Steuerung und Sensordatenintegration für flexible Fertigungszellen mit kooperierenden Robotern

Veränderte Marktbedingungen zwingen bundesdeutsche Unternehmen zu einer zunehmenden Rationalisierung und Automatisierung der Fertigung, um im internationalen Wettbewerb trotz hoher Lohnkosten bestehen zu können. Neue organisatorische Strukturen und technische Innovationen sollen die rationelle Produktion kleiner Losgrößen mit hoher Variantenvielfalt und Qualität gewährleisten. Produktionsanlagen, die diesen Anforderungen genügen, zeichnen sich durch eine hohe Leistungsfähigkeit der eingesetzten Fertigungsgeräte aus. Das Flexibilitäts- und Leistungspotential von Industrierobotern ermöglicht es, sich wechselnden Fertigungsbedingungen anzupassen und gleichzeitig die geforderten Qualitätsparameter einzuhalten. Trotz dieser Potentiale sind hierbei Defizite bei der Manipulation von biegeschlaffen Teilen, der Ausführung komplexer Fügeoperationen und der Einhaltung definierter Beziehungen Werkstück-Werkzeug zu verzeichnen. Der Einsatz von mehreren kooperierend Robotern erlaubt bei einer zunehmenden Prozeß- und Produktkomplexität die Gestaltung neuer Formen der Manipulation und Bearbeitung und somit eine wesentliche Steigerung der Flexibilität der Fertigung. Neben den Leistungsmerkmalen der Industrieroboter bestimmen vor allem die eingesetzten Peripherieeinrichtungen, Handhabungskomponenten und Sensoren die Fähigkeiten der Fertigungs- und Montagesysteme. Deren Möglichkeiten der Programmierung und Integrationsfähigkeit in ein übergreifendes Steuerungssystem sind maßgebend für die Akzeptanz durch den Anwender. Eine durchgängige informationstechnische Verknüpfung aller Komponenten in einer flexiblen Fertigungszelle und eine damit verbundene Informationstransparenz sind die Voraussetzung für eine effiziente Steuerung des Fertigungsablaufes. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Realisierung eines Konzeptes zur Steuerung von Fertigungszellen mit kooperierenden Robotern, basierend auf der Nutzung der Leistungspotentiale aller Komponenten der Zelle und der Integration von Sensorinformationen zur Steuerung der Fertigungsvorgänge. Der Entwurf neuer funktionaler Eigenschaften der Roboter und der Sensoren sowie deren steuerungstechnische Einbindung in ein homogenes System der Steuerung einer Fertigungszelle standen dabei im Vordergrund. Ausgangspunkt bildet die Analyse der Fähigkeiten, der Formen der Kooperation und der Struktur der Steuerung von mehreren zusammen agierenden Robotern. Darauf aufbauend, werden die Nutzenpotentiale des Einsatzes von kooperierenden Industrierobotern in der automatisierten Fertigung aufgezeigt. Besonders die Gesichtspunkte einer höheren Flexibilität, eines erweiterten Bewegungsvermögens und einer möglichen Kosteneinsparung werden dabei herausgestellt. Ausgehend von bestehenden Defiziten derzeitiger Steuerungssysteme von Industrierobotern wurden die Schwerpunkte der Entwicklung des Steuerungssystems für kooperierende Roboter und der Integration von Sensoren abgeleitet und umgesetzt. Vor dem Hintergrund des steigenden Softwareaufwandes für komplexe Steuerungssysteme wurde ein Zellensteuerungssystem unter Verwendung von Methoden des Software Engineering konzipiert. Speziell für die Belange der Steuerung von Zellen mit Industrierobotern wurde ein Funktionsumfang zur Programmierung und Ausführung des Fertigungsablaufes, der Bedienung und Steuerung der Komponenten und der Erfassung von Maschinen- und Betriebsdaten realisiert. Eine anwendungsnahe Spezifikation der zur Ausführung eines Auftrages notwendigen Abläufe wird durch eine grafisch interaktive Programmierung und dessen Realisierung auf einem Zellenrechner ermöglicht. Die Überlegungen zum Einsatz von mehreren flexiblen Handhabungsgeräten münden in ein Konzept zur kooperierenden Bewegungsführung von Robotern. Ausgehend von grundlegenden Bewegungsformen wurde die hierauf beruhenden Bahnplanungsmethoden zur Erzeugung unabhängiger und kooperierender Bahnen entwickelt. Das Verfahren eines virtuellen Masters erlaubt hierbei die Beschreibung von komplexen räumlichen Bewegungsbahnen. In diesem Zusammenhang galt es, die Frage nach der Erkennung und Abwendung möglicher Kollisionen in komplexen Anordnungen mehrerer Roboter zu analysieren. Durch den Einsatz einer vereinfachten Geometriemodellierung