Software-anbieter u.a.m.). Ein wesentlicher Faktor war hierbei die Vernetzung mit Fachkreisen und Verbänden. Dies war insbesondere für den Erfolg der Standardisierungsbemühungen im Teilvorhaben 3 von ausschlaggebender Bedeutung.
Im Rahmen der europäischen Vernetzungsaktivität der DGfH wurde das Datenmodell DtH bereits vor Jahren außerhalb Deutschlands, vor allem in Skandinavien, in Fachkreisen vorgestellt. Es bestand frühzeitig wechselseitiges Interesse an Harmonisierung von DtH mit IFC.
Den deutschen Industriepartnern im Vorhaben „Produktmodell DtH — Durchgängiger Daten-transfer zur Minimierung des Ressourcenverbrauchs“ kam diese offene internationale Zusammenarbeit in mehrerer Hinsicht zugute: Weltweite Akzeptanz der hier definierten Schnittstellen und somit Interoperabilität der deutschen Softwareprodukte auf ihren längst weltweiten Absatzmärkten konnten sichergestellt werden. Die deutschen Partner konnten auf ihre Erfahrung aus der bisherigen Entwicklung des Produktmodells DtH nun auch im IFC-Umfeld aufbauen und verfügen damit über einen entscheidenden Wissensvorsprung.
Am Beispiel (siehe auch Abb. 6.1 – 6.8) wird die konkrete Zusammenarbeit aller drei Teilvorhaben aufgezeigt:
Auf der Messe BAU in München wurden aus den Planungsdaten des dargestellten br+i-Musterhauses (TV 1) Fertigungslisten generiert und in die Materialfluss-Simulation der TU Braunschweig (TV 2, siehe Abb.6.7, 6.8 und auch 13) eingespeist, womit dann zeit- bzw. kostenoptimale Fertigungsabläufe spezifisch für Gegebenheiten in tatsächlichen Holzbauunternehmen ermittelt wurden (z.B. anhand der konkreten Anlagensituation bei Firma Baukmeier). Die gleichen Daten wurden genutzt, um das in TV 3 entwickelte Produktmodell zu verifizieren und praxisgerecht anzupassen. An der richtigen visuellen
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Darstellung nach dem Datenaustausch, und mittels des IFC-Viewers, kann der Erfolg des Modellierungsprozesses und die korrekte Datenhaltung überprüft werden.
Diese ganzheitliche Ergebnisgenerierung war nur durch den Ansatz eines Verbund-vorhabens möglich. Wenn lediglich drei Teilvorhaben, ohne Dachprojekt und ohne Abstimmung untereinander, gefördert worden wären, hätten die unter dem großen Einsatz aller Projektbeteiligten erarbeiteten Synergien nicht erzielt werden können!
Abb. 6.1: Grundriss des br+i-Hauses im CAD-
Programm ArchiCAD Abb. 6.2: 3-D – „Drahtmodell“ in ArchiCAD
Abb. 6.3: 3-D – Ansicht inkl. Keller mit gerenderten Flächen in ArchiCAD
Abb. 6.4: IFC-Viewer zur Überprüfung der Daten auch ohne Anwendungssoftware.
Abb. 6.5: Weiterbearbeitung des Grundrisses im
CAD-Programm Nemetschek Allplan Abb. 6.6: 3-D-Ansicht des br+i-Hauses mit alternativer
Oberflächenbelegung in Allplan
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Abb. 6.7: Datentransfer vom CAD-System in die
Simulationsumgebung Abb. 6.8: Planung des Produktionsprozesses mit Hilfe
der Materialfluss-Simulation
Im jeweils linken Fenster des Bildschirmausschnittes der Abbildungen 6.1 – 6.4 sowie in 6.7 und 6.8, ist anhand der Auflistung der einzelnen Bauteile zu erkennen, dass es sich um Objekte und nicht nur um Strichzeichnungen handelt. Alle für den Planungs- und Abbundprozess notwendigen Daten werden bei der Datenübergabe mit übertragen. Das bedeutet für Planer, Holzbaubetriebe und letztendlich auch den Kunden, eine größere Planungssicherheit, einen effektiveren Arbeitsablauf, einen wesentlich geringeren Zeitbedarf von der Idee für ein Bauwerk bis zum Bezug und letztendlich eine deutliche Kostenreduzierung.
