автоматизация строительных процессов что это
АВТОМАТИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
Внедрение комплексной механизации и создание прогрессивных типов машин, оснащенных электро- и гидроприводом является базой для перехода к автоматизации строительных работ и производственных процессов.
1) механические руки – манипуляторы;
2) устройства переработки, преобразования и хранение информации (например ЭВМ) и чувствительные датчики;
3) при необходимости средство передвижения.
Манипулятор – это устройство, дистанционно управляемое оператором и (или) программным устройством, содержащее рабочий орган, предназначенный для имитации (повторения) перемещений и рабочих функций руки человека.
Автоматические роботы условно делятся на 3 поколения:
1) программные, 2) адаптивные, 3) интеллектные.
Программные роботы перепрограммируются человеком, после чего робот повторяет жестко заданную программу.
Адаптивные роботы в ходе технологического процесса, в зависимости от обстановки, которая неточно определена заранее, перепрограммируются, т.е. адаптируются автоматически в определенных рамках.
В интеллектных роботов задание попадает в более общей форме, а у самого робота есть возможность планировать свои действия в неопределенной или меняющейся обстановке. Таким образом, роботы третьего поколения проявляют как бы элементы искусственного интеллекта: воспринимают неопределенность или изменение обстановки, обрабатывают эту информацию, на основе чего автоматически вырабатывается и принимается решение. Поколение не означает смену роботов, правильнее сказать, каждое поколение предназначено для определенного вида работ.
27. Основные направления автоматизации в ж.д. строительстве. Экономическая эффективность автоматизации строительных процессов.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ В ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Таких направлений 3:
1. Автоматизация работы существующих машин, механизмов и оборудования путем использования имеющихся и создания новых автоматических устройств и систем.
Внедрение таких устройств и систем позволяет автоматически осуществлять пуск и остановку электродвигателей и машин в заданной технологической последовательности, производить регулирование скоростей движения машин и основных ее элементов, осуществлять эксплуатацию рабочих органов машин на оптимальном режиме двигателя, защиту машин от перегрева, опрокидывания, перегрузок и т.п., регулирование температуры, влажности, давления и других параметров. В отдельных установках, устанавливают сигнализацию о состоянии работающих машин, механизмов, оборудования и т.д.
2. Создание новых машин и механизмов с автоматическим управлением. Так, например, созданы машины, имеющие автоматизированные устройства, предназначенные для регулирования положения отвала и нагрузок на двигатель при ведении планировочных работ (см. лабораторные работы).
Имеются звеносборочные агрегаты для сборки звеньев железнодорожного пути, шпалоподбивочные машины с автоматическим управлением, подбивочно- выправочные агрегаты для постановки железнодорожного пути на заданные отметки в плане и профиле, рихтовочная машина с автоуправлением и др.
3. Автоматизация существующих и разрабатываемых вновь производственных процессов в транспортном строительстве и, в первую очередь, процессов на предприятиях стройиндустрии (автоматические бетонные заводы, автоматические линии по изготовлению железобетонных шпал.)
28. Значение и область применения бетонных и ж.б. работ в ж.д. строительстве.
Дата добавления: 2015-01-19 ; просмотров: 34 ; Нарушение авторских прав
Автоматизация процессов в строительной компании
Содержание
Российские власти планируют перейти на стандарты цифрового строительства к 2024 году, чтобы объединить все IT-системы, которые используются в отрасли, и автоматизировать процессы на всех этапах возведения зданий. По подсчетам Минстроя, это увеличит IQ-городов на 30%. Однако у компаний нет необходимости ждать, пока государство начнет мотивировать на внедрение технологий — использовать системы цифровизации и ускорять работу можно уже сейчас.
Системы автоматизации для строительного бизнеса помогают компаниям планировать финансовые потоки, управлять персоналом, создавать территориально-распределительные системы, организовывать слаженную работу подразделений и не тратить лишнее время на подготовку и согласование документов. Как именно автоматизация решает эти задачи — рассказываем в материале.
Зачем строительной компании оцифровывать процессы
Строительный бизнес — сравнительно сложный в силу специфики отрасли и большого числа нормативных актов, поэтому нуждается в цифровизации многих аспектов деятельности. В первую очередь необходимо автоматизировать:
Помимо перечисленных пунктов, строительный бизнес нуждается в автоматизации снабжения строительных объектов, сервисах для бизнес-планирования и/или программах для управления кредитами, поскольку отрасль связана с частым использованием заемных средств. Поэтому на рынке автоматизации существуют комплексные решения, разработанные специально для строительных организаций.
Какие IT-системы помогают с цифровизацией в строительной компании
Крупные строительные организации, как правило, решают задачи по автоматизации с помощью собственных программных комплексов. Это дорогостоящие решения, которые нуждаются в обслуживании и доработке, так как отрасль постоянно меняется. Услуги квалифицированных программистов обходится дорого: разработка, интеграция и поддержка системы может стоить десятки миллионов рублей ежемесячно.
Небольшим строительным компаниям обычно проще подключить готовое IT-решение, которое помогает с цифровизацией ключевых аспектов бизнеса. Примеры таких систем автоматизации: «Галактика ERP», «Алтиус», Oracle JD «Управление проектами», MAG Builder, SAP for engineering, «Алеф», «Ланит-строительство» и др.