konnte eine Lösung zur On-line-Kollisionserkennung für zwei Industrieroboter aufgezeigt werden. Die entworfenen Verfahren zur Bewegungsplanung bedürfen erweiterter Fähigkeiten der eingesetzten Robotersteuerungen. Auf der Basis eines hybriden und modularen Rechnersystems wurde ein Steuerungskonzept entwickelt, welches den Funktionsumfang der Bewegungsvorbereitung, der koordinierten Bahninterpolation und der Überwachung der Bewegung realisiert. Im Hinblick auf den Einsatz von kooperierenden Robotern wurden auf der Grundlage normierter Programmiertechniken für Industrieroboter geeignete Sprachelemente und Funktionalitäten für die Programmerstellung entworfen. Die Möglichkeiten einer Flexibilisierung und Leistungssteigerung von Fertigungssystemen mit Industrierobotern durch den Einsatz von Sensoren wurden an Hand sensorgeregelter Bewegungen transparent gemacht. Betrachtungen zum Nutzenpotential und den noch bestehenden Defiziten einer Sensorintegration sind vorangestellt worden. Aus den Untersuchungen zu verschiedenen Regelungsstrategien hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens konnten die hieraus resultierenden Eigenschaften für den Einsatz im Prozeß abgeleitet werden. Um die Rückführung der Sensorinformationen in den Bewegungsablauf zu gewährleisten, erfolgte die Entwicklung eines Konzeptes zur Sensor- und Positionsführung. Durch die Anordnung von mehreren Basissensoren und der Nutzung intelligenter und konfigurierbarer Auswertesysteme konnten Profilsensoren für den Einsatz während der Bearbeitung und Montage entwickelt werden. Für die Erfassung der Lage und Anwesenheit von Werkstücken in einer Fertigungszelle wurde ein flexibler Lasersensor entworfen und realisiert, der die Steuerung des Zellenablaufes und die Einhaltung von Qualitätsparametern ermöglicht. Die markanten Flexibilitätsdefizite von Greifern gegenüber Industrierobotern wurden durch den Aufbau eines flexiblen Mehrfingergreifers überwunden. Durch eine objektbezogene Beschreibung der auszuführenden Greifoperationen wird eine Steuerung des Greifers unter gleichzeitiger Integration einer Kraftsensorik erreicht. Mit den dargestellten Arbeiten konnte ein Beitrag zu dem Gesamtanspruch der Steigerung der Flexibilität der Fertigung und der Gestaltung neuer Formen der Manipulation und Bearbeitung von Werkstücken durch den Einsatz von kooperierenden Robotern und der Integration von Sensoren geleistet werden. Es wurde der Nachweis erbracht, daß auch unter den Bedingungen der automatisierten Fertigung der Einsatz von mehreren flexiblen Handhabungsgeräten möglich ist.Changed market conditions are forcing German companies to increasingly rationalize and automate manufacturing in order to survive in international competition despite high labor costs. New organizational structures and technical innovations are intended to ensure the rational production of small lot sizes with a wide variety and quality. Production systems that meet these requirements are characterized by the high performance of the manufacturing equipment used. The flexibility and performance potential of industrial robots makes it possible to adapt to changing production conditions and at the same time to adhere to the required quality parameters. Despite these potentials, there are deficits in the manipulation of limp parts, the execution of complex joining operations and compliance with defined workpiece-tool relationships. The use of several cooperating robots, with increasing process and product complexity, allows the design of new forms of manipulation and processing and thus a significant increase in the flexibility of production. In addition to the performance features of the industrial robots, the peripheral devices, handling components and sensors used determine the capabilities of the manufacturing and assembly systems. Their programming options and ability to integrate into a comprehensive control system are decisive for user acceptance. A consistent information technology connection of all components in a flexible production cell and the associated information transparency are the prerequisites for an efficient control of the production process. The aim of the present work was the development and implementation of a concept for the control of manufacturing cells with cooperating robots, based on the use of the