Ein weiterer Effekt ist, durch die durchgängige, optimierte dreidimensionale Planung (3-D) die Kollisionsprüfung. Dies hat weitreichende positive Auswirkungen:
• Potentielle Baufehler fallen schon im Zuge der Planung auf,
• die Zufriedenheit der Bauherren steigt,
• Bauverzögerungen durch Nachbesserungsarbeiten entfallen,
• Nichtkalkulierte Kosten können minimiert werden.
Gegenüberstellung von Projektzielen und –ergebnissen des Gesamtvorhabens
Wie die Ausführungen in den vorhergehenden Kapiteln und die Schlussberichte der Teil-vorhaben belegen, wurden alle wesentlichen Ziele der Teilvorhaben erreicht. Durch die enge Abstimmung der Arbeitsschritte aufeinander und die Berücksichtigung der Erfordernisse der jeweils anderen Teilvorhaben sowie dem intensiven Wissens- und Technologietransfer, konnte das Verbundvorhaben einen wesentlichen Beitrag zur Sicherung der nationalen und internationalen Wettbewerbsfähigkeit bundesdeutscher Holzhaushersteller leisten.
Durch die intensive Einbindung von führenden Firmen aus der Holzbau- und Zulieferbranche in die Projekte und die Nutzung des DGfH-Netzwerks zur Informationsverbreitung stehen die Chancen gut, dass sich die erarbeiteten Entwicklungen, Lösungen und Werkzeuge durch-setzten werden.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Die Folge sind:
• Vorkonfektionierte, aber individuell gestaltbare Lösungen. Die Gewerke können optimal in den Produktionsprozess integriert werden. Ein koordinierungsaufwändiger und fehlerträchtiger Einsatz von Fremdgewerken in der Rohbauphase wird unnötig.
Abb. 6.9: Lösung aus TV1, Installationskern mit angedockten Funktionsmodulen; gelungene Gewerkeintegration
Abb. 6.10: Planung der Leitungswege, TV 1
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• Effiziente Produktion durch Nutzung neuer Tools zur virtuellen Fabrikplanung
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1 2 3Auftragsvariante
> Gebäudemodell 3
> Fertigungsablaufder Fa. Baukmeier
> Auftragstrennungnach Außen-/Innenwand
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Auftragsvariante
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Abb. 6.11: Effiziente Produktion durch Nutzung neuer Tools zur virtuellen Fabrikplanung aus TV 2.
Hier am Beispiel br+i-Hauses aus TV 1.
• Minimierte Planungsredundanzen da Informationsbrüche vermieden werden können
Abb. 6.12: Beispiel einer mittelständischen Firma, die bereits die neue Version des IFC-Produktmodells nutzt, in
die das in TV 3 entwickelte Holzbau-Modul integriert ist.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Die Nutzung der im Projekt geschaffenen Lösungen haben eine nachhaltige Effektivitäts-steigerung bei gleichzeitiger Verbesserung der erbrachten Leistungen bei der Erstellung von Holzhäusern zur Folge.
Dadurch eröffnet sich damit die Möglichkeit zur Marktausweitung, weil die Kunden-erwartungen hinsichtlich Qualität und Individualität nun ohne nennenswerten Mehraufwand erfüllt werden können.
Das ganzheitliche Konzept konnte, wie im Antrag angestrebt, in dem Verbundvorhaben umgesetzt werden.
Es ist davon auszugehen, dass die Resultate erheblichen Signalcharakter für Wege zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit mittelständischer in Deutschland holzbe- und -verarbeitender Unternehmen haben werden.
Insgesamt wird der Bau von Holzhäusern damit
• zu einem rentablen, expandierenden Wirtschaftszweig,
• ein attraktives, modernes Berufsbild,
• zum Umsetzungsträger gesellschaftlicher Bedürfnisse und Ziele.
Wissens- und Technologietransfer
Während des gesamten Projektverlaufes fand ein begleitender Wissens- und Technologie-transfer statt. Insbesondere das Jahr 2005 stand im Zeichen intensiver Transfermaßnahmen, die in der Folge kurz dargestellt sind. Per Telefon und Mail wurden zwischen den Treffen die notwendigen Informationen ausgetauscht, damit die nun in rascher Folge zu organisierenden Messepräsentationen und Vortragsveranstaltungen ohne Pannen durchgeführt werden konnten. Es sei allen Beteiligten für den Einsatz und die gute Arbeit gedankt.
