Generisches Framework für die Simulation und Ausführung von robotisierten Bauprozessen - Generelle Architektur und Information Backbone

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. André Borrmann
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517965147

Derzeit existiert kein umfassendes Framework für die Simulation und Ausführung von robotisierten Bauprozessen. Ein Framework ist jedoch von größter Bedeutung, um eine virtuelle Laborumgebung für die Erprobung und Entwicklung neuer robotisierter Bauverfahren zu realisieren. Das Framework muss grundlegende Dienste, wie digitale Repräsentationen der zu bauenden Bauwerke und notwendigen Prozesse, bereitstellen und gleichzeitig flexible Schnittstellen bieten, um die Integration neuartiger Robotersysteme, Sensoren und Bauverfahren zu ermöglichen. In der Forschungsgruppe wird dieses Teilprojekt daher eine zentrale Rolle spielen. Das übergeordnete Ziel dieses Teilprojekts ist es, ein leistungsfähiges Framework für die Simulation (und Ausführung) von robotisiertem Bauen zu konzipieren. Das Framework soll flexibel und modular aufgebaut sein, sodass es leicht erweiterbar und anpassbar ist und für eine große Bandbreite von Bauaufgaben und Robotersystemen eingesetzt werden kann. Das Framework umfasst die Gesamtarchitektur sowie Protokolle und Schnittstellen, die die Interaktion der Komponenten ermöglichen. Als integraler Bestandteil des Frameworks bildet der Information Backbone das Skelett und die grundlegende Infrastruktur, die Basisdienste für alle weiteren Komponenten des Frameworks bereitstellt. Die Architektur des Frameworks wird die Data-Information-Knowledge-Pyramide (DIK) umsetzen, die eine klare Trennung der verschiedenen Abstraktionsebenen vorsieht. Die Herausforderung liegt in der Definition von Schnittstellen, die von der konkreten Implementierung der einzelnen Komponenten abstrahieren. Es wird eine generische Klassifizierung von modularen Komponenten erstellt, um Anforderungen und geeignete Schnittstellen zu definieren. Beispiele sind Komponenten für (1) (simulierte) Sensorik, (2) Bereitstellung von Projektinformationen (BIM/FIM), (3) Handhabung von Statusinformationen, (4) Steuerung von Roboteraktivitäten, usw. Die genaue Identifizierung der generischen Komponenten ist Teil des Forschungsprogramms. Ein allgemeiner Grundsatz ist, dass die Komponenten alle für ihre Aufgabe erforderlichen Informationen aus dem Information Backbone abrufen können, während sie gleichzeitig aufgefordert werden, neu erlangte Informationen dem Information Backbone bereitzustellen. Eine Kernkomponente des Frameworks ist die Darstellung von Fabrication Information Models (FIM), die sowohl die Produktsicht als auch die Produktionsprozesssicht tief integrieren. Um eine iterative Ausarbeitung und Verfeinerung zu ermöglichen, werden Datenstrukturen zur Darstellung von FIM auf mehreren, kohärenten Abstraktionsebenen entwickelt. Eine Herausforderung, die es zu bewältigen gilt, liegt in der Vielfalt der n:m-Beziehungen zwischen Bauelementen und Fertigungsprozessen: Die in diesem Teilprojekt zu entwickelnde digitale Repräsentation der Bauwerke und der zugehörigen Prozesse wird integraler Bestandteil der durch die gesamte Forschungsgruppe entwickelten Simulationsplattform sein.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5672: Das Informationsrückgrat des robotisierten Bauens auf der Basis von mehrskalig verzahnten Produkt-Prozess-Modellierungsmethoden