Mit KI optimierte Kistenmontage
Das HTZ vermittelt immer öfter auch Künstliche Intelligenz (KI) als Lösungstool zur Optimierung von technischen Prozessen. Ein gutes Beispiel ist die Kistenfabrik AG in Merenschwand, Spezialist für hölzerne Verpackungen nach Mass.
Die Kistenfabrik AG ist ein bedeutender Anbieter von innovativen Verpackungslösungen. Mit rund 20 Beschäftigten stellt das KMU in erster Linie Kisten und Paletten her: Kistenverpackungen für exportstarke Hersteller von Maschinen und Anlagen. Paletten werden vorwiegend für den Transport von Kunststoffprodukten sowie Papier verwendet. Alle Verpackungen sind Massanfertigungen für hohe Qualitätsansprüche. Die Losgrössen: von 1 bis zu wenigen hundert Einheiten. Verbunden werden die sägerauen Bretter mittels Nägeln.
Manuelle Brettersortierung
Für die Herstellung von kleinen Paletten wird eine robotergestützte Anlage eingesetzt. Diese erhält Konstruktionsinformationen aus einer CAD-Datei. Der Automatisierungsgrad der Produktion grosser Paletten ist niedriger. Weil sich die Endprodukte grössenmässig stark unterscheiden, werden (noch) keine Standardlösungen für hochflexible Fertigungs- und Montageanlagen angeboten. Die zu verarbeitenden Holzelemente sind sehr heterogen, auch können sie nur an astfreien Stellen vernagelt werden. Sortiert werden die Bretter von Hand. Die «Kistenfabrikanten» aus Merenschwand hatten schon länger Ideen im Kopf, wie sich diese Prozessschritte automatisieren liessen. 2020 klopfte Geschäftsführer und Inhaber Dr. Peter Birrer beim HTZ an.
Kleben ist keine Alternative
Das HTZ identifizierte das Institut für digitale Bau- und Holzwirtschaft IDBH der Berner Fachhochschule BFH als geeignetsten Forschungspartner. Der Kompetenzbereich Digitale Fertigung des Bieler Instituts ist spezialisiert auf die Automatisierung und Digitalisierung in der industriellen Holzverarbeitung. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie standen Untersuchungen zur Realisierung einer teilautonomen Fertigungszelle für die Montage von Kisten und Paletten mit variablen Massen im Zentrum. Für den Zusammenbau drängte sich Robotertechnik auf. Umfangreiche (Stabilitäts-)Tests zeigten, dass Klebetechniken nur für einzelne Verbindungen als Alternative zum Nageln in Frage kommen, nicht aber für den gesamten Fügeprozess.
Schweizweit tätig: Die Kistenfabrik AG verwendet für ihre Spezialverpackungen fast ausschliesslich einheimisches Fichten- und Tannenholz.
Mit KI die Hölzer sortieren
Die Anlage soll die Qualität des zugeführten Materials selbstständig beurteilen und nichtakzeptable Bretter aussortieren können. Ermöglicht wird der erforderliche Qualitätsstatus durch Kamera- und Sensortechnik und auf der Basis von Künstlicher Intelligenz. KI kam beim Abgleich von gelabelten Fotoaufnahmen von fehlerhaften Holzelementen zum Einsatz; bei den Fehlstellen handelt es sich um Äste, Löcher, Harzgallen oder Risse. Als Referenz diente eine eigens erstellte Datenbank mit über 40000 Bildern, die mit neuronalen Netzwerken aussortiert wurden. Die Kaiser Engineering GmbH aus Rheinfelden entwickelte im Rahmen einer weiteren Machbarkeitsstudie das Konzept für den Bau einer Anlage, welche die Qualitätserkennung mittels Robotertechnik ermöglicht. HTZ-Experte Bernhard Isenschmid erläutert: «Kaiser Engineering ist als potenzieller Systemintegrator einer Lösung ein weiterer Nutzniesser dieses Gesamtprojekts. Das Unternehmen kann das Resultat skalieren und dieses auch in verwandten Bereichen anwenden.»
Auf einen Blick
Das HTZ hat den Verpackungsspezialisten Kistenfabrik AG aus Merenschwand mit einem Innovationsscheck (Innosuisse) und einer Machbarkeitsstudie unterstützt. Evaluiert wurden dabei Möglichkeiten, den Automatisierungsgrad eines Teils der Palettenproduktion signifikant zu erhöhen.