Ein wichtiges Ziel der Messepräsentationen und Vortragsveranstaltungen war, mit den Projektteilnehmern aus der Wirtschaft und mit Externen, über die Grenzen der einzelnen Teilvorhaben hinweg, die erreichten Ergebnisse zu diskutieren und das Potential der Entwicklungen abzuprüfen.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Messekonzept
„Rationalisierungspotential im Holzbau“ für die
BAU, München, 17.-22. Januar 2005 und die
LIGNA+, Hannover, 2. – 6. Mai 2005:
Elemente und Inhalte für den Standteil DGfH und Projektpartner:
• 1:1 Wandmodell an dem verschiedene Subsysteme angedockt werden können (Heizkesselanlage, Waschbecken, LCD-Bildschirm, BUS-System,...). Es werden realisiert:
o Einhängen eines Waschbeckens, in dem dann Pressluft die Wassernutzung symbolisiert. Hierfür wird an dieser Stelle ein Zuluftanschluss vorgesehen.
o Heizkessel
o Einhängen eines Flachbildschirmes, auf dem dann eine kurze Präsentation über das Projekt läuft. Hierzu ist die Verlegung von Strom (220 V) notwendig Es wird ein Spezialdisplay mit integriertem Datenspeicher /Prozessor der Firma friendlyway verwendet.
• Ein KUKA-Robotter, mit Schutzkäfig aus Plexiglas, wird auf einem Sockel ausgestellt. Er wird dann so programmiert, dass er definierte Bewegungen ausführt und den Einbau verschiedener Schnellverbinder in diversen Positionen simuliert. Für die Funktionsfähigkeit sind Stromanschluss und Druckluftversorgung notwendig. Ferner muss der Steuerschrank untergebracht werden.
• Computeranimation der virtuellen Fertigungszelle (Flug durch die Produktion) mit der Darstellung von verschiedenen neu entwickelten Handhabungstechniken. Durch die Darstellung div. Varianten wird demonstriert, wie sich Änderungen im System auf die Produktion auswirken. (1 PC)
• Demonstration des Datentransfers unter Nutzung des internationalen branchenübergreifenden Produktdatenmodells IFC/DTH von der ersten CAD-Zeichnung bis zur Ausgabe der Produktionsdaten (Mehrere Programme auf 2 PC´s).
• Projektgesamtinformation und Informationen zu den Partnern, Infobroschüren, werden von der DGfH organisiert.
Es werden für die Ankündigung der Presseverteiler, das idw, die Messe selbst und das Internet ( www.holz-und-umwelt.de, www.infoholz.de, www.dgfh.de ) und die Internetauftritte der Projektpartner genutzt.
Vor Ort wird außerdem zur Verfügung gestellt:
o Eine selbststehende Infotafel mit Beleuchtung über das Gesamtvorhaben, aus der die Inhalte und Partner der Teilvorhaben deutlich werden.
o Ein Beamer, der wahlweise die Gesamtpräsentation oder eine Präsentation der Teilvorhaben auf den Thekenhintergrund projiziert.
o Eine Broschüre mit Grundinformationen zum Verbundvorhaben.
o Die Broschüre „Nachhaltiges Wirtschaften“ des BMBF
o Flyer aus dem Transfervorhaben des BMBF zum Förderprogramm „Integrierter Umweltschutz im Bereich der Holzwirtschaft“, im Komplett-Set und einzeln.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
BAU 2005, 17. bis 22. Januar, München
Unter dem Titel „Rationalisierungspotential im Holzbau“ präsentierte die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundvorhabens "Innovativer Holzsystembau" die Projektergebnisse, die helfen sollen, das Rationalisierungs-potential im Holzbau auszuschöpfen.
Es konnten neue Werkzeuge zur Planung- und Fertigungsoptimierung sowie neue Entwick-lungen in der Schnellverbindertechnologie (UniCon, Fa. Fischer) und Gewerkeintegration in 1:1 Modellen und Computeranimationen gezeigt werden.
