หุ่นยนต์ของ KUKA แสดงมุมมองสำหรับการผลิตที่ใช้หุ่นยนต์ในงานสถาปัตยกรรม

หุ่นยนต์สองชุดของ KUKA จะติดและกัดขึ้นรูปแผ่นไม้สำหรับโครงการของมหาวิทยาลัยชตุทการ์ทได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพ และพิสูจน์ให้เห็นว่า: หุ่นยนต์อุตสาหกรรมยังมีข้อดีที่จะสามารถเพิ่มคุณค่าให้กับอุตสาหกรรมก่อสร้างด้วยไม้ ซึ่งจนถึงปัจจุบันไม่ค่อยทำงานด้วยกระบวนการอัตโนมัติเท่าใดนัก

โครงการวิจัย: การผลิตที่ใช้หุ่นยนต์ในงานสถาปัตยกรรมโครงสร้างไม้

สถาบันเพื่อการออกแบบเชิงคอมพิวเตอร์และงานก่อสร้างของมหาวิทยาลัยชตุทการ์ด (Institute for Computational Design and Construction) (ICD) ซึ่งถูกก่อตั้งขึ้นเมื่อปีค.ศ. 2008 ได้พัฒนากระบวนการเขียนแบบและการก่อสร้างที่ใช้คอมพิวเตอร์เป็นสำคัญ จุดเด่นอยู่ที่การสร้างงานสถาปัตยกรรมด้วยการใช้หุ่นยนต์ สำหรับงานแสดงพืชสวนระดับชาติปี 2019 ICD ได้พัฒนาอาคารพาวิลเลี่ยนอันล้ำสมัยด้วยการออกแบบโครงสร้างน้ำหนักเบาที่ใช้ไม้ ซึ่งใช้เพียงหุ่นยนต์ในการผลิตให้เกิดขึ้นได้จริง การวางแผนระบบที่จำเป็นต้องใช้ได้รับการสนับสนุนจากบริษัท BEC GmbH บริษัทผู้รับเหมาก่อสร้างโรงงานให้ความไว้วางใจในหุ่นยนต์ของ KUKA ที่ผ่านการรับรองแล้ว โดยได้นำ หุ่นยนต์กำหนดตำแหน่งแบบสองแกน DKP-400 หนึ่งชุดและหุ่นยนต์ของ KUKA รุ่น KR 500 FORTEC สองชุดมาปฏิบัติงาน หุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะติดและกัดขึ้นรูปกล่องไม้ได้อย่างแม่นยำ

ละเอียดรอบคอบและมีประสิทธิภาพ: หุ่นยนต์ของ KUKA จะติดแผ่นไม้

งานแสดงพืชสวนระดับชาติปี 2019 ณ เมืองไฮล์บรอนน์

ทุก ๆ สองปีจะมีการจัดงานแสดงพืชสวนระดับชาติ (BUGA) ขึ้นที่เมืองใดเมืองหนึ่งของประเทศเยอรมนี แรกเริ่มเดิมที BUGA เป็นงานนิทรรศการสวนเพียงอย่างเดียว ปัจจุบันเป็นมากกว่านั้น: งานนี้จะนำเสนอพัฒนาการเพื่ออนาคตในภาคส่วนของการวางผังเมืองและงานสถาปัตยกรรม นอกจากต้นไม้และดอกไม้ในงาน BUGA ณ เมืองไฮล์บรอนน์ ประจำปีนี้แล้ว ยังจะจัดแสดงอาคารพาวิลเลี่ยนอันล้ำสมัยที่ทำจากไม้อีกด้วย การที่ตัวอาคารกลมกลืนกับพื้นที่จัดงาน BUGA ก็สืบเนื่องมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าแรงบันดาลใจในการก่อสร้างที่ใช้ไม้อยู่ในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอย่างสมเหตุสมผล

ทิวทัศน์อันงดงาม: อาคารพาวิลเลี่ยนทำจากไม้ที่งาน BUGA 2019

โครงสร้างที่ได้รับแรงบันดาลใจมาจากธรรมชาติ: หุ่นยนต์จะติดแผ่นไม้

“จุดเด่นในงานของเราอยู่ในส่วนของการวิจัยศาสตร์การเลียนแบบสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติมาประยุกต์ใช้” ศาสตราจารย์ Achim Menges หัวหน้าสถาบัน ICD ชี้แจง “รูปแบบ วัสดุและโครงสร้างในธรรมชาติมีประสิทธิภาพและประโยชน์ใช้สอยที่สูงกว่าการออกแบบทั่วไป” อาคารพาวิลเลี่ยนสำหรับ BUGA ถูกจำลองขึ้นมาจากเปลือกของหอยเม่นทะเล: ซึ่งจะประกอบด้วยแผ่นที่เติบโตแยกส่วนกัน แม้กระทั่งองค์ประกอบ 376 ชิ้นของพาวิลเลี่ยนก็ยังเป็นชิ้นส่วนเดี่ยวอย่างแท้จริง หุ่นยนต์จะทำการติดองค์ประกอบดังกล่าวจากแผ่นไม้และคานไม้ที่ทำจากไม้วีเนียร์เคลือบลามิเนตเข้าด้วยกัน ภายในมีกล่องห้าเหลี่ยม หกเหลี่ยมและเจ็ดเหลี่ยมหนา 16 ซม.เป็นโพรงอยู่ อาคารพาวิลเลี่ยนที่เสร็จแล้วจะแผ่ขยายออกไปถึง 30 เมตร โดยไม่มีคานรองรับและเสาค้ำยันอยู่ภายใน “การออกแบบโครงสร้างน้ำหนักเบามีความเป็นเอกลักษณ์ทั่วโลก หากไม่มีการผลิตที่ใช้หุ่นยนต์ ค่าความแปรปรวนของชิ้นส่วนที่สูงอาจจะเป็นไปไม่ได้เลย” Hans Jakob Wagner เจ้าหน้าที่ฝ่ายวิชาการและนักศึกษาปริญญาเอกของ ICD กล่าว