Большинство комплексных интегрированных решений помогает с основными задачами автоматизации: бюджетированием, управлением затратами, договорами и проектной работой, составлением смет, снабжением, мониторингом и бизнес-планированием. Также есть комплексные решения, которые закрывают все вопросы управления строительной компанией:
Цена таких решений начинается от нескольких миллионов рублей в месяц (в зависимости от размера компании), а срок окупаемости зависит от текущих расходов на операционную деятельность. Если застройщик не хочет полностью автоматизировать бизнес-процессы, можно подключать отдельные модули программ автоматизации.
Например, компания Rotenstein строит загородные дома, а клиенты часто обращаются к менеджерам, чтобы узнать статус строительства. Компания на своем сайте создает личный кабинет для клиента, где будущие владельцы коттеджей могут круглосуточно получать актуальную информацию о ходе работ, графике платежей, сроках технического обслуживания и проч. В результате индекс потребительской лояльности (NPS) вырос на 20%, а сотрудники компании стали тратить меньше времени на информирование клиентов по стандартным вопросам.
Как автоматизировать работу с документами в строительной компании
Подготовка документов может занимать много времени, ведь в капитальном строительстве используются десятки различных журналов, справок и актов, например: журнал учета работ, справка о стоимости и затратах, акты о сдаче в эксплуатацию, оценке здания или разборке временных сооружений. Все эти документы можно готовить за несколько минут, если пользоваться платформой автоматизации.
Doczilla Pro — платформа, которая специализируется на автоматизации подготовки и согласования документов. Главная функция — избавить сотрудников от монотонных операций с документацией и высвободить их время на решение сложных задач. Наши клиенты экономят до 10 раз на работе с договорами и другими документами, что улучшает производительность всей компании.
Интеграция с СЭД, CRM, ERP-системами и внутренними базами данных. Doczilla Pro интегрируется с различными системами электронного документооборота и вашими базами данных, что позволяет использовать данные из таких систем автоматически, исключая рутинный ручной перенос.
Посмотреть, как Doczilla Pro помогает оптимизировать документооборот за счет интеграции с системами электронного документооборота, можно здесь: Вебинар Doczilla и Ланит →
Интерактивные шаблоны. Они заменяют несколько типовых форм: вам не нужно параллельно вести типовые договоры, в которых различаются несколько условий — вы можете работать в одном интерактивном шаблоне. Если внести в него изменения, то обновление автоматически затронет все формы. Полезно, если в вашей компании изменился бизнес-процесс и теперь нужно быстро отредактировать несколько типовых форм за один раз.
Библиотека знаний. Библиотека — это модуль с популярными формулировками. Сотрудник начинает вводить формулировку и получает уже проверенный вариант, который добавляется в договор за один клик. С библиотекой работают юристы строительной компании — именно они создают интерактивные шаблоны и сложные уникальные договоры. Менеджер по продажам может быстро составить договор с помощью формулировок, которые добавили юристы.
Сохранение стилей. Если вы оформляете документы в едином корпоративном стиле, то при копировании в редактор Doczilla Pro текст сохраняет внешний вид: начертание шрифта, кегль, интерлиньяж, цвета и отступы. Таблицы, иллюстрации, абзацы и другие элементы текста переносятся корректно, ничего не придется править.
Работа в едином пространстве. Сотрудники могут одновременно работать над одним и тем же файлом и ставить друг другу задачи, а также отслеживать статус выполнения операций и вносить правки. Руководитель отдела может в любой момент выбрать нужную версию файла, проверить историю изменений и отследить каждое действие.
Аналитика эффективности сотрудников. Платформа наглядно показывает, сколько договоров создают ваши менеджеры строительной компании и как часто они работают с платформой. Это помогает выявить лучших сотрудников.
Профессиональная служба заботы о клиентах. Мы выделяем персональный канал поддержки с менеджерами, которым не нужно объяснять задачу при каждом обращении. Мы на связи по любым вопросам: техническая поддержка, консультации и обучение работе с платформой.
Чтобы подключить Doczilla Pro, оставьте заявку и мы перезвоним в течение 15 минут для уточнения деталей.
Заключение
Постепенный переход на автоматизацию поможет строительной компании не только соответствовать планам государства по переходу на цифровое строительство, но и оптимизировать бизнес-процессы: быстрее возводить здания, обеспечить безопасность сотрудников, снижать влияние на окружающую среду и тратить меньше времени на работу с документами.
Программы для строительной организации
Автоматизация строительства позволяет эффективно управлять бизнесом, решать разные задачи, увеличивать продажи. С помощью современных программ работа строительной компании становится рациональной и стабильной, более прибыльной.
Зачем строительной компании нужна автоматизация?
Специализированные программы позволяют строительным организациям правильно организовывать финансовое планирование. Программы позволяют вести налоговый и бухгалтерский учет, управлять деньгами, организовывать слаженную работу в подразделениях.
Автоматизация строительной компании нужна для того, чтобы:
Это важно знать! Современное программное обеспечение используется для решения не одной, а целого комплекса задач.
Какие задачи решает автоматизация строительства?
Решения по автоматизации позволяют проводить разноплановый анализ хозяйственной деятельности организации, следить за соблюдением сроков строительства, взаимодействовать с подрядчиками и заказчиками.
Комплексные программы, разработанные для строительных компаний, решают такие основные задачи:
Программы для автоматизации строительства
Более 15 000 успешных внедрений для строительных компаний
Лучшие программы для строительной организации
Строительные компании должны выбирать проверенные и надежные программы для автоматизации. Решения предназначаются для комплексной автоматизации, позволяют эффективно управлять бюджетами и финансами.