Darüber hinaus wurde die Funktionsfähigkeit der neuen IFC Erweiterungen für den Holzbau in der praktischen Anwendung demonstriert. Datenübergaben zwischen unterschiedlicher Software (z.B. von CAD- zum Holzbaukonstruktionsprogramm) ohne Informationsverluste und Schnittstellenprobleme sind nun keine Zukunftsmusik mehr.
Am Mittwoch dem 19.1.2005 fand die Vortragsveranstaltung "Rationalisierungspotential im Holzbau - Planung, Fertigung, Auf- und Ausbau" inkl. Vorführungen zum Thema statt, die von ca. 100 Teilnehmern interessiert verfolgt wurde. Das Programm wurde durch den Vortrag von Michael Müller von „Architektur Contor Müller Schlüter“ ergänzt, in dem der Referent unter anderem aufzeigte, wie beim Bau der „Neuen Burse“ in Wuppertal großformatige Holztafelelemente in die Gebäudehülle integriert wurden.
Zur Kurzinformation über das Verbundvorhaben wurde eine 6-seitige Broschüre und ein selbst stehendes Poster mit Beleuchtung erstellt, die auch auf den kommenden Veranstaltungen Verwendung fanden.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Abb. 6.13: Einführende Worte zur Vortragsveranstaltung am 19.1.2005 vom Präsidenten der DGfH, Herrn Moser
Abb. 6.14: Ein Blick ins Auditorium mit Repräsentanten des BMBF und PTJ und Projektpartnern im Vordergrund
Abb. 6.15: Reges Interesse an den ausgestellten Themen Abb. 6.16: Robotter positioniert Schnellverbinder in
Holzriegeln
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Abb. 6.17: Experten in der Diskussion zum neuen IFC-Produktmodell, Modul Holzbau
Abb. 6.18: Modul Gewerkeintegration
Abb. 6.19: Fachberatung an der Informationstheke Abb. 6.20: Spaß darf auch mal sein.
Holz Innovativ 2005, 6. – 7. April 2005
Die „Holz Innovativ“ hat sich mit einer Rekordresonanz von 750 Teilnehmern aus 20 Ländern, davon 54 Aussteller, als internationaler Treffpunkt der Holz-und Forstwirtschaft etabliert.
Das Symposium wurde zum vierten Mal in Zusammenarbeit mit der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung, der Fachhochschule Rosenheim, der Holzforschung der TU München sowie der Hochschule für Architektur, Bau und Holz HSB Biel konzipiert und mit Unter-stützung des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie am 6. und 7. April 2005 in der Holzstadt Rosenheim durchgeführt.
Als Mitveranstalter der Holz Innovativ konnte die DGfH im Zuge der Programmgestaltung 2 Praxisvorträge über Ergebnisse des Lehrstuhls „Baurealisierung und Bauinformatik“ an der TU München in das Vortragsprogramm einbinden:
• „Flexibles Bauen durch modulare Ausbauwände“, Eva Demmelhuber, GF Baierl & Demmelhuber, Töging;
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
• „Plug and Play-Anwendungen im Fertigbau, Harald Schädler, Product Management,
fischerwerke, Waldachtal;
Abb. 6.21: Auditorium der Holz Innovativ 2005 Abb. 6.22: Fachgespräch in der Ausstellung
In der begleitenden Fachausstellung wurden die Informationsmaterialen zu allen vom BMBF geförderten Vorhaben zur Verfügung gestellt. Als 1:1 Modell wurde das Wandmodul mit Schnellverbindern gezeigt.
Ein Videorückblick zur Veranstaltung kann im Internet beim Kongress-TV von Bayern Innovativ unter http://www.auto-manager.de/BayernInnovativ/HolzInnovativ2005/start.htm genutzt werden.
Eine zeitgemäße Variante des Tagungsbandes für all diejenigen, die nicht dabei sein konnten, oder den ein oder anderen Vortrag nochmals hören wollen.
Ligna+ 2005, 02. - 06. Mai, Hannover
Im Rahmen der LIGNA+ 2005 präsentierte die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) mit ihren Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft auf dem über 4000 m2 (!) großen Gemeinschaftsstand des Verband Niedersächsischer Zimmermeister (VNZ) im Standteil „Holzforschung“ aktuelle Projektergebnisse zu diversen Themen.