performance potential of all components of the cell and the integration of sensor information to control the manufacturing processes. The focus was on the design of new functional properties of the robots and sensors as well as their control integration in a homogeneous system for controlling a production cell. The starting point is the analysis of the skills, the forms of cooperation and the structure of the control of several robots working together. Building on this, the potential benefits of using cooperating industrial robots in automated production are shown. In particular, the aspects of greater flexibility, expanded mobility and possible cost savings are emphasized. Based on existing deficits in current control systems for industrial robots, the focus of the development of the control system for cooperating robots and the integration of sensors was derived and implemented. Against the background of the increasing software expenditure for complex control systems, a cell control system was designed using software engineering methods. A range of functions for programming and executing the production process, operating and controlling the components and recording machine and operating data has been implemented specifically for the control of cells with industrial robots. An application-specific specification of the processes required to execute an order is made possible by graphically interactive programming and its implementation on a cell computer. The considerations for the use of several flexible handling devices result in a concept for the cooperative motion control of robots. Based on basic forms of movement, the path planning methods based on this were developed to create independent and cooperating paths. The process of a virtual master allows the description of complex spatial trajectories. In this context, it was necessary to analyze the question of the detection and prevention of possible collisions in complex arrangements of several robots. Through the use of simplified geometry modeling, a solution for online collision detection for two industrial robots was shown. The designed motion planning processes require expanded capabilities of the robot controls used. On the basis of a hybrid and modular computer system, a control concept was developed which realizes the functional scope of the motion preparation, the coordinated path interpolation and the monitoring of the motion. With regard to the use of cooperating robots, suitable language elements and functionalities for program creation were designed on the basis of standardized programming techniques for industrial robots. The possibilities of making production systems with industrial robots more flexible and increasing their performance through the use of sensors were made transparent using sensor-controlled movements. Considerations of the potential benefits and the remaining deficits of sensor integration have been given in advance. The resulting properties for use in the process could be derived from the studies of various control strategies with regard to their dynamic behavior. In order to ensure that the sensor information is fed back into the motion sequence, a concept for sensor and position control was developed. By arranging several basic sensors and using intelligent and configurable evaluation systems, profile sensors could be developed for use during machining and assembly. For the detection of the position and presence of workpieces in a production cell, a flexible laser sensor was designed and implemented, which enables control of the cell sequence and compliance with quality parameters. The striking flexibility deficits of grippers compared to industrial robots were overcome by building a flexible multi-finger gripper. A control of the gripper with simultaneous integration of a force sensor system is achieved by an object-related description of the gripping operations to be carried out. With the works shown, a contribution could be made to the overall claim of increasing the flexibility of production and the design of new forms of manipulation and processing of workpieces through the use of cooperating robots and the integration of sensors. Proof has been furnished that it is possible to use several flexible handling devices even under the conditions of automated production

