Перспективы автоматизации строительного производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ФГБОУ ВО “ВГТУ”)

Факультет инженерных систем и сооружений

Кафедра техносферной и пожарной безопасности

Реферат

На тему: “Перспективы автоматизации строительного производства”

Г. Воронеж 2022 г

Содержание

Введение

1. Автоматизированное проектирование

1.1 Автоматизация проектирования как научно-техническое направление

1.2 Наиболее известные российские и зарубежные САПР в сфере строительства

1.3 Каковы следующие тенденции для программного обеспечения САПР

1.4 Автоматизация и искусственный интеллект

2. Способы автоматизации технологических строительных процессов

2.1 Робототехника

2.2 Примеры использования робототехники в строительных технологических процессах

Заключение

Список литературы

Введение

В наши дни на территории РФ наблюдается существенная нехватка автоматизированных комплексов по выполнению технологических задач, в том числе в сфере строительства. В век цифровых технологий, весь мир стремится заместить физический труд машинным. Замена такого ручного технологического процесса, как, например, укладка напольной плитки, на автоматизированный, существенно повысило бы качество и срок выполнения данных работ, при этом снизив количество расходных материалов и убрав ошибки человеческого фактора.

Одним из вариантов устранения ошибки человеческого фактора, а также повышения скорости производства работ, является автоматизация данного процесса. При этом, грамотнее было бы назвать данный процесс роботизацией, так как по сути, функции человека заменяет робот. Однако современная нормативная база РФ не дает такого понятия. Более того, развитие инновационных технологий является прямым указом Президента РФ и направлено на улучшение благосостояния государства [1]. Таким образом, актуальность темы автоматизации технологических процессов на территории России сегодня очевидна и бесспорна. Одной из таких специализаций

Автоматизировав сферу строительного производства, улучшение производственных показателей не заставит себя долго ждать, а качество и скорость работ неминуемо возрастет. Более того, автоматизация отдельных последовательных простейших технологических строительных процессов, вкупе, может привести к полной автоматизации целого строительного цикла определенного вида работ.

1. Автоматизированное проектирование

1.1 Автоматизация проектирования как научно-техническое направление

В 21 веке прогресс информационных технологий привел к существенным изменениям в области автоматизации проектирования в строительстве. В России, а также во многих зарубежных странах появились новые современные программы, которые создают высокое качество проектных решений, сокращают время на разработку новых проектов, повышают эффективность работы специалистов и улучшают условия их работы, а также, сокращают расход ресурсов, однако структура рынка информационных технологий в нашей стране ещё не перешла от количественных изменений к качественным.

Рис.1. “Автоматизации проектирования в строительстве”

Однако, не смотря на достижения в области автоматизации проектирования, автоматизация проектирования как научно-техническое направление находится в стадии становления. САПР будущего окажутся значительно более высокопроизводительными, удобными и разносторонними системами по сравнению с имеющимися в настоящее время. Основные направления, по которым развиваются САПР, связаны с распространением автоматизации проектирования на все этапы и уровни проектирования сложных объектов, с комплексным и взаимосвязанным решением задач различных этапов и уровней (так называемое сквозное проектирование), с повышением степени автоматизации при решении задач синтеза, с обеспечением общения с ЭВМ в естественных для человека формах.

Развитие АП способствует ускорению научно-технического прогресса в конкретных областях техники, созданию новых более эффективных и сложных изделий. Обратное влияние достижений в конкретных предметных областях на АП выражается в появлении стимулов для дальнейшего развития, в постановке новых задач перед разработчиками средств и методов САПР. строительный автоматизация робототехника технологический

Важно отметить, что прогресс в области АП требует усилий ученых и инженеров во многих сферах научно-технической деятельности, определяющих состояние и возможности различных средств автоматизации проектирования. Для проектирования новых сверхсложных объектов недостаточно только развивать средства вычислительной техники, необходимы новые подходы к математической формулировке задач и поиск методов их решения.

1.2 Наиболее известные российские и зарубежные САПР в сфере строительства

На текущий момент, говоря о строительстве, следует отметить применение значительного числа систем автоматизированного проектирования, наиболее известными из которых являются:

ArchiCAD- графический программный пакет САПР для архитекторов, созданный фирмой Graphisoft. Предназначен для проектирования архитектурно-строительных конструкций и решений, а также элементов ландшафта, мебели и т. д.

APM CivilEngineering -CAD/CAE САПР строительных объектов гражданского и промышленного назначения. Эта система в полном объеме учитывает требования государственных стандартов и строительных норм и правил, относящиеся как к оформлению конструкторской документации, так и к расчетным алгоритмам.

nanoCAD-- базовая система автоматизированного проектирования, предназначенная для разработки и выпуска рабочей документации.