Durch die Entwicklung und den gezielten Einsatz neuer Technologien und Planungs-instrumente wurde in dem vom BMBF geförderten Verbundprojekt „Innovativer Holz-systembau“ aufgezeigt, wie die Wettbewerbsfähigkeit der Holzbaubranche erhöht werden kann. Das Rationalisierungspotential das in dieser Bauweise liegt, soll und kann zukünftig in der gesamten Wertschöpfungskette zu einem wesentlich größeren Teil ausgeschöpft werden, als dies bislang der Fall ist, wenn die Erfahrungen und Ergebnisse in der Praxis genutzt werden.
Im von der DGfH federführend organisierten LIGNA+ Holzbau-Forum 2005 wurden am 3. Mai im Convention Center in drei Vortragsblöcken Innovationen präsentiert und Zukunfts-märkte für Holzbaupraktiker und Planer aufgezeigt. Herr Heinrich Cordes eröffnete in seiner Funktion als Präsident des Verbandes der Niedersächsischen Zimmermeister und des BDZ die Veranstaltung mit den Forderungen, die Ertragslage und Effizienz des Holzbaus weiter zu verbessern, sich ausländischen Märkten zuzuwenden und im Inland die Gewerbebauten in Holz sowie das Bauen im Bestand verstärkt zu nutzen.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Die Ergebnisse des Verbundvorhabens „Innovativer Holzsystembau“, wurden in Block 1 unter dem Motto „Rationalisierungspotential im Holzbau“ vorgestellt. In den Tagungs-unterlagen war eine CD integriert, auf der die Präsentationen der Vortragenden und zusätzliche Dateien enthalten waren.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Das komplette Programm:
NEUE KONZEPTE FÜR NEUE MÄRKTE
Di. 3. Mai 2005, 12:00 – 16:00 Uhr
12:30 Grußworte Dipl.-Ing. Heinrich Cordes Vorsitzender des VNZ und BDZ
Block 1: Rationalisierungspotential im Holzbau Moderation: Dipl.-Ing. (FH) Martin Fischer, DGfH, München
12:40 Fertigungsgerechte Planung und Gewerkeintegration und Erfahrungsbericht vom Einsatz des Schnellverbindersystems
Dipl.-Ing. Architekt Jana Timmermans TU München
13:00 Praxisbericht zur Qualitätssteigerung durch automatisierte Produktionsprozesse im modernen Holzbau
Stefanie Baukmeier Otto Baukmeier Holzbau, Hameln
13:10 Automatisierte und fertigungsoptimierte Produktionsprozesse
Dipl.-Ing. Christian Armbecht TU Braunschweig
13:25 Durchgängiger Datentransfer IFC-Standard für den Holzbau
Dipl.-Ing. Stefan Richter BTU Cottbus
Block 2: Marktpotential: Gewerbebau mit Holz Moderation: Dipl.-Ing. (FH) Klaus Fritzen, Verlagsleiter Bruderverlag, Karlsruhe
13:45 Marktchancen im Gewerbebau: Kostengünstig besser mit Holz
Dipl.-Ing. (FH) Klaus Fritzen, Verlagsleiter Bruderverlag, Karlsruhe
14:05 Mit Holz wettbewerbsfähig: Beispiele aus der Praxis
Dipl.-Ing. (FH) Jörg Vahrenhorst, Stephan Holzleimbau, Gaildorf
14:25 Standard-Holzkonstruktionen für öffentlichen und gewerblichen Bau
Dr.-Ing. Klaus Hemmer Büro für Planung, Statik und Produktionsabwicklung, Queidersbach
14:45 Kaffeepause
Block 3: Holzelemente zur Sanierung und Optimierung im Bestand Moderation: Dipl.-Ing. (FH) Architekt Ludger Dederich Holzabsatzfonds, Bonn
15:15 Bauen mit Holz im Bestand- Gebäudeaufstockung, Anbauten, optimierte Nutzung
Dipl.-Ing. Leuters Archplan, Münster
15:35 Vorgefertigte Fassaden in Holz – ein Zukunftsmarkt
Dipl-Ing. (FH) Josef Egle Institut für Angewandte Technologien im Holzbau e.V., Übersee
15:55 Schlussworte
16:00 Ende der Vortragsveranstaltung