Лучшими считаются такие программы:
Перечисленные программы имеют свои особенности, индивидуальные характеристики, предназначение. Рассмотрим более детально каждую программу для автоматизации строительства.
БИТ.СТРОИТЕЛЬСТВО 365
Преимущества комплексного решения БИТ.СТРОИТЕЛЬСТВО 365:
Ввод данных можно осуществлять прямо на объекте. Бухгалтер на аутсорсинге получает удобное предоставление данных. Отсутствуют задержки с контролем материалов, инвентаризацией.
Программа интегрируется с Битрикс 24, что увеличивает возможности по управлению строительными объектами. Улучшается постановка, контроль выполнения задач. Расширяются возможности по управлению сделками, проектной документацией.
Решение для небольших строительных компаний
Облачный сервис БИТ.СТРОИТЕЛЬСТВО 365
1С:Бухгалтерия строительной организации
Конфигурация содержит 4 разные подсистемы:
В первой подсистеме можно формировать аналитические отчеты по движению денег и расчетах с контрагентами, проводить акты взаимозачетов с контрагентами.
Вторая подсистема необходима для планирования, учета затрат заказчика объекта строительства. Позволяет вести раздельный учет НДС по трате на капитальное вложение, печатать комплект документации, которая используется заказчиками строительства.
С помощью многофункциональной программы специалисты строительной организации смогут сформировать инвентарную книгу ОС, создать отчеты по незавершенным объектам на конкретную дату. Программный продукт позволяет создавать отчеты о наличии, количестве строительных материалов на каждом складе.
Отраслевое решение БИТ.СТРОИТЕЛЬСТВО
Ключевые достоинства этого программного продукта:
С использованием программы строительные организации смогут улучшить контроль за финансами, сделать точным процесс планирования. Повышается достоверность финансовой отчетности, сокращается время подготовки бюджетов. Отраслевое решение позволяет руководству компании оперативно получать данные по объектам, принимать правильные и обоснованные решения.
БИТ.СТРОИТЕЛЬСТВО для 1С:Бухгалтерия 8 КОРП
Программный комплексный продукт для 1С:Бухгалтерия 8 КОРП обладает широким функционалом. Автоматизированная бухгалтерия подрядных организаций экономит время при оформлении необходимой документации, ведении расчетов налогов для строительной организации.
Современное решение состоит из модулей, которые активируются одновременно или по отдельности. Пользователям программы доступна профессиональная поддержка в рамках договора. Другие важные преимущества программного продукта:
Популярная программа выводит автоматизацию строительства на новый уровень. Продукт позволяет быстро и эффективно решать любые задачи бухгалтерской службы строительного бизнеса. Автоматизируется работа бухгалтерии компании и всех других служб. Программа создана на современной платформе, поэтому быстро настраивается под нужды пользователей.
1С:Подрядчик строительства 3.0.
Специализированное отраслевое решение было создано для эффективного управления строительной организацией. С использованием этой программы можно анализировать ход выполнения строительных и монтажных работ, вести производственное планирование.
Решение содержит подсистемы, предназначенные для управления закупками, запасами, строительным производством. Входят другие модули для управления персоналом, строительными механизмами и машинами.
Многочисленные функциональные возможности программного продукта 1С:Подрядчик строительства:
Можно интегрировать это решение с другими программными продуктами. Есть возможность загрузки смет строительной организации из «1С:Смета 3». В автоматическом режиме выполняется процедура по установке взаимосвязей работ и продолжительности строительства объектов недвижимости.
В редакции 3.0. использованы средства для контроля работы пользователей. Реализован полнотекстовый поиск по информационной базе. Для удобства пользователей поиск осуществляется по нескольким словам и по точным фразам.
1С:Подрядчик строительства 4.0. Управление финансами
Решение позволяет выполнять такие операции:
Программный продукт 4.0 сочетает преимущества предыдущих версий. Следует перечислить все основные достоинства обновленной версии 1С:Подрядчик строительства:
Программный комплекс решает актуальные задачи бухгалтеров, экономистов и руководителей строительных организаций, специалистов подразделений основного производства. Технологическое решение обладает необходимыми ресурсами для удовлетворения потребностей каждого клиента.
1С:Предприятие 8. Управление нашей строительной фирмой
Программа предназначена для:
Бухгалтер компании сможет вести учет финансов, выполнять кассовые и банковские операции, рассчитывать финансовые результаты. Бригадиру будет удобно вести календарные план-графики, учет выполненных работ. С помощью программы руководитель компании управляет трудовыми ресурсами, контролирует сдачу работ. Строители имеют возможность фиксировать выполнение работ на конкретном объекте.
Преимущества этого программного комплекса многочисленные:
Широкий функционал комплексного решения позволяет вести базу клиентов, выполнять расчеты с контрагентами и торговые операции, управлять финансами и кадрами. Индивидуальные предприниматели смогут сдавать отчетность в ФНС, осуществлять другие бизнес-процессы.
БИТ.СТРОИТЕЛЬСТВО.Управление строительными проектами
Программа необходима для того, чтобы вести сквозную аналитику с полным перечнем работ, выполнять учет работ в аналитических разрезах. Модуль нужен для фактического выполнения работ по каждому объекту строительства. Специалисты смогут управлять материальными и производственными запасами компании.
