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Die Studie beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob und inwieweit sich die im Trockenbau (Schwerpunkt Wandsysteme) dominanten Gipsbauplatten durch alternative Systeme substituieren lassen und welche Folgen daraus für das Baugeschehen und die Umwelt resultieren. Als alternative Bekleidungsplatten werden Holzwerkstoffprodukte sowie lehmbasierte Baustoffe betrachtet. Es werden ausschließlich die aktuell verfügbaren und marktgängigen Produkte heran gezogen.
Bei rein technisch-konstruktiver Betrachtung sind Trockenbauwände mit den betrachteten alternativen Plattenwerkstoffen geeignet, ein im Ausbau übliches, mittleres Anforderungsprofil zu erfüllen, wobei baurechtliche sowie baubetriebliche Hemmnisse einem breiten Einsatz entgegen stehen. Diese „technische-konstruktive Eignung“ ist allerdings rein theoretischer Natur. In der Studie wurde gezeigt, dass eine mittelbare Substitution der heute bauüblichen Gipsbauplattensysteme, auch eine Teilsubstitution in relevanter Größenordnung, aufgrund der fehlenden Verfügbarkeit der Rohstoffe und Produktionskapazitäten für die Herstellung der alternativen Plattenwerkstoffe, weder sinnvoll noch realistisch möglich ist.
Moderne Prozesstechnologien als strategisches Element in der Transformation hin zur Bioökonomie
(2023)
Effiziente Prozesse, die die Dekarbonisierung und Defossilisierung vorantreiben, bilden die zentralen Herausforderungen auf dem Weg zur Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Das komplementäre Wirken beider Ansätze ist entscheidend für die Reduktion negativer Umweltwirkungen, Ressourcen- und Energieverbräuche. Daher ist eine integrative Betrachtung der verfahrenstechnischen Optimierung aus der Perspektive der Bioökonomie und der Kreislaufwirtschaft unerlässlich.
Eine bioökonomische, kreislauforientierte Wirtschaftsweise beinhaltet die Abkehr von der Nutzung fossiler hin zur nachhaltigen Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Das beinhaltet zugleich eine Transformation hin zur effizienten Verwendung von Primär- und Sekundärmaterialien. Ressourcenschonende Produktprogramme, der Einsatz nachwachsender und kreislauffähiger Materialien sind unabdingbar. Moderne Prozesstechnologien spielen dabei eine entscheidende Rolle. Die stetige Reduktion negativer Umweltwirkungen, des Energieeintrags sowie des Ressourcenverbrauchs erfordert ein konsequentes Monitoring der Prozessparameter in der Produktion. Dies ist die Basis für eine intelligente Beeinflussung der Produktionsparameter. Ziel ist es, mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) Prozesse unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen (Constraints) technisch und technologisch zu optimieren (Constraint-Statisfaction-Problem).
Durch die voranschreitende Digitalisierung in allen Bereichen der industriellen Produktion und den Einsatz moderner KI-Verfahren – auch im Bereich der Holzbe- und -verarbeitung - wird es möglich, verbesserungswürdige Prozessschritte zu identifizieren, an den Prozessen selbst intelligent zu lernen und schließlich produktspezifisch optimierte Prozesskenn- und Prozessregelgrößen zu generieren und bereitzustellen. Maßnahmen zur Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz müssen dabei im Vordergrund stehen.
Biogene Rohstoffe sind zwar erneuerbar, aber in ihrer Verfügbarkeit, z. B. durch Wachstumsraten und Anbauflächen, begrenzt. Neue Prozesstechnologien bilden wesentliche Grundlagen, um erhebliche Potenziale zur effizienten Ressourcennutzung, zur gezielten Beeinflussung unvermeidbarer Umweltwirkungen und zur Kreislauffähigkeit biobasierter Produkte zu schließen. Der Vortrag gibt einen Überblick, inwieweit die Belange der Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft in den aktuellen Prozesstechnologien der Holzindustrie bereits umgesetzt sind. Darauf aufbauend werden die notwendigen Schritte zur Entwicklung angepasster Prozesstechnologien als strategische Elemente der notwendigen Transformation hin zu einer bioökonomischen Wirtschaftsweise im Bereich der Holzindustrie abgeleitet.
Die holzbasierte Bioökonomie ist eine wichtige Säule der Bioökonomie, die sich mit der nachhaltigen Nutzung biologischer Ressourcen befasst. Holz ist auf das Volumen bezogen die wichtigste biobasierte Ressource, die eine vielfältige Verwendung hat. Die Themen, mit denen sich Forschungen zur holzbasierten Bioökonomie beschäftigen sind vielfältig und erfuhren über die letzten Jahre hinweg eine deutliche Veränderung. Ausgehend von der Betrachtung der Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Erzeugung von Bioenergie wurden in den darauffolgenden Jahren, die Themen vielfältiger. So gewannen zwischen 2013 mehr Themen wie Politik, Modellierung, Nanocelluose, Bioökonomie, Lignin, Cellulose, Bioraffinerie, Hemicellulose neben Bioenergie an Bedeutung.
Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist eine Notwendigkeit, um eine nachhaltige Rohstoffproduktion sicherzustellen, langfristig nutzbare Verfahren und Produkte zu entwickeln und damit die Transformation hin zu einer biobasierten Lebens- und Wirtschaftsweise zu beschleunigen. Forschung kann dazu beitragen, neue Technologien, Verfahren und Produkte zu entwickeln. Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist auch aus wirtschaftlicher Sicht von Bedeutung, da sie die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen in der Forst- und Holzwirtschaft stärkt und neue Geschäftsmöglichkeiten eröffnet. Ebenso ist die Forschung zur erfolgreichen Umsetzung der holzbasierten Bioökonomie notwendig, um neues Wissen und Erkenntnisse zu erlangen. Dies gilt besonders für die Einbindung verschiedener Stakeholder und damit die Akzeptanz der holzbasierten Bioökonomie in unserer Gesellschaft zu erhöhen.
Alle unterschiedlichen Bereiche, Akteure und Produkte innerhalb der Wertschöpfungskette Forst und Holz sind in der holzbasierten Bioökonomie von großer Bedeutung. Sie sind eng miteinander verflochten und können sich gegenseitig beeinflussen und ergänzen. Die Forschung der holzbasierten Bioökonomie muss daher international und interdisziplinär sein sowie sich aus verschiedenen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen zusammensetzen. Grundlegend dabei ist, Wertschöpfungsketten ganzheitlich im Kreislauf zu denken und dabei alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit (Ökonomie, Ökologie, Soziologie) gleichwertig und integrativ in der Gestaltung zu beachten. Insgesamt hat die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie das Potenzial, die Forst- und Holzwirtschaft nachhaltiger
und produktiver zu gestalten, indem biobasierte Alternativen zu fossilen Rohstoffen entwickelt werden. Sie trägt zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Nutzung von Holz als Ressource bei und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen.
Der Vortrag betont die zentrale Rolle von Holz in der Bioökonomie für die notwendige Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Der Fokus liegt dabei auf der ganzheitlichen Betrachtung der Wertschöpfungskette Forst-Holz und möglichen Beschleunigern für eine bioökonomische Transformation: Interdisziplinäre Lösungskompetenz ist gefragt, um Holz als Rohstoff für zukunftsfähige Produkte zu etablieren, Holzarten, -sortimente und -qualitäten optimal den verschiedenen Verwendungen zuzuführen und die Kreislaufwirtschaft als Schlüssel zur Ressourceneffizienz umzusetzen.
Der Vortrag wurde im Rahmen des Stuttgarter Nachhaltigkeitsstammtisch gehalten.
Die Technische Hochschule Rosenheim ist überregional bekannt für Ihre Expertise im Fachbereich Holz und Bau. Nach dem Vorbild des kooperativen Modells der Hochschule Landshut in Kooperation mit der TU München implementierte die TH Rosenheim im Jahr 2020 den Studiengang Ingenieurpädagogik für den Fachbereich Bautechnik mit der Option Holztechnik als Unterrichtsfach. Der Beitrag skizziert Motive, Strukturelemente sowie erste Entwicklungen. Dabei lassen erste deskriptive Ergebnisse die Hoffnung zu, dass sich über das Modell neue Zielgruppen für eine Karriere im Lehramt an beruflichen Schulen generieren lassen. Besonders auffällig für das Rosenheimer Modell ist die Bedeutsamkeit der Polyvalenz sowie das Interesse an einer praxisnahen Ausbildung rund um den Werk- und Baustoff Holz.