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Abb. 6.23: KUKA-Robotter bei der Arbeit, (Forschungs-partner: TU Braunschweig, Institute für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik sowie für Baukonstruktion und Holzbau)
Abb. 6.24: Das Team von der TU München, Lehrstuhl für Baurealisierung + Bauinformatik
Abb. 6.25: Stefanie Baukmeier mit einem Praxisbericht zur Qualitätssteigerung durch automatisierte Produktionsprozesse im modernen Holzbau
Abb. 6.26: Christian Armbecht, TU Braunschweig berichtet über den wissenschaftlichen Hintergrund und die Entwicklung im Projekt
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Weitere Transferaktivitäten zum Verbundprojekt im Zusammenhang mit dem Transfervorhaben Wissens- und Technologietransfer zum Förderschwerpunkt „Integrierter Umweltschutz im Bereich der Holzwirtschaft“, Förderkennziffer: 0330079
Faltblatt (Flyer)
Im Rahmen des Wissens- und Technologietransfer wurden für die vom BMBF im Förderschwerpunkt geförderten Teilvorhaben Faltblätter erstellt.
Der Inhalt und die Bilder für den Flyer „Innovativer Holzsystembau“ wurde unter der Koordination der DGfH in Zusammenarbeit mit den Partnern erarbeitet. Ziel war, den wissenschaftlichen Inhalt des Verbundvorhabens leicht verständlich zu vermitteln.
Neben den Faltblättern, die der DGfH und den Projektleitern zukamen, wurde der Flyer an 24 interessenvertretende Vereine und Verbände verteilt.
Die Faltblätter wurden außerdem auf allen Messen und Ausstellungen auf denen die DGfH vertreten war, unabhängig von den dort ausgestellten Themen, ausgelegt und wurden vom Messepublikum mit großem Interesse aufgenommen. Folgende Messen wurden mit dem Faltblatt aus dem hier besprochen Vorhaben belegt:
• deubau 2004
• bautec 2004
• Holzbau und Ausbau 2004
• BAU 2005
• Holz Innovativ 2005
• Ligna+ 2005
Die Faltblätter liegen in der DGfH-Geschäftsstelle ständig aus, so dass aufgrund der häufigen Besuche von Architekten und Ingenieuren sowie der Sitzungen, an denen in erster Linie Fachleute aus Wirtschaft, Behörden und Forschung teilnehmen, die Zielgruppe (auch nach Ende der Förderung) zusätzlich erreicht wird.
Bei Anfragen zu den behandelten Themen werden die Faltblätter ebenfalls häufig zur Erstinformation und Kontaktvermittlung genutzt.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Abb. 6.27a-c: Faltblatt zum Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Nutzung der Homepage des Schwerpunkts
Um den Zugang zu Projektinformationen für alle Interessierten zu erleichtern und auf Messe-präsentationen und Tagungsveranstaltungen hinzuweisen, wurde das Internetportal des BMBF-Förderschwerpunktes www.holz-und-umwelt.de genutzt.
Abb. 6.28: Information zum Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“ und aktuelle Folgeaktivitäten
im Internetportal www.holz-und-umwelt.de
Zur Unterstützung der Pressearbeit dient das Internetportal als Informationsbrücke zu den Verlagen und Redaktionen. Unter der Rubrik „Presse“ standen und stehen weiterhin aktuelle Pressemeldungen für die elektronische Datenübernahme durch Redaktionen zur Verfügung. Als Ergänzung wurden in der Rubrik „Veranstaltungen“ jeweils aktuelle Ankündigungen und Nachbesprechung inkl. Photomaterial und Videos eingestellt.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Pressearbeit für das Verbundvorhaben
Der vorhabensspezifische Presseverteiler beinhaltet nationale wie internationale Verlage, Redaktionen und Agenturen aus den Bereichen „Fachmedien“, „Publikumspresse Bau und Allgemein“ sowie bundesweite Tageszeitungen.