Руководители строительных компаний получают возможность обоснованно принимать эффективные решения, достигать нужных показателей. В результате этого проекты завершаются точно в срок, а отчетность по объектам максимально достоверная. Можно повысить эффективность строительных работ, улучшить разработку проектной документации.
СтройКонтроль
Программный комплекс «СтройКонтроль» предназначается для контроля качества выполненных работ. Устанавливается приложение на мобильные устройства с разными ОС. Руководители строительных компаний могут удаленно контролировать качество работ, принимать оперативные решения после получения данных с объектов.
«СтройКонтроль» подойдет не только руководителям строительных фирм, но и специалистам по организации бизнес-процессов, заказчикам. Продукт предназначается для главных инженеров подрядчиков, специалистов строительного контроля, руководителей конкретных проектов.
Все возможности программы:
Программный комплекс интегрируется с 1С, BIM, CAD и другими решениями. Интеллектуальная система позволяет сократить издержки на 16% и забыть о дополнительных расходах. Пользователи могут ежедневно получать актуальные данные с объектов, мониторить строительно-монтажные работы, выявлять срывы сроков. Программа почти в 3 раза увеличивает скорость устранения замечаний, снижает себестоимость жилья.
Управлять программой удобно через смартфоны, планшеты или компьютеры. Функционал приложения дает доступ к проектной документации в режиме 24/7.
1С:ERP Управление строительной организацией 2
Конкурентные преимущества многофункционального программного решения:
Сметная подсистема предусматривает составление, печать и хранение документации. Оперативно проводится интеграция со сметным программным обеспечением.
БИТ.СТРОИТЕЛЬСТВО.Холдинг
Программа автоматизирует не только бухгалтерию заказчиков-застройщиков, но и расчет заработной платы, управление всеми строительными механизмами. Дополнительно можно автоматизировать подразделения продаж, управление финансами, работу отделов материально-технического снабжения. Программа решает задачи разных подразделений строительной организации.
Сопровождение программного продукта включает профессиональные консультации, доступ к загрузке обновлений, доступ в личный кабинет. Для обслуживания клиентов обязательным является наличие действующего договора.
Renga Architecture
Renga Architecture имеет такие ключевые особенности:
В Renga Architecture возможен обмен данными в разных форматах. Можно использовать двухмерные или трехмерные данные на всех этапах работы над проектом.
Конкурентные преимущества Renga Architecture для строительного бизнеса:
Комплексная система позволяет создавать модель объекта строительства, использовать ее на всем жизненном цикле. Созданная модель подойдет для визуализации заказчику, подсчета смет, оформления чертежей. Созданная BIM-модель будет максимально понятной для инженеров, заказчиков, конструкторов компании.
Битрикс24 для подрядной строительной компании
Система включает широкий функционал с возможностью автоматизации бизнес-процессов. Можно удобно управлять разными объектами, вести документооборот проектной документации, выполнять постановку и контроль задач.
С использованием инструмента «Резервирование» удастся забронировать бригаду и специальную технику. Корпоративный портал позволяет руководству строительной организации проконтролировать и повлиять на ход основных процессов. Интеграция с другими программами нужна для того, чтобы выгружать актуальную информацию, настраивать синхронизацию. Полученные данные будут продублированы в упрощенном виде.
Битрикс24 для застройщиков
Функционал Битрикс24 для застройщиков автоматизирует действия, которые повторяются, создает сценарий продаж. Созданные сценарии продаж учитывают, когда нужно запустить рекламу или поставить задачи сотрудникам. Специальные триггеры проверяют запросы потенциальных покупателей, запускают сценарий работы.
Интеграция с БИТ.Строительство и 1С позволяет выгружать актуальные данные, настраивать синхронизацию. В упрощенном виде дублируются данные о свойствах помещений, актуальных ценах на объекты недвижимости.
Минимизируются сроки подготовки КП. Документацию можно создавать по шаблону, сразу отправлять ее из интерфейса. Пользователь выбирает формат, в котором будет отправлен счет или другой документ.
Специальная подсистема создана для оценки эффективности работы отдела продаж. Руководство строительной компании анализирует информацию по выполненным сделкам, клиентской базе и партнерам. В общем аналитическом отчете отображается информация по разделам CRM. Есть возможность создания индивидуальных шаблонов отчетов.
Дополнительно настраиваются статусы сделок. Статус объекта недвижимости меняется, а менеджер компании получает уведомление о работе по продажам. Руководителю фирмы поступает информация о воронке продаж, задержке сделок. В результате этого увеличиваются продажи объектов недвижимости.
Обращайтесь к нашим специалистам, чтобы заказать подходящую программу для автоматизации строительства!
Автоматизация процесса строительства и связанные с ней технологии
Статья опубликованная в журнале Automation in Construction, том 13, выпуск 1 (январь 2004 г.). Публикуется с небольшими сокращениями.
Профессор Университета Южной Калифорнии
Los Angeles, CA 90089-0193
Хотя автоматизация уже широко используется в производстве, рост автоматизации в строительстве происходит очень медленно. Традиционные методы автоматизации производства, используемые в промышленности, не позволяют строить большие конструкции с необходимыми характеристиками. Этим можно объяснить низкий рост автоматизации процесса строительства. Контурное строительство (Contour Crafting) – это технология послойного возведения, которая имеет большой потенциал как в автоматизации строительства целых сооружении, так и отдельных подкомпонентов. Используя данную технологию можно автоматически построить отдельный дом или ряд домов в один проход, каждый возможно с различной архитектурой, вместе со встроенными в тело конструкции трубопроводами и каналами для инженерных сетей.