การผลิตที่เฉพาะเจาะจง: อาคารพาวิลเลี่ยนประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนเดี่ยว 376 ชิ้นแบบชิ้นต่อชิ้น

การทำงานในแบบอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์แบบ: หุ่นยนต์อุตสาหกรรมของ KUKA กัดขึ้นรูปกล่องไม้ได้อย่างแม่นยำ

หุ่นยนต์ของ KUKA รุ่น KR 500 FORTEC สองตัวจะรับหน้าที่ในการผลิต: หุ่นยนต์ชุดที่ 1 จัดวางแผ่นฐานรองไว้บนหุ่นยนต์กำหนดตำแหน่งแบบสองแกน KUKA DKP-400 หุ่นยนต์ชุดที่ 2 จะกระจายกาวลงบนแผ่นไม้ จากนั้นหุ่นยนต์ชุดที่ 1 จะติดคานโครงสร้างรับน้ำหนักบนแผ่นไม้นั้น หุ่นยนต์ชุดที่ 2 จะใช้ตะปูตอกไม้ยึดคานไว้ หุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะทำซ้ำขั้นตอนการทำงานเหล่านี้จนกระทั่งทำการติดและตอกตะปูยึดคานทั้งหมดเรียบร้อย จากนั้น หุ่นยนต์ชุดที่ 1 จะติดแผ่นไม้อีกแผ่นไว้บนกาวที่หุ่นยนต์ชุดที่ 2 ทาไว้ที่คาน แผ่นฝาปิดจะถูกยึดไว้ด้วยตะปูเพิ่มเติม ทันทีที่กาวแข็งตัว หุ่นยนต์จะจัดวางตำแหน่งกล่องไม้ไว้บน DKP-400 อีกครั้ง หุ่นยนต์ชุดที่ 2 จะกัดขึ้นรูปเส้นขอบรอบนอกที่มุมและเดือยหางเหยี่ยวอย่างแม่นยำ จากนั้น หุ่นยนต์ชุดที่ 1 จะวางกล่องที่เสร็จแล้วไว้ที่จุดพัก

หุ่นยนต์จะติดแผ่นไม้ กัดขึ้นรูปและตอกตะปูยึดคานไม้

อาคารพาวิลเลี่ยนโครงสร้างไม้ในงาน BUGA 2019 ในเมืองไฮน์บรอนน์

ความแม่นยำและประสิทธิภาพ เป็นข้อดีของการผลิตที่ใช้หุ่นยนต์ในงานสถาปัตยกรรม

“หุ่นยนต์จะติดแผ่นไม้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพ ประเด็นนี้สำคัญมากเพราะว่ากาวจะยังไม่แข็งตัวในระยะเวลาจำกัด” Matthias Buck ผู้จัดการของ BEC GmbH ชี้แจง นอกจากนั้นต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขพิเศษสำหรับคำสั่งงาน อาทิเช่น ปริมาณและความสม่ำเสมอ เช่นเดียวกัน เรื่องน้ำหนักขององค์ประกอบแต่ละส่วน หุ่นยนต์ก็ยังช่วยให้การทำงานง่ายยิ่งขึ้น เพราะกล่องไม้หนึ่งกล่องมีน้ำหนักถึง 200 กก. ข้อได้เปรียบที่สำคัญอื่น ๆ ได้แก่: ค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดสำหรับการกัดขึ้นรูปน้อยกว่า 0.3 มม. ในการผลิตที่ใช้หุ่นยนต์ นอกจากนั้น Matthias Buck ยังชื่นชมความสามารถในการปรับตัวของหุ่นยนต์ของ KUKA อีกด้วย “เรายังสามารถทำการเปลี่ยนแปลงแผนผังก่อสร้างสำหรับองค์ประกอบแต่ละชิ้นได้ในระหว่างกระบวนการผลิตด้วย” จนก่อให้เกิดนวัตกรรมที่เป็นไปได้สำหรับอุตสาหกรรมการก่อสร้างและโครงสร้างไม้ ระบบหุ่นยนต์สามารถช่วยตอบสนองต่อความต้องการจำนวนชิ้นที่เพิ่มขึ้นและการแก้ไขปัญหาที่ไม่เกินงบประมาณ

การผลิตส่วนประกอบโครงสร้างต่าง ๆ เป็นเรื่องที่ซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง หากไม่มีโซลูชั่นที่ใช้หุ่นยนต์ โครงการนี้ก็อาจจะเกิดขึ้นจริงไม่ได้

Hans Jakob Wagner เจ้าหน้าที่ฝ่ายวิชาการและนักศึกษาปริญญาเอกของสถาบัน ICD