Hinter den Kulissen mit Robotiktechniker Philippe Fleischmann

Philippe Fleischmann ist Leiter Industrierobotik und Automatisierung im Robotic Fabrication Lab (RFL) und Teil des NFS DFAB. Diesen Sommer reiste er für ein Sabbatical nach Ottawa (Kanada), um beim Aufbau eines neuen Labors zu helfen. Mit dabei im Gepäck hatte er seine Expertise sowie COMPAS_RRC, ein an der ETH entwickeltes Softwarepaket. Doch wie kam es dazu, dass Philippe, gelernter Automatiker, heute Experte für Industrieroboter im weltweit grössten Labor für Roboterfertigung ist?

Bevor Philippe Fleischmann im Robotic Fabrication Lab (RFL) der ETH Zürich mit Robotern flüsterte, war er in der Industrie tätig. Ursprünglich absolvierte er eine Lehre zum Automatiker bei der Späni Elektromechanik AG, einem lokalen Industrieunterhemen. “Die Unsichtbarkeit von Strom und die Logik dahinter hatten mich schon als Junge fasziniert”, sagt er. Im Betrieb, in dem er seine Lehre absolvierte, lernte er die Grundgedanken der Automatisierung. “Mich reizte die Weiterentwicklung der komplexen Industriesysteme”, erzählt Philippe “und so habe ich mir in einer höheren Fachausbildung das Wissen zur Entwicklung und Programmierung dieser Systeme angeeignet.” Zu dieser Zeit war von Industrierobotern im Bausektor noch keine grosse Rede, erinnert er sich.

Vom Kabelziehen zum Programmieren

So lernte Philippe das Programmieren von Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Theoretisch an einer auf Automatisierung spezialisierten Fachhochschule berufsbegleitend und praktisch bei der Firma Marti Engineering AG. “Vom Kabelziehen zum Programmieren", sagt Philippe und lacht. Bei Marti Engineering, einem führenden Prototypenmaschinenhersteller in der Schweiz, der unter anderem massgeschneiderte Endeffektoren für ABB Robotics entwickelt, lernte er nicht nur das Programmieren, sondern auch die Entwicklung von hochkomplexen Prototypen für die Automatisierungsindustrie. “Bei meiner Arbeit kam ich in Kontakt mit einem der grössten Roboterintegratoren in der Schweiz, der Partnerfirma Marti Systeme AG.” Die beweglichen Arme haben Philippe auf Anhieb fasziniert, ebenso die Programmierlogik und die moderne Entwicklungsumgebung RobotStudio. “Im Alter von 26 Jahren absolvierte ich ein Praktikum bei Marti Systeme und seither stehen Industrieroboter im Zentrum meiner Arbeit.”

Philippe Fleischmann während der Arbeit in der Industrie bei der Marti Systeme AG. Foto: Marti Systeme AG

Ein Labor für die digitale Fabrikation

2014 wurde das Sequenzielle Dach (2010-2016) an der ETH Zürich, ein robotergefertigtes Dach, von der Erne Holzbau AG gebaut. Dies wird Philippes erster Kontakt mit der digitalen Fertigung gewesen sein. Güdel, der Portalspezialist und Roboterlieferant für das anspruchsvolle Projekt, bat nämlich Philippes damaligen Arbeitsgeber, Marti Systeme, um Unterstützung bei der Inbetriebnahme des massgeschneiderten Portalroboters.

"Durch die Zusammenarbeit mit Erne Holzbau AG, Güdel und dem Start-up Rob Technologies von Gramazio Kohler Research (GKR) erfuhr ich auch zum ersten Mal vom Aufbau des Robotic Fabrication Lab, einem neuartigen Forschungslabor. In diesem sollen später Professor*innen einziehen, die sich in ihrer Forschung mit Digitaler Fabrikation, zum Beispiel mittels Roboter, auseinandersetzen.” Philippe wechselt 2016 von der Industrie an die ETH, um sich dem gewaltigen Protalsystem mit vier Robotern und einem grossen Arbeitsbereich im entstehenden RFL zu widmen.

Herausforderung Softwarekommunikation

An der ETH kam er in Kontakt mit Professor Matthias Kohler (GKR). Dieser forderte ihn 2018 mit dem Projekt Spatial Timber Assemblies für den Demonstrator DFAB House (2016-2019) heraus. “Matthias fragte, ob es möglich sei, die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. In der damaligen Forschung,” erzählt Philippe, "war die Softwarekommunikation bei voller Geschwindigkeit des Roboters zu langsam und die Bewegung des Roboters kam zum Stocken. Wir brauchten eine bessere Lösung, um das Potenzial des Industrieroboters zu nützen". Die Beherrschung von Industrierobotern erfordert interdisziplinäre Erfahrung in Mechanik, Elektrotechnik, Antriebstechnik, Programmiertechnik und Prozessverständnis, die Philippe mit an den Tisch brachte. "Bei Marti Systeme habe ich Systeme mit bis zu drei koordinierten Robotern und zwei externen Achsen programmiert. An der ETH sind es vier Roboter mit zehn zusätzlichen Achsen", sagt Philippe mit leuchtenden Augen.