Начиная с начала 20-го века автоматизация производства постоянно росла и в настоящее время преобладает почти во всех отраслях, за исключением строительства. Внедрение автоматизации в процесс строительства зданий и сооружений осуществлялось медленно ввиду ряда причин: а) неприменимости существующих технологии автоматизации для производства продукции большого размера, б) традиционным методам проектирования, которые не позволяют автоматизировать процесс строительства, в) значительно более низкой доли количества и типов конечной продукции по сравнению с другими отраслями, г) ограничении в материалах, которые можно использовать в системах автоматизации, д) экономической непривлекательности дорогого автоматического оборудования, е) по управленческим причинам. С другой стороны, строительство сталкивается сейчас с серьезными проблемами (Warszawski and Navon, 1998), такими как
Автоматизация производства в строительной сфере развивалось приблизительно прошедшие два столетия, но за исключением нескольких успешных попыток (см. например Balaguer и др., 2002), строительство целых сооружении осуществлялось преимущественно ручным трудом. Это потому что различные традиционные методы автоматизации производства не позволяют возводить большие конструкции. В этом плане многообещающими является новая технология послойного наращивания известная как быстрое прототипирование (Rapid Prototyping) или Solid Free Form Fabrication. Хотя несколько методов быстрого прототипирования развиваются на протяжении двух десятилетии (Pegna, 1997) и известно об успешном применении этих методов в ряде отраслей (включая инструментальную промышленность, медицину, производство игрушек и т.д.), большинство методов послойного наращивания ограничены в способности использования материалов, применяемых в строительстве. К тому же, у них ограничена скорость нанесения материалов, которая делает их привлекательными только для изготовления небольших деталей. Контурное строительство (КС) видится единственной технологией послойного наращивания, которая применима для строительства домов (Khoshnevis, 1998).
Рисунок 1. Строительные инструменты
Контурное строительство (Contour Crafting) (КС) – это аддитивная технология, в котором используется компьютерное управление для безопалубочного возведения несущих и ограждающих конструкций с ровной и гладкой поверхностью. Важными преимуществами КС по сравнению с другими процессами послойного наращивания являются лучшее качество поверхности конструкции, более высокая скорость возведения и более широкий выбор применяемых материалов.
Рисунок 2. Процесс контурного строительства
Ключевым элементом КС является использование двух ограничительных пластин, с помощью которых создается ровная и гладкая поверхность объектов. Скульпторы и ремесленники с древних времен использовали простые инструменты, такие как кельмы, шпатели, скульптурные ножи и другие, изображенные на рисунке 1, для придания формы материалу. Универсальность и эффективность этих инструментов засвидетельствовано древними керамическими сосудами и скульптурами с замысловатой и сложной геометрией поверхности и лепниной на стенах помещении. Инструменты для придания формы используются сегодня в промышленном моделировании (например, для создания глиняных моделей автомобилей). Однако, несмотря на прогресс в механизации и автоматизации процессов, эти простые, но мощные инструменты используются пока только в ручном труде, и их использование ограничено созданием моделей и штукатурными работами в строительстве.
В КС для использования преимуществ таких инструментов в создании поверхностей высокого качества применяется компьютерное управление. Метод послойного возведения позволяет создавать различные формы поверхностей, используя меньше инструментов, чем при ручном труде. Это гибридный метод, который сочетает в себе процесс экструзии для формирования внешней поверхности формы и заливку для формирования сердцевины. Как показано на рисунке 2, экструзионное сопло имеет верхнюю и боковую ограничительную пластину. Благодаря пластинам при выдавливании материала создаются ровные внешняя и верхняя поверхности слоя. Боковая пластина может быть наклонена под некоторым углом для создания наклонных поверхностей. С помощью экструзии создаются только внешние края (оболочка) каждого слоя объекта. После формирования замкнутой секции каждого слоя, если есть в этом необходимость, пространство, заключенное между краями объекта можно заполнить другим материалом, например бетоном.
ПРИМЕНЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рисунок 3. Строительство традиционных зданий методом КС
Применение КС в строительстве показано на рисунке 3, где портальная система с установленной на каретке соплом, движется по двум параллельным направляющим на строительной площадке. За один проход по этим направляющим можно построить не только отдельный дом, но и ряд домов, каждый возможно со своей архитектурой и планировкой. Традиционные дома можно построить оборудовав машину для
Рисунок 4. Строительство сводчатых зданий методом КС
контурного строительства дополнительным манипулятором для монтажа балок перекрытий. Глиняные сооружения, например такие, какие проектирует CalEath (www.calearth.org) и изображенные на рисунке 4, можно строить без использования поддерживающих элементов, используя свойства куполов и сводов. Ниже приведены некоторые интересные аспекты этой концепции автоматизированного строительства:
Гибкость в проектировании. Технология позволяет архитекторам проектировать сооружения со сложной архитектурной геометрией, которую трудно реализовать с помощью существующих традиционных методов строительства.
Возможность использования разных материалов. Для внешних слоев конструкции и для внутреннего заполнителя можно использовать разные материалы. Также можно использовать материалы, вступающие в химическую реакцию друг с другом и которые будут смешиваться при подаче через сопло непосредственно при нанесении. Количество каждого подаваемого материала будет контролироваться компьютером и может зависеть от того какой участок конструкции или сооружения создается. Это сделает возможным строительство сооружений, где на различных участках требуются различные пропорции материалов.
