Роботизация на заваръчните дейности

Много от дейностите, свързани със строителството, не са променяни с поколения. В нашия динамичен свят строителната индустрия не може да остане такава, каквато я познаваме от десетилетия. Автоматизирането на някои процеси, основаващо се на иновативни роботизирани решения, води до множество положителни последствия. Заваръчните дейности са неотменна част от строителството. Вече има начини за роботизацията им, а резултатите са обнадеждаващи. Наблюдават се подобряване на икономическите показатели и повишаване нивото на безопасност.

Текст: списание Строители

Голямото предизвикателство при роботизиране на заваръчните дейности е фактът, че те са се извършвали досега на строителната площадка. Могат ли да станат по-безопасни и по-бързи? Има ли начини да бъдат поверени на роботи? Възможно ли е изобщо роботите да заваряват? Как инженерите привеждат към реалните нужди такава смела идея? Сега ще се опитаме да изясним тази картина.

Началната идея

Когато се извършват заваръчни дейности на обекта, те са позиционирани на строго определени места и са свързани с редица конструктивни изисквания. Веднъж намерено, решението изглежда просто и очевидно - дейностите, характерни за откритата строителна площадка, да се преместят в изнесени, закрити производствени обеми. При този подход е необходимо да се обособят елементи или възли от конструкцията, които могат да бъдат изработени от роботизираните "майстори". Подразбира се, че такова обособяване и окрупняване може да стане след промяна в начините на конструиране. Още в процеса на проектиране строителните елементи трябва да бъдат разработени така, че да позволяват еднотипни операции от роботи в заводски условия и оптимално свързване при монтаж на строителния обект. Едва след това работата може да се поеме от роботите.

Проучванията са продължили в две направления. Едното е роботизацията при заваръчни дейности при армировъчни пръти. Другото е при заваръчни дейности при пълностенни елементи от листова стомана, особено възможността за снаждане при стоманени колони и изпълнение на рамкови възли на самия строителен обект. И в двете направления вече има разработени, тествани, въведени в екслоатация и доказали своите предимства роботизирани решения и роботи. Разработени са и се прилагат роботи при заваряване на стоманени тръби, релси и други елементи от обекти на строителната индустрия.

Роботизация при заваряване на армировка

Армировъчните пръти са скелетът, вътрешната сила на стоманобетона. Тяхното конструиране обуславя в огромна степен стабилността на конструкцията. Необходими са качествени заваръчни дейности, за да се оформи неизменяемата "кошница" от пръти, която ще заработи съвместно с бетона след бетонирането. Заваряването изисква изключително обучен персонал, много внимание, точност и прецизно изпълнение, независимо от природните условия или мястото, където е позиционирана армировката. Технологията на обичайното изпълнение е такава, че се губи и много време. Няма как да започне бетониране, ако не е приключил процесът на заваряване на армировката в даден елемент или участък.

При преминаване към автоматизирано изпълнение начинът за окрупняване на армировъчните пръти трябва да е показан още при проектирането. Това коства някакви усилия и средства, но оразмеряването на дължините на отделните пръти, формиращи пространствения скелет, е прецизно. Пести се материал. Това точно и обмислено програмиране става с подходящ софтуер. Специално за скелети от армировъчни пръти са разработени 3D модели, дигитални близнаци, които позволяват роботите да идентифицират всяка работна точка, където ще се изпълнява заварка, по нейните координати в пространството.

Следва и оборудването с роботи. Компаниите, навлезли в процесите на роботизиране, разработват софтуер, оборудват с подходящите роботи и осигуряват проследяване и евентуално пренастройване на роботите. Що се отнася до роботизацията при заваръчните дейности, вече има компании, които са се специализирали в роботизираното производство на арматурни скелети в заводски условия. Който и да е производителят, резултатът е подобряване на скоростта и ефективността на производствения процес.

Разбира се, и самите заваръчни апарати са от ново поколение. Те се разработват така, че да се осигури максимална интеграция с всеки робот. По същество заваряващото "устройство" включва заваръчен пистолет, телоподаващо устройство, захранване и охлаждане. Телоподаващото устройство може да бъде монтирано направо на "ръката" на робота или може да бъде интегрирано в единна заваръчна система. Изцяло интегрираното решение между заваръчен робот и импулсен инверторен заваръчен апарат дава по-големи възможности на оператора при избор на процеси и последователност. Проучванията на заваръчни операции на база газово заваряване разкриват възможностите за заваряване на армировъчни пръти с диаметър до 50mm, което е огромно постижение, като имаме предвид обичайно използваните у нас диаметри. За охлаждането обикновено се използва компактен охлаждащ модул. Както може да се предположи, само добре разработеният софтуер може да вдъхне живот на цялата система. При заваръчните процеси не се допускат компромиси и това се гарантира именно с подходящия софтуер. Заваръчният процес се записва, качеството на всички изпълнени заварки се проследява и контролира. Времето за производство на тон вложена армировка намалява чувствително.

