Projekt

Viele Gewerke des Handwerks stehen zunehmend in Konkurrenz zu Großbetrieben, die mit Hilfe der Automatisierung immer mehr individualisierte Produkte wirtschaftlich fertigen können. Gleichzeitig gibt es aufgrund des demographischen Wandels und unattraktiver Berufsbilder im Handwerk immer häufiger Nachwuchsprobleme.

Durch den Einsatz von Leichtbaurobotern, die in der Industrie bereits hocheffektiv eingesetzt werden, könnte die Wettbewerbsfähigkeit des Handwerks um Kund*innen und Mitarbeiter*innen deutlich gesteigert werden. Allerdings wird das Potenzial dieser Technologie in den vorwiegend kleinbetrieblich organisierten Unternehmen bisher wenig ausgeschöpft. Es fehlen auf die Bedürfnisse des Handwerks zugeschnittene Robotik-Systeme, die bei überschaubaren Investitionskosten breit einsetzbar sind und eine einfache und sichere Bedienbarkeit gewährleisten.

Im Forschungsprojekt wird eine KI-gestützte Leichtbauroboter-Systemlösung für den branchenübergreifenden Einsatz im Handwerk entwickelt. Handwerker*innen erhalten ein niederschwelliges und intuitiv bedienbares System, mit dem sie die Kontrolle über digitale Werkzeuge übernehmen und ihren Roboter, ähnlich einem Meisterschüler, in handwerklichen Tätigkeiten ausbilden können. Dabei konzentrieren sich die Forschungsarbeiten beispielhaft auf das roboterunterstützte Schleifen und Polieren von Bauteilen.

Zur Entwicklung einer automatisierten Schleiftechnik wird zunächst das Schleifen von Hand oder mit Handmaschinen in den verschiedenen Gewerken analysiert. Darauf aufbauend ist ein Endeffektor für das Schleifen zu erarbeiten, der verstärkte Sensorik und intelligente Aktorik vereint. Zum einen werden hierfür 3D-Scan-Daten und Druckkräfte ermittelt, zum anderen wird mittels maschinellem Lernen der Schleifprozess optimiert und die Robotersteuerung teilautomatisiert. Die gefundenen Lösungen werden prototypisch bei den beteiligten Handwerksunternehmen umgesetzt und validiert.

Einfach mit Robotern arbeiten
Das gesamte Anwendungssystem soll eine stark verbesserte Einsatzfähigkeit aufweisen, wofür erlernte ‚Roboterskills‘ und intelligente Schleifwerkzeuge dienen können. In einem automatisierten Schleifprozess sollen Geometrien, Oberflächeneigenschaften und Bearbeitungswege vom System automatisch ausgewertet und ausgegeben werden, ohne dass eine Programmierung einzelner Arbeitsschritte benötigt wird – bis hin zur NO-CODE-ROBOTIC.

Das System erhält dadurch den Charakter eines flexibel einsetzbaren Werkzeugs, welches eine gewünschte Operation im schnellen Zusammenspiel oder automatisiert ausführen kann. So könnten Schleifprozesse über ein einfaches und auch lernendes Teach-In beschrieben werden. Die Anwender*innen könnten den Roboter auch über bereits von ihm gelernte Bewegungen eigenständig – über sogenannte Bearbeitungsklassen – operieren lassen.

Eine breite Anwendbarkeit des Systems auf Schleifaufgaben bei verschiedenen Gewerken und Betriebsgrößen wird durch den modularen Aufbau der Soft- und Hardware sowie ein Sharing-Modell für das Schleifen mit Robotern erreicht.

Die Nutzung von Robotik soll somit in Zukunft auch Handwerker*innen ohne Zusatzausbildung ermöglicht werden. Im Ergebnis könnten Handwerker*innen mittelfristig ein niederschwelliges und intuitiv bedienbares System erhalten, mit dem sie eigenständig Roboter anlernen und spezifische Aufgaben in Losgröße 1 umsetzen können. Mit der Anwendung für Schleifarbeiten werden Handwerker*innen befähigt, die Kontrolle über digitale Werkzeuge zu übernehmen und ihren Roboter ähnlich einer/einem Meisterschüler*in in handwerklichen Tätigkeiten auszubilden.

Schleifen ist in verschiedenen Gewerken des Handwerks ein sehr weit verbreiteter, alltäglicher Prozess. Bundesweit können beispielsweise ca. 40 000 Tischlereien, ca. 3 000 Orthesenbauer und ca. 1 200 Betriebe aus dem Musikinstrumentenbau von den Lösungen profitieren. Die Automatisierung ermöglicht nicht nur Effizienzgewinne, sondern auch eine Entlastung der Mitarbeiter*innen von monotonen, körperlich anstrengenden Arbeiten. Zudem sorgt sie für einen Innovationssprung bei der Digitalisierung des Handwerks und bietet eine berufliche Zukunftsperspektive für die Aus- und Weiterbildung junger Menschen. Sie trägt so zum Erhalt und zur Weiterentwicklung einer modernen Handwerkstradition bei.

 

 

 

DAS KONZEPT

Handwerkliche Erforschung von Automatisierungslösungen

 

Aus dem Handwerk für das Handwerk

Lösungen für das Handwerk enstehen nicht im Labor, sondern aus konkreter Anschauung und Bedarf. – Analyse und Prototyping in der handwerklichen Praxis stehen deshalb am Anfang und Ende jeder Versuchsanordnung.

Gestaltung des Wandels

Der Wissentransfer zur ‚Best Practice‘ – anhand branchenübergreifender, konkreter Anwendungsfälle – zielt auf eine hohe Übertragbarkeit und technologische Akzeptanz im Handwerk.

Erforschung von Automatisierungsbausteinen

Die Automatisierung individueller Produktionsprozesse benötigt intelligente Systeme. Maschinelles Lernen hilft dem Handwerk seine Erfahrung zu digitalisieren und Abläufe zu optimieren.

Prototypische Umsetzung und Validierung

Der ‚Proof of Concept‘ anhand verschiedener Werkzeuge und Verfahren ist die Grundlage für den späteren Einsatz – und beantwortet die Fragen: Welches Zusammenspiel von System und Anwendungsmethode passt zu welcher Aufgabe am besten? Oder: Können Roboter handwerklich ausgebildet werden?

 

 

Handwerk 4.0: digital und innovativ

Mit dieser Fördermaßnahme verfolgt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Ziel, die Entwicklung maßgeschneiderter, innovativer und digitaler Technologien im Handwerk voranzutreiben. Die Handwerksunternehmen sollen in die Lage versetzt werden, neuartige oder signifikant verbesserte Handwerksleistungen anbieten zu können oder ihre Dienstleistungen deutlich effizienter und nachhaltiger als bisher erbringen zu können.

Zur Bekanntmachung

 

Projektabwicklung durch:

Projektträger Karlsruhe (PTKA) – Produktion, Dienstleistung und Arbeit, Karlsruher Institut für Technologie (KIT),