Рисунок 5. Секция стены
Каналы инженерных систем. Как показано на рисунке 5 каналы для прокладки инженерных сетей могут быть созданы в стенах создаваемых объектов в точности как указано в проектных данных. Образцы стен, выполненные с помощью технологии контурного строительства, как показано на рисунке 8, демонстрируют эту возможность.
Поверхности готовые к покраске. Качество поверхности стен в КС зависит только от поверхности боковых пластин и не зависит от размера отверстия сопла. Следовательно, в КС можно использовать различные заполнители, такие как песок, гравий, армирующая фибра и другие материалы, доступные в данной местности. Вне зависимости от выбора материалов, качество поверхности в КС такое, что не требует какой-либо подготовки перед окончательной отделкой. Система автоматизированной покраски может быть интегрирована с контурным строительством.
Использование инновационных материалов. Поскольку возведение конструкции контролируется компьютером, точное количество нужного материала, такого как smart-бетон, может быть использовано в точно указанном месте. Таким образом, можно добиться, например, чтобы электрическое сопротивление бетона армированного углеродной фиброй в точности соответствовало значению заданного проектом[1].
Рисунок 6. Элементы армирования и процесс армирования стен и колонн
Автоматическое армирование. Для контурного строительства может быть разработана система роботизированного послойного модульного армирования, как показано на рисунке 6. Армирование может осуществляться системой автоматического армирования с помощью трех простых модульных элементов, как показано на рисунке. Для колонн может быть установлен пространственный каркас. Бетон будет заливаться после того как созданы внешние слои, т.е. оболочка стен или колонн. Каркас может повторять геометрию конструкции. Стоить заметить, что системы создания оболочки, армирования и подачи бетона могут быть установлены на одной и той же портальной конструкции.
В качестве альтернативы традиционному металлическому армированию можно использовать другие инновационные материалы, такие как армированный пластик. Поскольку нет необходимости в очень маленьком размере отверстия сопла, через него можно пропускать стекловолоконную или углеродную фибру вместе со связующим материалом (матрицей).
Рисунок 7. Автоматическая укладка плитки
Также можно добиться создания предварительного напряжения методом натяжения на бетон. В процессе возведения в конструкциях могут быть созданы каналы, в которых в последующем будут устанавливаться армирующие элементы из стали или полимерных материалов и производиться их натяжение.
Автоматическая облицовка стен и полов плиткой. Портальная система может быть оборудована манипуляторами для автоматической укладки плитки, как показано на рисунке 7. Один из манипуляторов будет наносить и равномерно распределять клей на стены и полы, другой будет аккуратно укладывать плитку на участки покрытые клеем.
Рисунок 8.Модульные элементы и захватные устройства для прокладки трубопроводов
Автоматическая прокладка трубопроводов. Благодаря послойной технологии возведения конструкции, в контурном строительстве есть возможность устройства в стенах каналов для прокладки инженерных сетей. Это делает возможным автоматическую прокладку трубопроводов и электрических сетей. В случае с трубопроводом, после укладки нескольких слоев стен, секция трубы из меди или другого материала соединяется с нижней уже установленной секцией. Роботизированная система, показанная на рисунке 8 вверху слева, соединяет секции трубопровода и, в случае медных труб, имеет нагревательный элемент (показан красным цветом) в форме кольца. На секции труб предварительно нанесен слой припоя, нагревательный элемент нагревает область соединения, припой плавится и происходит соединение труб.
Рисунок 9. Электрические модули и процесс сборки
Автоматическая прокладка сетей электричества и связи. Модульный подход, похожий на тот который применяется при изготовлении электрических шин, можно использовать для автоматической прокладки сетей электричества и связи. Модули, показанные на рисунке 9, сделаны из материала-диэлектрика, например полимеров, в которые встроены секции проводников. Манипулятор будет подносить модули к месту установки, и соединять их с уже установленными модулями.
Автоматическая окраска. Во время или после послойного возведения стен, манипулятор, установленный на машине для контурного строительства, может осуществлять окраску стен в соответствии с требуемыми параметрами. Манипулятор для окраски может быть оснащен распылительным соплом или механизмом наподобие печатающей головки струйного принтера (вроде тех которые используются для печати больших рекламных щитов).
Несколько прототипов машин для контурного строительства были разработаны в Университете Южной Калифорнии для исследований с использованием различных материалов: термопласты, термореактивные пластики и различные виды керамики. Эти машины состоят из портальной системы, соплового узла с контролем трех элементов (экструзии, вращения и наклона ограничительных пластин) и систему контроля движения в шести осях. На рисунке 10 показана машина, созданная для работы с керамическим материалом, Она способна работать с широким диапазоном материалов включая глину и бетон. Материал выдавливается с помощью поршневой системы показанной слева. На рисунке справа показан механизм для вращения сопла и наклона ограничительных пластин.
Рисунок 10. Машина для экструзии керамической пасты
Рисунок 11. Образцы различной формы, выполненные с помощью КС
Мы провели обширные эксперименты для оптимизации процесса контурного строительства и получения элементов различной формы: квадратной, выпуклой, вогнутой; некоторые заполнены бетоном, как показано на рисунке 11. О размерах полученных элементов можно судить по руке на рисунке 11.