Neues Konzept zur Planung, Ausführung und Überwachung von Roboteraufgaben mit hierarchischen Petri-Netzen

Es wird gezeigt, wie die aufgabenausführungsrelevanten Komponenten einer hybriden Steuerungsarchitektur mit Hilfe von hierarchischen Petri-Netzen umgesetzt, integriert und mit Überwachungsmodulen verknüpft werden können. Hierzu wird zunächst ein Konzept zur Generierung von Aufgabenwissen vorgeschlagen, das es erlaubt Bausteine komplexer Handlungen systematisiert zu entwerfen. Im Anschluss wird ein neues Konzept zur online Überwachung von Bewegungsvorgängen bei humanoiden Robotern vorgestellt

Konzeption und Realisierung einer sensitiven Montageaufgabe basierend auf einem Handhabungsgerät und intelligenter Sensorik für den Wickelprozess endloser Gummidichtungen

Immer mehr Aufgaben in der Produktion werden von Industrierobotern übernommen. Die steigende Komplexität der Produktionsprozesse und Produkte stellt den Robotereinsatz vor große Herausforderungen, sodass positionsgeregelte Robotersysteme sowie Sensorsysteme mitunter an ihre Grenzen stoßen. Der Einsatz von kraftgesteuerten bzw. sensitiven Robotersystemen stellt eine mögliche Lösung der Problematik dar. Er verringert das Problem von Messungenauigkeiten und großen Toleranzen bei der Umsetzung von komplexeren Produktionsaufgaben und erfordert keine genaueren Informationen über die Roboterumgebung. Bei sensitiven Robotersystemen werden mittels integrierter Drehmomentsensoren externe Kräfte bzw. Drehmomente überwacht, um die Roboterbewegungen anzupassen. Die Ermittlung der externen Kräfte sowie die moderne Regelstruktur ermöglichen außerdem ein vordefiniertes dynamisches Roboterverhalten und damit die direkte Interaktion des Roboters mit der Umgebung. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik zur Umsetzung komplexer Montageaufgaben mithilfe eines sensitiven Robotersystems vorgestellt. Dabei werden die wesentlichen Funktionen und Methoden für den effizienten Einsatz und die effiziente Inbetriebnahme der Hauptkomponenten eines sensitiven Robotersystems entwickelt. Die Methodik wird am Beispiel der sensitiven Wickelapplikation einer endlosen Gummidichtung erprobt und validiert.Industrial robots are becoming more widely used in manufacturing tasks. The increasing complexity of production processes and products poses great challenges for the use of robots, so that position-controlled robot systems and sensor systems sometimes reach their limits. The use of force-controlled or sensitive robot systems represents a possible solution to the problem. It reduces the problem of measurement inaccuracies and large tolerances when implementing more complex production tasks and does not require more precise information about the robot environment. In the case of sensitive robot systems, the external forces or torques are monitored by means of integrated torque sensors in order to adapt the robot movements. The determination of the external forces as well as the modern control structure also enable a predefined dynamic robot behavior and thus the direct interaction of the robot with the environment. In this thesis a methodology for the implementation of complex assembly tasks with the help of a sensitive robot system is presented. Thereby the essential functions and methods for the efficient use and commissioning of the main components of a sensitive robot system are developed. The methodology is tested and validated on the example of the sensitive winding application of a endless rubber seal

Entwicklung einer intuitiven Mensch-Maschine-Schnittstelle für die automatisierte Kleinserienmontage

Sinkende Losgrößen in der industriellen Montage erfordern neue Konzepte, um flexible Robotersysteme schnell, einfach und robust für neue Aufgaben einzurichten. Der Beitrag dieser Arbeit liegt in der Entwicklung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, mit der Nicht-Experten diese Systeme innerhalb weniger Stunden für komplexe, bildgeführte Applikationen in Betrieb nehmen. Die Robustheit wird durch eine autonome Störungsbehandlung mit selbstständiger Optimierung über einen POMDP erreicht

Theoretical and practical development of control approaches for redundantly actuated parallel kinematic machines