In the whole field of woodworking, from carpentry to industry, new products are created and designed every day and manufacturers wonder if similar workpieces have already been produced in the company and if corresponding drawings, information, tools, jigs, etc. can be reused. Under certain circumstances, considerable duplication of work can be avoided and a more efficient production is possible. In order to find similar workpieces, it must be clarified what exactly is meant by similarity. The different fields of knowledge do not provide a clear definition. However, similarities are always used to compare objects. In woodworking, objects can be a wide variety of components and products, such as carcase sides, furniture fronts, fittings, tools or profile strips. The search for similar profiled elements – related to the potential, data structure and algorithms – is the focus of this paper. There is a wide range of different profiled elements, which are used constructively as well as decoratively, e.g. for baseboards, door frames, window frames or decorative moulding profiles. These profiles are manufactured in a multi-stage production process in which the workpieces are first machined with profiled tools before surface finishing takes place. Along this production chain, tools, machine settings and, in some cases, fixtures are used that are adapted to the respective profile and can be reused for the same or similar jobs. Inheritance of information offers the greatest potential of similarity search. Inheritance means that existing knowledge in the form of drawings, CNC programs, process parameters and setup specifications, etc., is transferred from existing profiles to a new profile. By inheriting existing information, for example, the effort required for process setting can be reduced by adopting spindle positions, positions of guides and stops, or feed and cutting speeds. However, this can only be done if the process knowledge and other technological information concerning a profile are sufficiently documented. This is the only way how all information is made available for the similarity search and inheritance, and also for setting the processes when the profile is manufactured once again. The profile data must therefore be stored in a meaningful structure without loss of information. Therefore, a holistic product data model was developed that combines the geometrical with the technological profile data. The developed model allows a combined search for geometrically and e.g. materially similar products – also with a weighted evaluation of the individual criteria. The research has shown that data modelling is the essential foundation for the implementation of modern AI algorithms to enable similarity search. In conclusion, the use of a search system for geometrically and technologically similar profiles represents a real innovation for wood processing companies. This paper presents a holistic approach for geometrical and technological similarity search presenting different algorithms
Due to the increasing customer demands, companies face the challenge of adapting their manufacturing facilities to produce batch size one parts. In this context, each component comes with specific customer requirements, significantly increasing the complexity of its manufacturing process. Traditional process planning done by employees is no longer feasible in the face of the growing complexity and diversity of batch size one parts. Therefore, there is a need for novel computer-aided process planning methods capable of autonomously learning and identifying the necessary machining features of these parts. We propose a configurable automated feature recognition framework tailored to batch size one parts to address this need. This framework comprises two main components. First, a customizable data generator is developed to create a dataset of computer-aided design models incorporating user-specific machining features. Second, a graph neural network is employed to learn these user-specific machining features by leveraging the graph structure represented by the vertices and edges in each computer-aided design model. We evaluate the effectiveness of our framework using a real-world example from the furniture industry. Specifically, we construct a dataset comprising over 7000 computer-aided design models of wooden boards using our framework's data generator. Each wooden board contains up to 30 randomly placed machining features for the application of connectors and fittings, randomly selected from 14 standard machining features commonly used in the furniture industry. An optimization algorithm adapts a graph neural network for classifying these specific machining features. The results demonstrate that our framework addresses the automated feature recognition problem without requiring data conversions, such as pixels or voxels, as other approaches often do. By introducing this configurable automated feature recognition framework, we solve the challenges posed by batch size one manufacturing. The framework's effectiveness and accuracy are demonstrated through extensive testing on the example of the furniture industry, showcasing its potential for enhancing manufacturing processes in various domains
Investigation of tool wear of the trimming unit and resulting quality in the edgebanding process
(2023)
The edgebanding process, i.e. the covering of the raw edge of the laminated particleboard by means of decorative plastic or real wood veneer bands, is an important process step in the manufacture of furniture components. The quality of the final product is significantly influenced by this production step. The manufacturing process step within the edgebanding machine begins with the milling of the raw edge. The quality of the edgebanding process is determined by a large number of process input variables, such as the tool used and the cutting geometry, the type of laminate used for the wood-based material, adhesives, etc. The quality of the edgebanding process is also determined by the type of material processed. Particularly with regard to the materials, the increased use of recycled wood in the particleboard sector and different types of adhesives (with reduced formaldehyde emissions) results in increased demands on the milling process. Due to this developments, most of the earlier investigations (in the years 1990 - 2000) are not comparable with today’s general conditions. The mechanical and optical properties of the edge applied to the end product are decisively influenced by the quality of this joint. The milling technology used, as well as the tool used for this purpose and its condition, is a decisive influencing factor in the formation of quality. Tests on the indication of various influencing variables in the edgebanding process at the Rosenheim Technical University of Applied Sciences showed that in the case of chipboard milling, a decrease in the electrical power required for the cutting process can take place with increasing tool wear. It was also demonstrated that previous process steps in furniture production, such as panel dividing by means of sawing or milling/nesting, generally have a significantly different influence on the subsequent joining process during edge banding process. Furthermore, a direct correlation was determined between the mechanical properties of the end product and the condition of the tool used, which can be used as a measurable indicator. In addition to the effect of the tool condition on the mechanical properties of the edge banding, this also has an impact on the optical quality characteristics. Accordingly, it could be demonstrated here that an increase in the size and number of chippings takes place in the laminate of the board material to be processed.