Рисунок 12. Армирование спиралью
Армирование. Для того чтобы увеличить прочность конструкции, возведенных при контурном строительстве, мы исследовали возможность использования различных видов армирования. Например, на рисунке 12 показаны фотографии из наших экспериментов по использованию проволочной спирали. Благодаря высокому давлению экструзии экструдированный материал плотно обволакивает спирали, не образуя никаких внутренних пустот. Похожие результаты были получены и в экспериментах с другими типами армирования. Таким образом, использование армирования в контурном строительстве видится многообещающим.
Рисунок 13. Формирование пустотных элементов: (а) керамический материал в сопле перед экструзией, (б) экструдируемый материал обретает форму для формирования пустот после появления из отверстия сопла, (в) поперечное сечение пустотной коснтрукции
Возведение конструкции с пустотами. Через интенсивные эксперименты и серию улучшений в конструкции машины, мы добились возможности возведения конструкций с пустотами, как показано на рисунке 13. Для получения пустот различной формы в сопле могут быть установлены насадки различной формы. Следует заметить, что эти пустоты приводят к возведению более легких конструкции. Также для увеличения прочности можно заполнить эти пустоты материалами на основе эпоксидных смол или различными растворами на основе цемента.
ПЛАН БУДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Рисунок 14. Сопловой узел для одновременного устройства внешних и внутреннего слоев конструкции и выполнения армирования
В рамках нового гранта от Национального научного фонда (National Science Foundation) мы работаем над разработкой сопловых узлов для возведения полноразмерных строительных конструкции. Разработав новые узлы, мы намерены впервые возвести полноразмерные конструкций, такие как часть стены с встроенными каналами для инженерных сетей или крыши без внутренних поддерживающих конструкции, и выполняем различные расчеты и проводим опыты с использованием широкого диапазона материалов. Проект соплового узла, показанный на рисунке 14, при установке на портальную систему может позиционироваться в шести осях и может одновременно экструдировать раствор, как для внешних слоев конструкции, так и для внутреннего слоя. Узел включает жесткий коаксиальный трубопровод для подведения раствора. Данный узел также согласуется с одновременным автоматическим армированием, которое мы рассматривали выше. С помощью такого узла можно возводить различные криволинейные конструкции спроектированные архитектором.
Рисунок 15. Возведение сооружений из глиняного кирпича-сырца
Рисунок 16. Возведение сводчатых конструкции методом КС
При разработке программного обеспечения для наших машин мы будем применять знания, которые использовались еще в древности и которые сейчас успешно применяются CalEarth (см. www.calearth.org) при строительстве сводчатых конструкции. Пример подобного древнего метода строительства куполов и сводов показан на рисунке 15. На рисунке 16 схематически изображен пример послойного возведения таких конструкций с помощью машины для контурного строительства, вдохновленный древними методами строительства. Мы будем аналитически оценивать характеристики различных рисунков нанесения слоев, чтобы выявить оптимальные варианты.
Альтернативный вариант. Для процессов, изображенных на рисунках 3 и 4, требуется роботизированная система, которая должна быть достаточно больших размеров, чтобы построить целый дом в пределах своей рабочей зоны. Такой подход имеет свои плюсы, но он требует большого объема подготовительных работ и крупноразмерных конструкции для роботизированной системы. Подход, при котором используются скоординированные действия множества мобильных роботов, выглядит предпочтительнее.
Подобный подход, изображенный на рисунке 17, имеет несколько преимуществ включая легкость транспортировки и установки, возможность параллельного строительства, когда несколько роботов работают на разных участках возводимой конструкции, возможность регулирования количества используемого для строительства оборудования.
Рисунок 17. Строительство мобильными роботами
Строительный робот может быть оборудован специальной емкостью или соединен подводками с насосом для нагнетания экструдируемого материала. Концевой эффектор (end effector) робота будет снабжен соплом, которое будет достигать всего диапазона высот от уровня стоянки до требуемой высоты возводимой конструкции. В случае применения мобильных роботов с манипуляторами из жестких звеньев, может отпасть необходимость в датчике положения в концевом эффекторе. Вместо него можно использовать т.н. лазерный трекер, который будет устанавливаться в определенном месте, а отражатели будут установлены на каждом мобильном роботе. В случае такой конфигурации робот не будет выполнять строительные работы во время передвижения. Достигнув определенной точки, которую мы называем mobile platform post, робот фиксирует себя в этой точке с помощью специальных устройств. Затем он продолжает выполнение работы, которую он прервал в предыдущей опорной точке. Подобная схема часто используется в промышленности, например при сварке больших конструкций с помощью сварочного робота в судостроении.
Рисунок 18. РобоКран для строитель-ства крыши
Покрытия могут быть с балками так и без балок. Безбалочные покрытия, такие как купола и своды могут быть построены мобильными роботами. Плоские покрытия могут быть балочной конструкции. К каждой балке снизу может быть прикреплена тонкая плита. Балки могут устанавливаться двумя роботами, работающими совместно, каждый из которых будет располагаться на противоположных сторонах перекрываемого помещения или здания. Альтернативой подобному подходу может быть использование РобоКрана, разработанного Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), который может быть установлен на платформу традиционного крана как показано на рисунке 18 снизу (на верхнем рисунке показано как РобоКран перемещает стальную балку). Кроме захвата для балок РобоКран может быть оборудован емкостью для материала покрытия и специальным сопловым узлом для заливки покрытия.