Die konsequente Weiterentwicklung parallelkinematischer Maschinen (PKM) führt auf eine strukturelle Erweiterung in Form einer Antriebsredundanz. Die wesentlichen Vorteile der Antriebsredundanz sind beispielsweise die Kompensation von Singularitäten im Arbeitsraum, eine erhöhte Endeffektor-Steifigkeit und eine optimale Verteilung der Antriebskräfte. Redundant angetriebene PKM (RA-PKM) sind darum prädestiniert für hochdynamische Pick-and-Place-Bewegungsaufgaben und neue Maschinenkonzepte. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Frage, welche Konzepte und Verfahren für die Regelung der RA-PKM geeignet sind. Dabei zeigt sich, dass die Beschreibung in Endeffektor-Koordinaten, die Verwendung eines Störgrößenbeobachters auf der Basis des generalisierten Impulses sowie eine modellprädiktive Regelung sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Genauigkeit und des Implementierungs- und Rechenaufwandes ergeben. Dies gilt insbesondere, wenn große Reibkräfte z. B. in den Antrieben zu berücksichtigen sind. Deshalb ist dieses Verfahren für die industrielle Anwendung besonders geeignet. Da für alle hier betrachteten Regelungsverfahren ein mathematisches Modell erforderlich ist, nimmt die Beschreibung der Bewegungsgleichungen in unterschiedlichen Koordinaten einen breiten Raum der Arbeit ein. Es werden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Beschreibungsformen wie z. B. die verschiedenen Arten der Singularitäten und die Eliminierung der Zwangskräfte mit Hilfe von Orthogonalprojektionen ausführlich dargestellt. Dabei wurde ein neuartiger Zugang für die Projektion der Bewegungsgleichungen in Endeffektor-Koordinaten hergeleitet. Als erstes Regelungskonzept wird die dezentrale Regelung betrachtet. Es wird gezeigt, wie die hier üblicherweise auftretenden antagonistischen Kräfte mit Hilfe eines Filters kompensiert werden können. Im Anschluss daran wird die große Klasse der modellbasierten Regelungen in den unterschiedlichen Koordinaten untersucht, wobei ein sogenannter Computed Torque Regler (CTC), d. h. die Verwendung einer Vorsteuerung in Form der inversen Dynamik, und ein Augmented PD-Regler (APD) zum Einsatz kommen. Die Gelenkgeschwindigkeiten werden mit Hilfe eines High-Gain-Beobachters und die Störgrößen mit Hilfe eines Störgrößenbeobachters rekonstruiert. Zum Schluss wird die schon erwähnte nichtlineare modellprädiktive Regelung in Endeffektor-Koordinaten beschrieben, wobei der zukünftige Trajektorienfehler durch eine optimale Stellgröße minimiert wird. Die resultierende Reglerstruktur hat die Form eines klassischen APD-Reglers mit variablen Verstärkungen. Die Reglereinstellung erfolgt durch die Prädiktion vollkommen automatisch. Die entwickelten Regler und Methoden wurden anhand eines ebenen Mechanismus mit zwei Freiheitsgraden unter Verwendung industrieller Torque-Motoren erprobt.The consistent further development of parallel kinematics machines (PKM) lead to a structural extension in terms of actuation redundancy. The major advantages of redundant actuation are for example the compensation of singularities in workspace, an increased end-effector stiffness and an optimal distribution of the control forces. Therefore redundantly actuated PKM (RA-PKM) are intended for high speed pick-and-place tasks and new machine concepts. This research work addresses the question which concepts and methods are qualified for the control of RA-PKM. It has been found that a formulation of motion equations in end-effector coordinates, the use of a disturbance observer based on the general momentum as well as a model predictive controller lead to very well results in terms of accuracy, implementation and computing time. This applies particularly, if large friction losses as they occur in drives, have to be taken into account. Therefore this method is particularly suitable for industrial applications. Since a mathematical model is needed for all proposed control schemes, the determination of motion equations in terms of different coordinate formulations makes up a large part of this report. The advantages and disadvantages, such as the different types of singularities and the elimination of constraint forces by means of orthogonal projections are elaborated. Although a novel approach for the projection of motion equations in terms of end effector coordinates is derived. At first, the decentralized control scheme is considered. It will be shown that antagonistic Forces which are inherent to the control-scheme can be compensated by means of a filter. Afterwards, the large class of model-based control schemes is reviewed in which a so called computed torque controller (CTC), i.e. the use of a feed-forward control in the form of the inverse dynamics, and an augmented PD (APD) controller are used. The joint velocities where observed by means of a high gain observer and the disturbances by means of a disturbance observer. Finally, the already mentioned nonlinear model predictive control scheme in terms of end-effector coordinates which minimizes the future trajectory error due to an optimal actuating variable is described. The resulting approach can be structurally incorporated into an APD controller with variable gains. The controller setup is an automated process due to the prediction. The proposed control schemes and methods where experimentally validated by means of a two degree of freedom planar mechanism with industrial torque motors

