ДГКМ
MASE
ДРУШТВО НА ГРАДЕЖНИТЕ КОНСТРУКТОРИ НА МАКЕДОНИЈА
MACEDONIAN ASSOCIATION OF STRUCTURAL ENGINEERS
ЧК-17
Partizanski odredi 24, P. Box 560, 1001 Skopje Macedonia
Zoran DELEV1, Zoran SIMJANOVSKI2, Aleksandar POSTOLOVSKI3 INTRODUCING MODERN METROLOGY SYSTEM IN STEELWORK INDUSTRY SUMMARY Few years ago, the company FAKOM started to ask for solution to replace archaic “classic” procedures for surveying and control in its work. The investigation of the modern metrology market and working procedures and technical equipment of well-known international companies in the field of steelwork, aviation and shipbuilding industries, in parallel with our own knowledge and analyses for generators of increased costs in design, production and erection, substantially marked out the strategic decision for all inclusive implementation of BIM/FIM concept, CNC machines and robotics, as well as modern metrology. In this paper modern laser surveying instruments (tracker and total station) and corresponding software are described, as well as operational possibilities, advantages and saving in costs which may be achieved in production and erection of steel structures and industrial equipment. Key words: metrology, BIM, FIM, laser tracker, laser total station, steelwork industry
Зоран ДЕЛЕВ1, Зоран СИМЈАНОВСКИ2, Александар ПОСТОЛОВСКИ3 ВОВЕДУВАЊЕ НА СИСТЕМ НА МОДЕРНА МЕТРОЛОГИЈА ВО МЕТАЛОПРЕРАБОТУВАЧКАТА ИНДУСТРИЈА РЕЗИМЕ Пред неколку години, компанијата ФАКОМ започна да бара решение за застарените “класични“ процедури за мерење и контрола во работењето. Истражувањето на пазарот на современа метрологија и начинот на работа и опременост на познати светски компании од металопреработувачката, авио и поморската индустрија, паралелно со сопствените анализи на генераторите на зголемени трошоци во проектирањето, производството и монтажата, ги трасираа стратешките одлуки за целосно имплементирање на BIM/FIM концептот, CNC машините и роботиката и модерната метрологија. Во трудот се опишани модерните ласерските геодетски инструменти (тракер и тотална станица) и софтверот, како и можностите, предностите и заштедите што можат да ги пружат при производството и монтажата на челичните конструкции и индустриската опрема. Клучни зборови: метрологија, BIM, FIM, тракер, тотална станица, металска индустрија 1
Grad.Electr.Eng., Head of IT Department, FAKOM AD, b.b., Aleksandar Makedonski Blvd, MK 1000 Skopje, zoran.delev@fakom.com.mk 2 Grad.Mech.Eng, IT System Engineer, FAKOM AD, b.b., Aleksandar Makedonski Blvd, MK 1000 Skopje, zoran.simjanovski@fakom.com.mk 3 Surv.Eng, M.Sc., Managing Director, GeoWILD MAK, Borka Taleski 51, MK 1000 Skopje, geowildmak@t-home.mk
1.
ВОВЕД
Истражувањето на пазарот на современа метрологија и начинот на работа и опременоста на повеќе познати светски компании од металопреработувачката, авионската и поморската индустрија, започнато пред неколку години во компанијата ФАКОМ во насока на барање решение за замена на застарените “класични“ процедури за мерење и контрола во работењето, паралелно со сопствените анализи на генераторите на зголемени трошоци во проектирањето, производството и монтажата, ги трасираа стратешките одлуки за целосно имплементирање на BIM/FIM концептот, CNC машините и роботиката и модерната метрологија. Со воведувањето на современи технологии и концепти на работа како што се: • BIM / FIM (Building Information Modeling / Fabrication Information Modeling) • софтвери во проектирање - Autodesk REVIT платформата, TEKLA, Navis, VICO… • современи CNC машини со висока прецизност (секатори, машини за сечење и дупчење, машини за различни видови машинска обработка); • современа метрологија – Leica AT401, Leica TDRA600, PolyWorks интензивно се реализира долгорочната стратегија на компанијата за затворање на синџирот на процеси – од проектирање преку производство и монтажа до готов објект / индустриска опрема.