КОМПАС - семейство систем автоматизированного проектирования с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии СПДСЕ и СКД.

K3-Коттедж - это комплекс компьютерных программ для проектирования деревянных домов из профилированного бруса и оцилиндрованного бревна.

ProjectSmeta CS - предназначена для определения стоимости разработки проектно-сметной документации и стоимости инженерных изысканий для строительства.

NormaCS - информационно-справочная система, содержит нормативно-техническую документацию, действующую на территории РФ

AutoCAD - двух- и трёхмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk [2]. Несмотря на все мощные средства проектирования и визуализации, главным моментом в системе автоматизированного проектирования является именно получение выходной документации и её оформление в соответствии с принятыми стандартами, что считается неотъемлемой частью процесса проектирования.

Программный комплекс Мономах - предназначен для расчета и проектирования конструкций зданий из монолитного железобетона, а также зданий с кирпичными стенами.

Rhinoceros 3D -- коммерческое программное обеспечение для трехмерного NURBS моделирования разработки RobertMcNeel&Associates. Преимущественно используется в промышленном дизайне, архитектуре, корабельном проектировании, ювелирном и автомобильном дизайне, в CAD/CAM проектировании.

СпИн-- это электронный справочник-калькулятор для проектировщиков и инженеров-строителей

Проведенный анализ представленных выше программ показывает, что нынешние системы проектирования в строительстве развивается весьма динамично. В данном списке не рассмотрены многие программы по организации строительного производства, планированию работ, программ оптимизации транспортных задач, расчетов сетевых графиков и календарных планов, геодезических расчетов и много другого, но они также представлены на российском рынке как иностранными, так и нашими отечественными производителями и решают широкий круг задач в строительстве. Сказанное позволяет использовать значительные ресурсы серверов с использованием даже маломощных клиентских компьютеров, а также не иметь привязанности к конкретному рабочему месту, или офису, однако не всегда на должном уровне может гарантировать безопасность.

Говоря о построении 3D-моделей нельзя не затронуть вопросы, касающиеся технологии информационного моделирования (BIM), применимую в строительстве от начала проектирования, непосредственного строительства и эксплуатации зданий, сооружений и других объектов.

1.3 Каковы следующие тенденции для программного обеспечения САПР

Растущее использование программного обеспечения CAD приводит к новым тенденциям и новым эволюциям. Давайте посмотрим, что будет улучшено в предстоящие годы для этих программ.

1.4 Автоматизация и искусственный интеллект

Одной из самых больших тенденций, безусловно, является автоматизация. Мы можем видеть это в разных секторах, благодаря развитию искусственного интеллекта (ИИ). Его внедрение будет все больше расти вместе с программным обеспечением для 3D-моделирования. Действительно, программы САПР смогут предвидеть наши действия и улучшить наш опыт 3D-моделирования, позволяя пользователям исправлять или предвидеть ошибки проектирования.

Автоматизация обязательно улучшит вашу работу и позволит нам избежать проблем с 3D-моделированием. Благодаря искусственному интеллекту эти программы будут постепенно становиться более умными. Некоторые компании-разработчики программного обеспечения уже внедряют ИИ в своих программах, и это будет еще более распространено в предстоящие годы, что позволит автоматизировать проектные задачи. Это создаст новые функции контроля качества, всегда улучшая работу и продукты компаний, работающих над этими программами.

SolidWorks уже представила версию с использованием этой технологии автоматизации: SolidWorks Xdesign. Генеральный директор компании утверждает, что автоматизация -- это будущее инжиниринга.

На его стороне и Autodesk, который также разрабатывает новые инструменты с использованием искусственного интеллекта и автоматизации. Dream Catcher -- впечатляющая программа, например. Позволяя пользователям работать над регенеративными проектами, она может генерировать сотни проектов всего за несколько часов.

2. Способы автоматизации технологических строительных процессов

2.1 Робототехника

В данный момент, одним из самых распространенных видом автоматизации технологических процессов в строительстве является применение робота - механической руки

В то время как стационарные версии этих роботов годами эксплуатировались на заводах и на сборочных линиях, в настоящее время разрабатываются переносные приспособления для использования в любых задачах на строительных площадках. Возможность программирования для выполнения ряда повторяющихся и трудоемких действий - таких, как перемещение материалов, связывание арматуры, строительство каменных стен и даже 3Dпечатных конструкций - эти роботы будут оказывать огромное влияние на промышленность, уменьшая количество несчастных случаев и значительно повышая производительность.

