Geometrische Bewertung und Optimierung der Modulanordnung in Tragwerken - Ein Beitrag zur adaptiven Fertigung im Bauwesen

Die adaptive Fertigung von Fertigbetonbauteilen für modulare Tragwerke birgt das Potenzial, Ausschuss und Nacharbeit zu reduzieren. Bei diesem Ansatz wird der Fertigungsprozess auf Basis der Geometrien bereits gefertigter Module iterativ angepasst, sodass sich Maßabweichungen im Gesamttragwerk bestmöglich kompensieren. Im vorliegenden Aufsatz wird untersucht, wie eine solche Kompensation durch gezielte Anordnung der Module in modularen Tragwerken erfolgen kann. Hierzu wird zunächst ein Maß entwickelt, um modulare Tragwerke unter Berücksichtigung der Kompensation von Maßabweichungen geometrisch zu bewerten. Anschließend wird darauf aufbauend ein Optimierungsmodell vorgestellt, mit dem eine optimale Anordnung von Modulen mit gegebenen Maßabweichungen berechnet werden kann. Hiermit werden optimale Lösungen für ausgewählte Fälle betrachtet, um hieraus einen allgemeingültigen Zusammenhang zwischen den Geometrien der einzelnen Bauteile und der geometrischen Bewertung des resultierenden Tragwerks herzustellen. Diese Erkenntnisse dienen als Grundlage für eine adaptive Fertigung.

Geometric evaluation and optimization of module arrangement in load bearing structures - towards adaptive manufacturing in civil engineering
Adaptive manufacturing of precast concrete components for modular structures has the potential to reduce scrap and rework. In this approach, the manufacturing process is iteratively adapted on the basis of the geometries of already manufactured modules so that dimensional deviations in the overall structure are compensated for in the best possible way. This article investigates how such a targeted compensation can be achieved by an arrangement of modules in modular structures. First, a measure is developed to geometrically evaluate modular structures with respect to the compensation of dimensional deviations. Then, based on this, an optimization model is presented with which an optimal arrangement of modules with given dimensional deviations can be calculated. Hereby, optimal solutions for selected problems are considered in order to establish a generally valid relationship between the geometries of the individual components and the geometric evaluation of the resulting structure. These findings serve as a basis for adaptive manufacturing.