Проектирање BIM
Mерење Контрола Метрологија
Производство Монтажа FIM / CNC
Слика 1. Метрологијата во современото проектирање и производство Процесите за димензионо мерење и контрола до сега користеа само рачни мерни инструменти и класични геодетски инструменти – нивелири/теодолити. За да се воведе метрологијата, како целосно нова технологија во тековното работење набавена е современа и софистицирана опрема и софтвер и тоа: • Ласерски тракер Leica AT401 • Ласерска тотална станица Leica TDRA600 • Софтвер за инспекција PolyWorks. Опремата и софтверот овозможуваат на едноставен начин, интерактивно, во реално време и прецизно да се измерат 3D (x,y,z) просторни податоци за објектот (конструкција, склоп, елемент, точки), постоечки, во градба, или во тек на производство и монтажа, да се изврши моделирање, инспекција, споредба со проектните податоци, споредба со проектираниот 3Д модел, да се изврши виртуелна симулација на пробна монтажа или измерените податоци на веќе изградени објекти да се искористат за потребите на проектирањето на реконструкции, поправки и санации (реверзно инженерство/проектирање). 2.
КАРАКТЕРИСТИКИ НА ОПРЕМАТА И СОФТВЕРОТ 2.1 Leica Absolute Tracker AT401
АТ401 е инструмент наменет за работа (предимно) во затворен простор. Се состои од два дела, контролер и инструмент. Комплетот е целосно портабилен, односно секој дел има своја батерија и е независен од надворешно напојување. Тој е целосно автоматизиран инструмент, самиот
го следи операторот (нема фигурант и класичен оператор), самиот врши повеќе мерења на избраната точка, ги упросечува и просекот како податок го проследува до софтверот преку кој се врши мерењето/снимањето. Покрај димензионалните податоци (x-y-z координати), инструментот паралелно ги бележи и податоците за температура, притисок и релативна влажност на воздухот во средината во која се врши мерењето. Инструментот работи интерактивно преку наменски софтвер, инсталиран на персонален компјутер (најчесто notebook), за мерење, инспекција и моделирање. Комуникацијата на инструментот преку контролерот со компјутерот е преку кабел (UTP) или безжична (wireless) врска. Снимањето / мерењето може да се поврзе во познат координатен систем (напр. со поставување на фиксни маркери – репери во производствените погони или одделни објекти), или да се работи во релативен координатен систем, а потоа (ако има потреба) податоците автоматски да се трансформираат во познатиот (или некој друг) координатен систем. Со поврзување на фиксни или привремени маркери – репери (тоа можат да бидат и претходно снимени точки), снимањето на еден објект (конструкција, склоп, елемент) може да се врши од повеќе стојни локации и со тоа да се добие нивна комплетна 3D слика. Операторот во текот на работа користи повеќе помагала како што се рефлектори, маркери, за мерење на скриени, невидливи точки, магнети и други помагала. Движењето и осветлувањето во средината во која се врши снимањето не влијаат на самиот процес на снимање.
Слика 3. Изглед на ласерскиот тракер АТ401 со инструмент и контролер Слика 2. Тракер АТ401 Основните карактеристики на ласерскиот тракер АТ401 се следните: • Подрачје на работа:
хоризонтален агол +/-3600; вертикален агол +/-1450;
• Максимално растојание:
160m;
Дијаметар на дејство: 320m
• Аголна резолуција: 0.07"; Точност (должина): +/- 10 μm; 3D точност: +/- 15 μm + 6 μm/m 2.2 Leica Laser Total Station TDRA6000 TDRA6000 е инструмент наменет за работа во отворен и затворен простор. Тој е целосно портабилен, односно има своја батерија и е независен од надворешно напојување. Може да работи во два режими на работа. Во првиот режим работи независно (offline), како и секоја класична тотална станица. Во овој режим на работа податоците се снимаат на CF (Compact flash) мемориска картичка, а податоците за пост процесинг се превземаат во наменскиот софтвер. Во вториот режим инструментот се поврзува на персонален компјутер (најчесто notebook) во кој што е инсталиран наменски софтвер и во реално време (online) врши мерење, инспекција, моделирање, симулација итн. Комуникацијата на инструментот со компјутерот е преку кабел. И кај овој инструмент, снимањето / мерењето може да се поврзе во познат координатен систем или да се работи во релативен координатен систем, а потоа по потреба податоците автоматски да се трансформираат во познатиот (или некој друг) координатен систем.