Tagungsband Mechatronik 2011: Dresden 31. März – 1. April 2011

Mit dieser sechsten Auflage der Tagung MECHATRONIK 2011 verbindet sich neben dem 10-jährigen Tagungsjubiläum (die erste Tagung fand im Jahre 2001 statt) auch gleichzeitig eine Premiere. Nachdem die ersten fünf Tagungen erfolgreich unter den Fittichen des VDI bzw. des VDI-Wissensforums stattgefunden hatten, beginnt das zweite MECHATRONIK-Dezennium in einem geänderten Format und mit neuen Verantwortlichkeiten und wird dennoch die bewährten Traditionen der deutschsprachigen Mechatronik-Fachgemeinde weiter pflegen. Academia trifft Industrie — Mechatronik und mechatronische Produkte sind seit jeher geprägt durch die Verknüpfung von interdisziplinärem methodenorientierten Wissen und nutzerorientierter Produktgestaltung. Diese Verknüpfung bildet sich höchst erfolgreich speziell in der deutschsprachigen Mechatronik-Fachgemeinde ab, nicht zuletzt deshalb haben deutsche Mechatronikprodukte weltweit eine exzellente Marktpräsenz. Diese enge Verzahnung ist aber ebenso im Tagungsgeschehen etabliert, wo seit vielen Jahren, im Gegensatz zu vielen anderen Ländern und internationalen Tagungen, eine gute Balance zwischen Teilnehmern aus Hochschulen und Industrie gegeben ist. Dies trifft auch auf die MECHATRONIK 2011 zu, mit 47 (70 %) Beiträgen aus Hochschulen und 20 (30 %) Beiträgen aus der Industrie bzw. Industriebeteiligung. Academia trifft Industrie — Dieser Sachverhalt wird zukünftig auch ganz transparent an den Tagungsorten und dem Tagungsumfeld sichtbar sein. Ab diesem Jahr 2011 wird die Organisation und Ausrichtung durch akademische Tagungsveranstalter durchgeführt werden. Die bisherigen wissenschaftlichen Tagungsleiter Prof. Burkhard Corves (Rheinisch- Westfälische Technische Hochschule - RWTH Aachen) und Prof. Klaus Janschek (Technische Universität Dresden) werden zukünftig gemeinsam mit Prof. Torsten Bertram (Technische Universität Dortmund) für die Ausrichtung und Durchführung verantwortlich zeichnen. Als Veranstaltungsort sind entsprechende Räumlichkeiten an den beteiligten Universitäten geplant (2011 in Dresden, 2013 in Aachen, 2015 in Dortmund). Neben einer Kostenersparnis erwarten sich die Veranstalter durch das gegenüber Kongresszentren doch intimere Umfeld einen lebendigen Gedankenaustausch zwischen Wissenschaftlern, Industrievertretern und nicht zuletzt mit dem wissenschaftlichen Nachwuchs. Speziell Studierenden soll damit ein einfacherer Zugang in die Welt des wissenschaftlichen Diskurses mit Experten aus der Industrie und Praxis ermöglicht werden. Academia trifft Industrie — Eine Stärke der bisherigen MECHATRONIK-Tagungen war immer die breite fachliche Verankerung durch die verantwortliche Trägerschaft der VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (VDI-GPP) und VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (VDI/VDEGMA). Im Selbstverständnis dieser Fachgesellschaften spielt die Bereitstellung von Kommunikationsplattformen zwischen Hochschulen und Industrie eine zentrale Rolle. In den verschiedenen Fachausschüssen von VDI-GPP und VDI/VDE-GMA findet dieser Meinungs- und Informationsaustausch regelmäßig statt. Um eine breitere Fachöffentlichkeit in diese Diskussionen einzubeziehen, ist eine gemeinsame Tagung zum Thema Mechatronik eine logische und fruchtbare Konsequenz. Auch zukünftig wird der enge fachliche und institutionelle Kontakt der Tagung MECAHTRONIK zu den Fachgesellschaften aufgrund der personellen Verankerung der Tagungsveranstalter in den Fachgesellschaften VDI-GPP und VDI/VDE-GMA erhalten bleiben. Das Tagungsprogramm 2011 bietet ein breit gefächertes Angebot an aktuellen und innovativen Fragestellungen zur Mechatronik: mechatronische Produkte, Serienfertigung mechatronischer Produkte, Ressourceneffizienz, Nutzerfreundlichkeit und Akzeptanz, Entwicklungsmethoden und -werkzeuge sowie innovative Konzepte