Jedes neue Projekt im Labor hilft Philippe, sein Wissen zu erweitern.

COMPAS_RRC: Volles Potential für Industrieroboter in der Akademie

Drei Jahre lang und ein Grossprojekt im Massstab des DFAB Houses brauchte es, bis Philippe, die Problematik der Ansteuerung verstand. Seither entwickelt er an der ETH in Zusammenarbeit mit Gonzalo Casas und Mike Lyrenmann COMPAS_RRC ein Tool, um die Bewegungen des Roboters anzusteuern und die Abläufe für die Produktion harmonischer zu gestalten. Der Fokus wurde auf eine perfekt programmierte und zykluszeit-optimierte online Kommunikation gesetzt. Die Kommunikation konnte so massiv verschnellert werden. “Die Jobs und die spezifischen Parameter werden in der Designumgebung kontrolliert und an den Roboter gesendet, dieser führt sie entsprechen aus und liefert das Prozessfeedback zurück in die Designumgebung”, erklärt Philippe. Das Projekt Semiramis (2020-2022) lieferte später den Beweis, dass die Kommunikation den ganzen Portalroboter mit allen externen Achsen koordiniert im Automatikmodus steuern könne. "COMPAS_RRC soll eine Brücke zwischen Forschungs- und Industriespezialist*innen schlagen”, so beschreibt Philippe den Grundgedanken des innovativen Softwarepackets.

Im Semiramis-Projekt (Gramazio Kohler Research) arbeiteten vier Roboter gleichzeitig in einem noch nie dagewesenen additiven Fertigungsprozess. Bild: Michael Buholzer / Keystone

COMPAS_RRC im NFS Digitale Fabrikation

Das Softwarepacket COMPAS_RRC hilft Forschenden bei der Prozessentwicklung. Philippe holt aus: “Dank COMPAS_RRC ist es jetzt möglich das volle Potential der Industrieroboter von ABB und deren prozessspezifischen Systemlösungen (zum Beispiel Highend Schweiss-Equipment von Fronius) einzusetzen und in relative einfacher Zusammenarbeit mit den Automatisierungsspezialist*innen in komplexe digitale Fabrikationsprojekte zu integrieren.” Dies kommt auch dem NFS DFAB zugute: Das Softwarepaket spielte und spielt es in vielen Projekten wie zum Beispiel bei der Concrete-Choreography (2019), der Clay Rotunda (2021), Semiramis (2020-2022) und dem Eggshell Pavilion (2021-2022) eine zentrale Rolle. “Durch die Vielseitigkeit der Projekte lernte ich viel Neues dazu und bilde mich stets weiter”, sagt Philippe. Denke er an die Anfänge zurück, habe sich seit seinem Einstieg in die Branche viel getan: “Als das RFL noch in Kinderschuhen steckte, gab es fünf Roboter, mit denen die Forschenden arbeiteten. Heute stehen etwa 40 Roboter im Haus.” Auch das Interesse an Industrierobotik in der Baubranche sei gestiegen, nicht nur in der Schweiz, sondern weltweit.

COMPAS_RRC Kompetenzzentrum in Kanada

So kommt es, dass COMAS_RRC heute bereits in sechs Ländern weltweit bei 13 verschiedenen Organisationen eingesetzt wird und bei über 50 realen Systemen mit Lizenzen installiert wurde. Dank Philippe hat COMPAS_RRC diesen Sommer seinen Weg nach Kanada gefunden, ins Carleton Sensory Architecture and Liminal Technologies (CSALT) Labor an der Carleton University. Das CSALT-Labor wird von Professor Sheryl Boyle geleitet. Sie und ihr Team erforschen neue Technologien im Bereich Design für Fertigung und Montage. Mit der Unterstützung von Philippe haben die Forschenden Prozesse entwickelt, die von der Designumgebung in Rhino/Grasshopper, über die Feedback basierte Prozessentwicklung in Python mit COMPAS_RRC, bis hin zu Multi Roboter Kontrolle reichen. Mit Adonis Lau ist eine Ansprechperson für COMPAS_RRC im Raum Kanada dazugekommen (siehe Infobox).

COMPAS_RRC als Bindeglied zwischen Industrie und Akademie

Ein für den 21. bis 23. Mai 2024 während der internationalen Messe RobARCH in Toronto (Kanada) geplanter Workshop zeigt das anhaltende Interesse und die Relevanz von COMPAS_RRC für die globale Forschung und Entwicklung. "Der Workshop im Bereich der digitalen Fabrikation ist hoffentlich ein weiteres Puzzlestück in der Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft", sagt Philippe. Philippe hofft, dass die fortgeschrittene Zusammenarbeit zu neuen effizienten Produktlösungen für die Bauindustrie führen wird.

COMPAS_RRC wird im Carleton Sensory Architecture and Liminal Technologies (CSALT) Lab an der Carleton University eingesetzt.

Adonis Lau von der Carleton University ist Ansprechspartner für COMPAS_RRC in Kanada. Er ist Teil des Carleton Sensory Architecture and Liminal Technologies (CSALT) Labor und leitet die Kodierung im Labor. Kontaktiere Adonis gerne via E-Mail: AdonisLau@cmail.carleton.ca