Со TDRA6000, може да се вршат мерења без призма- ласерски мерења, на помали растојанија и видливи точки или да се користат повеќе помагала како што се призми, рефлектори, маркери, магнети и друго за пооддалечени или скриени точки. Основните принципи на работа со овој инструмент се исти или слични со оние на стандардната тотална станица. Основните карактеристики на TDRA6000 се следните: • Подрачје на работа:
Слика 4. Ласерска тотална станица TDRA6000
хоризонтален агол +/-3600; вертикален агол +/-1450;
• Максимално растојание:
300m;
• Дијаметар на дејство:
600m
• Точност (должина, со призма):
+/- 0,3mm;
• Точност (должина, со ласер):
+/- 0,3mm;
• 3D точност:
+/- 0,3mm + 13μm/m
2.3 Наменски софтвер PolyWorks Inspector Probing Софтверот PolyWorks Inspector Probing е наменет за комуникација со ласерските инструменти во реално време, при што податоците за секоја измерена точка во истиот момент можат да се користат за моделирање, анализи, инспекција, анализи итн. Со овој софтвер се врши и пост процесинг на измерените податоци. Измерените податоци (“слика“ на објектот, конструкцијата, склопот, елементот) можат да се импортираат во 3D CAD цртежи за да изврши директна споредба (со приказ на релативните просторни отстапувања на сите карактеристични точки) во однос на проектираната состојба. На тој начин, овозможено е да се изврши виртуелна симулација на објектите, конструкциите итн, со прецизни податоци за точноста на изработката / монтажата и големината на отстапувањата од проектирана состојба, потоа да се извршат статистички анализи за извршените мерења и, конечно да се состават извештаи (протоколи) за извршените мерења и контроли.
Слика 5. Корисничкиот интерфејс на PolyWorks Inspector
Генерално, може да се уочи дека можностите на интегрираните хардвер (Absolute Tracker AT401, Total Station TDRA6000) и софтвер (PolyWorks Inspector Probing) се практично неограничени и, би можело да се каже, начините и подрачјата на примена во градежништвото и особено во металопреработувачката индустрија, се ограничени само со нивото на инженерската инвентивност. Голем е бројот на бенефиции кои ги овозможува овој комплексен систем на инструменти и софтвер во проектирањето, производството и монтажата на челичните конструкции и индустриската опрема: • Заокружен е целокупниот процес на димензионална контрола на квалитетот, елемининини се во голема мера субјективните влијанија, подготвувањето на извештаи (протоколи) е стандардизирано и автоматизирано; • Се обезбедуваат редица квалитетни и сигурни информации за проектирање на нови објекти како и за санации и реконструкции на постоечки објекти и опрема (реверзно инженерство / проектирање); • Драстично се смалува времето и се зголемува сигурноста на преносот на податоците, анализите, пресметките итн.; • Зголемување на бројот на прегледани елементи и склопови за исто време и воедно подобрување на целокупниот квалитет и сигурноста на производот; • Намалување на тесните грла во секторите за контрола и намалување на застоите во производството и монтажата заради контролата на производите; • Овозможени се комплексни мерења на комплексни конструкции и опрема, а не само на оддделни сегменти; • Целокупната процедура на инспекција и контрола е автоматизирана со користење на userfriendly макро програмскиот јазик и се врши само за неколку минути. PolyWorks Inspector Probing овозможува и други функции : • Брзи мерење на точки-од-површина и означување со бои • Усогласување на најсоодветен напречен пресек • Виртуелна мерачи (2D и 3D дебелиномер) • Директна врска со Excel за дополнителни пресметки, анализи и обработки. 3.
ОЧЕКУВАНИ ПОГОДНОСТИ И ПРЕДНОСТИ ПРИ ПРИМЕНАТА
Од гледна точка на погодностите и предностите што овој комплексен систем ги донесува на компанијата би издвоиле неколку од оние за кои сметаме дека можат најмногу да придонесат на смалување на трошоците на производство и монтажа и, како резултат, на поконкурентни цени на готовите производи: • Елиминирање или смалување на симболичен обем на пробната монтажа во работилница и нејзина субституција со виртуелна монтажа, особено кај челичните конструкции на мостовите, специјалните конструкции и специјалната и индустриската опрема (Слика 7.);
Слика 6. Контрола на геометријата при изработка на конструкции и опрема
• Реверзибилно инженерство / проектирање = проектирање посебно на санации и реконструкции на објекти и специјална опрема врз база на мерки земени на лице место (Слика 8.). Од особено значење во случај на непостоење на оригинална проектна документација или поголеми отстапувања меѓу проектираната и изведената состојба, или во случај на потреба од “копирање“ на изведената состојба;
Слика 7. Лево: Контрола на центрирање на машини и машински делови Десно: Виртуелна монтажа на мост. Физичкото спојување на двата сегменти е непотребно. Еден од сегментите може да биде изработен во друга фабрика. • Пратење, анализа и преземање на конкретни мерки за смалување на дозволена мерка на индуцираните деформации во одделни фази на производство: сечење, обработка, заварување и пескарење.
Слика 8. Реверзибилно проектирање / инженерство
Слика 9. Пример на записник (протокол) од мерењето
РЕФЕРЕНЦИ (1) Leica Geosystems, Metrology, Products, Laser Tracker System, AT401 (2) Leica Geosystems, Metrology, Products, Total Stations, Laser Stations, TDRA6000, http://metrology.leica-geosystems.com/en/ (3) Innovmetrics, PolyWorks, Inspector Probing V11, http://www.innovmetric.com/polyworks/