Разделяют промышленные роботы в основном по типу их управления. Существует четыре основных типа:

Промышленный робот с цикловым управлением - промышленный робот, управление исполнительным устройством которого осуществляется программирование последовательности выполнения его движения;

Промышленный робот с позиционным управлением - промышленный робот, управление исполнительным устройством которого происходит по заданным точкам позиционирования без контроля траектории движения между ними; Промышленный робот с контурным управлением - промышленный робот, в котором управление исполнительным устройством которого происходит по заданной траектории с установленным распределением во времени значений скорости; Промышленный робот с адаптивным управлением - промышленный робот, в котором управление исполнительным устройством которого происходит с автоматическим изменением управляющей программы в функции от контролируемых параметров состояния внешней среды

2.2 Примеры использования робототехники в строительных технологических процессах

Одним из наиболее ярких примеров является компания Odico Formwork Robotics, которая разработала робота, использующего технологию «резки горячей проволокой» для создания сложных бетонных форм с двойным изгибом (рис 1). Традиционно этот трудоемкий и дорогостоящий процесс экономно использовался в строительстве.

Рис. 2. Робот для создания сложных форм бетона по технологии «резки горячей проволокой»

Эти роботы также могут быть запрограммированы на создание сложных форм для опалубки с более высокой степенью точности, чем у человека, и за более короткое время. Робот SAM 100, разработанный Construction Robotics, претендует на звание первого в мире коммерчески доступного робота для устройства каменной кладки (рис. 2).

Рис. 3. Робот для устройства каменной кладки

Роботы в строительной отрасли также выступают автономными роверами, оборудованными камерами высокого разрешения и датчиками, которые позволяют им перемещаться по участкам. Способные выявлять и избегать препятствий, такие роботы, как «EffiBOT», разработанные французской робототехнической фирмой Effidence, могут следить за рабочими, неся инструменты и материалы (рис. 3).

Рис. 4. Робот - ровер «EffiBOT»

Ни для кого не секрет, что сфера строительного производства, включающая в себя бесчисленное количество технологических процессов, является одной из наиболее затратных, как в финансовом плане, так и в плане труда рабочих. Не менее важен тот факт, что жизнь и здоровье последних постоянно находятся под угрозой, так как строительная площадка является местом наличия повышенной, а в некоторых случаях высокой опасности получения различных травм. Автоматизировав сферу строительного производства, улучшение вышеуказанных показателей не заставит себя долго ждать, а качество и скорость работ неминуемо возрастет. Более того, автоматизация отдельных последовательных простейших технологических строительных процессов, вкупе, может привести к полной автоматизации целого строительного цикла определенного вида работ.

Заключение

Таким образом, несмотря на наличие множества САПР в строительстве, данное направление динамично развивается и имеет широкие перспективы перерасти в системы с искусственным интеллектом, совместимых с другими геоинформационными ресурсами и возможностями создания инновационных строительных объектов при минимальном участии человека, но с максимальной степенью удовлетворения его нужд и потребностей

А в случае роботизации, в настоящее время, на территории РФ область автоматизации, технологических процессов в строительства находится в стадии «зарождения». Ввиду отсутствия каких-либо серьезных наработок, а уж тем более коммерческого масштаба, систем автоматизации в строительстве просто не существует. Единственным официальным документом, регулирующим внедрение таких систем, является ГОСТ 21.408-2013 «Система проектной документации для строительства (СПДС). Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов (с Поправками)» [1, 3, с. 28] . Как бы то ни было, при появлении роботизированной технологии тех или иных строительно-монтажных работ, потребуется незамедлительная корректировка уже имеющихся нормативов и создание новых.

Список литературы

1.Указ Президента РФ от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» / Собрании законодательства Российской Федерации от 14 мая 2018 г. № 20 ст. 2817. 2. ГОСТ 21.408-2013 «Система проектной документации для строительства (СПДС). Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов (с Поправками)» / М.: Стандартинформ, 2014

2.Экономические исследования: анализ состояния и перспективы развития. Монография. Том 34/Яковлев А. С., Польшакова Н. В. и др.: Воронеж: ВГПУ, 2014 г....-С.88-99 Заеленчец, А. С. Анализ и перспективы развития систем автоматизированного проектирования в строительстве / А. С. Заеленчец, А. Л. Бутова. -- Текст : непосредственный // Молодой ученый. -- 2016. -- № 6.3 (110.3). -- С. 21-23.

3. Обзор средств САПР в архитектуре и строительстве САПР и графика, октябрь 2003 -Электронный ресурс: дата обращения 16.12.2015 г.

4. Анализ и перспективы развития систем автоматизированного проектирования в строительстве.Заеленчец Анастасия Сергеевна, Бутова Альбина Львовна-2016.

Размещено на Allbest.ru