Исследование информационных технологий. На рисунке 19 изображены IT-компоненты наших будущих исследований направленных на применение мобильной робототехники в контурном строительстве. Схема изображает систему планирования, на выходе из которого мы должны получить виртуальную систему (в виде компьютерной симуляции и анимации) и в конечном итоге реальную систему, как только появится необходимое аппаратное обеспечение (оборудование). При подключении к системе аппаратного обеспечения предлагаемая система планирования получит обратную связь на стадии внедрения. Ниже приведено краткое описание компонентов, изображенных на рисунке 19.
Рисунок 19. IT-компоненты будущего автоматизированного строительства
Благодаря своей скорости и возможности использования местных материалов, контурное строительство имеет потенциал для применения в строительстве дешевого жилья и жилья для пострадавших от стихийных бедствий. Строительство элитных зданий с нестандартной архитектурой и сложной геометрией, строительство которых обходится очень дорого при ручном труде, является еще одним из возможных применении КС. Следует также отметить низкое воздействие на окружающую среду. Согласно различным статистическим данным строительная отрасль производит значительное количество вредных выбросов и огромное количество твердых отходов. В результате строительства стандартного дома на одну семью появляется от 3 до 7 тонн отходов (City of Austin, 2002). Что касается потребления, то более 40% используемых в мире сырьевых ресурсов потребляется в строительной индустрии (Lenssen and Roodman, 1995). Машины для контурного строительства могут быть полностью на электрической тяге и, следовательно, не производить выбросов в атмосферу. Благодаря очень точной технологии послойного возведения, отходы материалов при контурном строительстве будут ничтожно малы. Методом КС можно завершить строительство целого дома в считанные часы (например, 2 этажное здание общей площадью в 200 м2 может быть построено менее чем за 2 дня) вместо нескольких месяцев как это обычно практикуется. Высокая скорость приведет к эффективности строительной логистики и менеджмента и, следовательно, благоприятно скажется на транспортной системе и окружающей среде.
Еще очень много исследовательских задач предстоит решить для того чтобы довести технологию контурного строительства до коммерческого использования. Исследования, описанные в данной статье, являются первыми шагами на пути к полномасштабному внедрению контурного строительства в реальное производство. Читатели могут получить обновленную информацию об исследованиях и посмотреть видеоклипы и анимацию на веб-сайте автора: www-rcf.usc.edu/
Данный материал основан на работе, выполненной благодаря грантам Национального научного фонда (National Science Foundation) № 9522982, 9615690 и 0230398, а также гранту Office of Naval Research.
C. Balaguer, M. Abderrahim, S. Boudjabeur, P. Aromaa, K. Kahkonen, S. Slavenburg, D. Seward, T. Bock, R. Wing, & B. Atkin, FutureHome: An Integrated Construction Automation Approach, IEEE Robotics & Automation Magazine (2002) 55-66.
City of Austin Green Building Program (2002). www.ci.austin.tx.us/greenbuilder/
B. Khoshnevis and G. Bekey, “Automated Construction using Contour Crafting – Applications on Earth and Beyond,” Proceedings of the 19 th International Symposium on Automation and Robotics in Construction, Gaithersburg, Maryland (2002) 489-494.
B. Khoshnevis, nnovative rapid prototyping process makes large sized, smooth surfaced complex shapes in a wide variety of materials, Materials Technology, 13:2 (1998) 52-63.
B. Khoshnevis, R. Russell, H. Kwon, & S. Bukkapatnam, Contour Crafting – A Layered Fabrication Technique, Special Issue of IEEE Robotics and Automation Magazine, 8:3 (2001-a) 33-42.
B. Khoshnevis, S. Bukkapatnam, H. Kwon, H., & J. Saito, Experimental Investigation of Contour Crafting using Ceramics Materials, Rapid Prototyping J., 7:1 (2001-b) 32-41.
H. Kwon, S.. Bukkapatnam, B. Khoshnevis, & J. Saito, Effect of orifice geometry on surface quality in contour crafting, Rapid Prototyping Journal, 8:3 (2002) 147-160.
H. Kown, “Experimentaion and Analysis of Contour Crafting Process using Ceramic Materials,” Unpublished PhD dissertation, University of Southern California, 2002 (may be downloaded at: www-rcf.usc.edu/
J. Lenssen & C. Roodman, Worldwatch Paper 124: A Building Revolution — How Ecology and Health Concerns are Transforming Construction, Worldwatch Institute, Washington, D.C. (1995).
J. Pegna, Explorary investigation of solid freeform construction, Automation in construction, 5:5 (1997) 427-437.
D. Shrunk, B, Sharpe, C. Cooper, & M. Thangavelu, The Moon: Resources, Future Developments, and Colonization, (Wiley-Praxis Series in Space Science and Tech., NY., 1999).
A. Warszawski, & R. Navon, Implementation of robotics in buildings: current status and future prospects, Journal of Construction Engineering and Management, Vol. 124, No.1(1998) 31-41.
G. Zak, M. Sela,, C. Park & B. Benhabib, Layered-Manufacturing of Fiber-Reinforced Composites, Journal of Manufacturing Science and Engineering, ASME, Vol.121 (1999) 448-455.
[1] Речь идет о свойстве бетона с углеродной фиброй менять свои электрические свойства в результате деформации или повреждения. Данное свойство можно использовать для мониторинга состояния конструкции.