Toleranzfreie Serienfertigung von Hochleistungsbetonbauteilen durch transient-interaktive Kopplung von Entwurf und Produktion

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Gisela Lanza; Professor Dr.-Ing. Peter Mark
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423942391

Es wird ein interaktives Konzept für Strukturentwurf und Fließfertigung von stabförmigen Betonkonstruktionen aus UHPC-Modulen entwickelt. Ziel ist es, die sachliche wie zeitliche Trennung von Entwurf und Produktion durch Kopplung aufzuheben, um Unschärfen in Geometrie, Zeit, Prozess und Material intelligent-interaktiv zu kompensieren und eine durchgängige Qualitätssicherung zu etablieren. Auf diese Weise entsteht eine effiziente und verschwendungsarme Modulbauweise in Fließfertigung. Unschärfen im Prozess werden durch Permutationen im Entwurf ausgeglichen und umgekehrt. Ein „zu lang“ produziertes Modul – bei festen Regeln Ausschuss außerhalb der Toleranz – lässt sich dadurch in der Modulstruktur durch ein gleichartig „zu kurzes“ neutralisieren. So können beide Module verwendet werden. Dieser Ausgleich erfolgt beidseitig stochastisch und transient über den Produktionsprozess durch interaktive Permutationen in quasi Echtzeit. Gleichzeitig wird dieser Freiheitsgrad bewusst genutzt, um eine effizientere Produktion zu schaffen. Es entsteht eine steuerbare Interaktion, die die Robustheit ganzheitlich über Struktur, Produktionsprozess und über die Zeit akkumuliert (transient-interaktives Konzept). Die Effizienz der Bauweise wird nachhaltig verbessert.In der ersten Förderperiode standen die Erforschung der Schwindreduktion durch unterschiedlich lange Wärmebehandlung und die selektive Montage bei stochastischer Geometrieabweichung im Vordergrund. Dies erfolgte für Y-Module verschiedener Modulklassen. Sie besitzen je Klasse verschieden dimensionierte Streben und bilden statisch-bestimmte Waben. Hierfür wurde eine Steuerung entwickelt, die durch Anpassungen der Wärmebehandlungsdauer von Los zu Los auf Basis zuvor realisierter Ist-Maße Schwindverkürzungen so beeinflusst, dass ein geometrisch optimiertes Tragwerk entsteht.In der zweiten Förderperiode werden vielfach statisch-unbestimmte Modulsysteme betrachtet und zudem der Zusammenbau der Module auf der Baustelle mit in die dann auch vorausschauende Interaktion von Entwurf und Produktion integriert. Die Module besitzen äußerlich vierknotige Scheibenform und sind innerlich nach Lastkonstellation in topologisch optimierte Streben aufgelöst. Es entsteht ein variabler, skalierbarer Baukasten. Das Interaktionskonzept basiert auf gekoppelten Heuristiken für die Modulplatzierung auf der Baustelle und die Vorgabe zur Produktion. Dabei werden einzelne oder mehrere Baustellen gleichzeitig betrachtet. Die Interaktion agiert im schrittweisen Baufortschritt von Modul zu Modul, wobei zusätzlich das von der Wärmebehandlung abhängige Kurzzeitkriechen und die pfadabhängige Aufweichung durch Rissbildung integriert werden. Forschungsansatz ist eine variantenreiche Fertigung ohne Losbildung unter Einsatz von Reinforcement Learning zur interaktiven Produktionssteuerung und gleichzeitigen Prozessregelung. Die Forschung wird bis zu ganzheitlichen virtuellen und realen Demonstratoren im 1:1 Maßstab umgesetzt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2187: Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden - Präzisionsschnellbau der Zukunft