Innovative Technologien, Prozesse und Produkte in der Bauwirtschaft : Endbericht zum TA-Projekt

Im neuen TAB-Arbeitsbericht Nr. 199 werden relevante Trends in Bezug auf Technologie-, Produkt- und Prozessinnovationen in der Baubranche analysiert und Handlungsfelder für einen grundlegenden Strukturwandel identifiziert. Der große Bedarf an bezahlbarem Wohnraum und der vielfach als nicht ausreichend eingeschätzte Wohnungsbestand stellen eine nationale Herausforderung dar, die ohne eine leistungsfähige Bauwirtschaft nicht zu bewältigen ist. Von der Digitalisierung und Automatisierung der Bauprozesse werden wesentliche Impulse für eine effizientere Durchführung von Bauprojekten erwartet. Welche (digital)technischen Neuerungen befinden sich in Entwicklung, welche werden erprobt oder bereits eingesetzt? Wie sind ihre Potenziale einzuschätzen und mit welchen politischen Maßnahmen lässt sich der Innovationsstau der Branche überwinden? Antworten darauf gibt der soeben erschienene TAB-Arbeitsbericht Nr. 199. Er bietet – neben einem Überblick über die sektorspezifischen Rahmenbedingungen – eine vertiefte Analyse relevanter Trends in Bezug auf Technologie-, Produkt- und Prozessinnovationen in der Baubranche, insbesondere im Hinblick auf die Bereiche Digitalisierung, additive Fertigung, serielles und modulares Bauen sowie automatisierte Baumaschinen und Robotik. Die Bandbreite reicht von digitalem Planen und Bauen mit Building Information Modeling (BIM), dem Einsatz hochspezialisierter Baumaschinen und unterstützender Robotik bei der Bauausführung bis hin zu innovativen Fertigungsverfahren für Bauteile u. a. mittels 3-D-Druck und Hightechwerkstoffen. Beschrieben werden besonders ambitionierte Initiativen für die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Assistenzsystemen oder zur Generierung virtueller Bauwerkmodelle, um sämtliche Prozessabläufe eines Bauvorhabens über übergeordnete Managementsysteme zu realisieren (Bauen 4.0). Auf das wichtige Thema Nachhaltigkeit wird in einem eigenen Kapitel eingegangen und übergreifende Handlungsoptionen werden gesondert diskutiert. Klar ist, dass die Innovationstätigkeit und -bereitschaft im deutschen Bauwesen deutlich steigen müssen, um die gesellschaftlichen Erwartungen in den Bereichen Wohnungs- bzw. Infrastrukturbau mit den begrenzt verfügbaren Ressourcen und bei steigenden Nachhaltigkeitsanforderungen erfüllen zu können. Allerdings wird die Forcierung digitaler Technologien alleine nicht ausreichend sein, damit Innovationen letztlich auch in der Praxis ankommen, so eines der Ergebnisse aus dem Bericht. Erforderlich ist ein wesentlich erweiterter Blickwinkel, der auch Umweltgesichtspunkte, systemische Rahmenbedingungen und weiche betriebliche Aspekte einbezieht. Die Digitalisierung erfordert von allen Beteiligten die Bereitschaft, sich auf einen grundlegenden Strukturwandel einzulassen. Innovationen werden letztlich nur dann erfolgreich sein, wenn sie den Anforderungen und Bedürfnissen der kleinen und mittleren Unternehmen gerecht werden