Zum Verbundvorhaben wurden folgende Presseveröffentlichungen erarbeitet:
• Innovativer Holzsystembau
• Innovativer Holzsystembau - Zusammenarbeit von DGfH und IAI Deutschland
• Messepräsentation "Rationalisierungspotential im Holzbau", auf der BAU 2005, München
• LIGNA+-Holzbau-Forum
• Messepräsentation „Rationalisierungspotential im Holzbau“, Halle 17, C34 (LIGNA+)
• Vorfertigung - Mit Schnellverbindern in die Zukunft, Mikado 4/2005 (ausführlicher Bericht)
• Nachbericht LIGNA 2005 Messepräsentation der DGfH mit Partnern und das LIGNA+-Holzbau-Forum
• IFC als Standard für den Datenaustausch im Stahl- und Holzbau, 14.11.2005 (nach Projektende)
• Ankündigung des 10. Industrietag der IAI - Industrieallianz für Interoperabilität e.V. am 5. April 2006 als Internationale Konferenz mit Vorstellung des Holzbaumoduls von buildingSMART unter der Schirmherrschaft des Oberbürgermeisters der Landeshauptstadt München, Christian Ude (wurde über den Verteiler der IAI versandt).
Die o.g. Pressenotizen wurden an über 200 nationale und internationale Redaktionen aus dem Presseverteiler der DGfH versandt. Über diesen Verteiler wurden neben Fachzeit-schriften auch nicht Nichtfachredaktionen erreicht. Einzelne Artikel wurden Exklusiv für Fachmagazine geschrieben.
• Die Unternehmensgruppe fischer, Waldachtal, Lizenznehmer des Schnellverbinder-systems UniCon und Projektpartner im Teilvorhaben „Wirtschaftlicher Holzsystembau durch fertigungsgerechte Planung, Gewerkeintegration und innovative Montagesysteme“, veröffentlicht eine eigene Pressenotiz mit dem Titel „Revolution im Fertigbau - fischer UniCon: Universelles Verbindersystem“
• In der 96 Seiten starken BMBF-Broschüre „Nachhaltiges Wirtschaften – Innovationen aus der Umweltforschung“ wurden 35 aktuelle, vom BMBF geförderte Vorhaben aus 10 Sektoren präsentiert. Aus der Holzwirtschaft wurden von der Redaktion in Zusammenarbeit mit der DGfH und den Projektbeteiligten folgender Bericht über das Teilvorhaben 1 auf den Seiten 48/49 erstellt: Gute Verbindungen mit neuen Aufgaben - Wirtschaftlicher Holzsystembau durch fertigungsgerechte Planung, Gewerkeintegration und innovative Montagesysteme
In der Informationsschrift „DGfH aktuell“ für Mitglieder und Förderer wurden folgende Artikel veröffentlicht:
• In der DGfH-aktuell Nr. 89, Nr. 46: Innovativer Holzsystembau durch optimierte Fertigungs- und integrierte Planungsmethoden
• In der Ausgabe Nr. 93 (Dezember 2005, nach Projektende) wurden intensiv die Teilvorhaben des Verbundprojektes thematisiert.
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Verbundvorhaben „Innovativer Holzsystembau“
Weitere Berichte sowie Hinweise auf Messen und Informationsveranstaltungen sowie Projektberichte wurden in weiteren DGfH-aktuell und seit Anfang 2005 dem neuen Organ der DGfH der „Holztechnologie“ veröffentlicht.
Radio- und Fernsehreportagen
Als weitere Reaktion auf unsere Pressearbeit entstanden mehrere Radioreportagen:
• Im Rahmen der Messe BAU 2003 wurde die DGfH vom Deutschland Funk interviewt und konnte unter anderem über die Entwicklung des „Schnellverbinders“ informieren.
• Ein weiteres, sehr ausführliches Interview (über 3 Minuten) wurde auf der BAU 2005 mit der Firma fischer und Herrn Fischer, DGfH geführt. Neben ausführlichen Informationen über die Vorteile und das Innovationspotential der Holzbauweise konnten der Förderschwerpunkt, die Förderung durch das BMBF, das Rationalisierungspotential durch den Schnellverbinder und weitere Projekte vorgestellt werden.
Darüber hinaus konnte das Thema „Schnellverbinder für den Holzbau“ in einer Sendung von Focus TV platziert werden.
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