Ефективна икономически ли е роботизацията?

Това е един от първите въпроси, които си задаваме. На пръв поглед стойността на роботизираното производство може да смути някоя компания, която обмисля да внедри подобна иновация. Може със сигурност да се твърди, на база обобщени данни от вече утвърдени производства, че ползите след въвеждане на автоматизацията са много по-значими, отколкото първоначалните разходи. Дори само спестеното време е несравнимо постижение. Като се инвестира в роботизиране, стойността на крайния продукт се намалява. Разбира се, произвежданите изделия трябва да имат висока добавена стойност, за да се възвърне инвестицията. Най-общо казано, ако дадена фирма инвестира в роботизация на производството си, тя трябва да има голям обем продукти на дълги серии.

Важно е да се има предвид, че процесът на автоматизация може да отнеме до няколко месеца. Вече са разработени заваръчни клетки, които облекчават и ускоряват автоматизирането на процеса. Една такава "клетка" представлява система, включваща робот, заваръчно оборудване, допълнителните обслужващи устройства, дори обезопасителните съоръжения. Заваръчните работи могат да започнат веднага, щом клетката бъде поставена на определеното място.

Самото програмиране на робота не изисква много време, но то трябва да е предшествано от снабдяването, изкарването на готовия продукт след робота, обучението на операторите, а и съобразено с геометричните характеристики на продукта. Нещо повече - предназначението на една съвкупност от роботи винаги може да бъде променено и те да започнат да изпълняват друга дейност.

Роботизация при заваряване на листова стомана

Ако при армировките превес имат дължините, то при пълностенните елементи геометрията е най-разнообразна. Роботите, внедрявани в заводското изпълнение на елементи, структури и опори, са важно, постоянно действащо звено в строителния процес. Точността на автоматизираното изпълнение трудно може да се постигне с ръчни операции. Времето за ръчно изпълнение на дадена операция е в пъти повече, отколкото при автоматизираното. Машините заменят с лекота хората при тежките операции. Казаното дотук за ползите от роботизирането на заваръчните процеси при армировъчните пръти се отнася и за заваръчните дейности при елементи от листова стомана. Голямото достижение е иновативният подход за изпълнението на заваръчните работи на обекта.

Самият строеж се характеризира с високо ниво на безопасност поради способността на роботите да оперират с много по-големи, по-дълги и по-тежки елементи, а това пази работниците. Роботите могат да достигат и до изключително труднодостъпни или опасни участъци, на големи височини или в стеснени обеми. Изпълнението е с неизменна точност, безопасност и скорост. Ще се спрем на особеностите при заваръчния процес във възлите на стоманени греди и колони, формиращи скелета на строителната конструкция. Разработен е робот, опериращ в дадена координатна система, който е компактен, лек и преместваем. Той може да се приспособява към различни заваръчни позиции, за да следва особеностите на конкретния рамков възел. Благодарение на специалната извита горелка може да заварява на плоски, хоризонтални, вертикални позиции. Роботът се управлява от софтуер, който позволява заваръчни работи от различни положения. Достатъчно е да се въведат като входни данни само позицията на заваряване, дебелината на заваряваните секции и дължината на заваръчния шев. Всичко останало се изчислява от програмата и дори новаци, без никакви умения в заваряването, могат да боравят с робота. Технологията позволява и изпълнение на дълги заваръчни шевове.

Досадна пречка при използване на робот за заваряване на многоетажен обект със скелет от стоманени елементи е управлението на многото кабели и маркучи от етаж на етаж. Едно добро решение е използването на мобилно повдигащо устройство, вишка. Върху вишката се монтира работна платформа. Роботите висят под платформата. "Ръцете" на роботите са под тях и могат да бъдат ориентирани, насочвани и протягани от контролер, също окачен на работната площадка. В задната част на вишката може да се постави захранващото устройство. Кабелите и маркучите са положени отстрани, фиксирани към пантографа на вишката. Процесът изисква организация и последователност. При започване на дадена сграда се изпълняват от вишката възлите на втория и третия етаж. Бетонират се подовите плочи, а след това операциите се повтарят на по-горните нива със съответното съобразяване с теглото на вишката. По-функционално се оказва подвижното превозно средство, тежащо не повече от тон, което може да се движи свободно върху подовите плочи и да маневрира между колоните. Очаква се тази "количка" да стане неизменно, мощно помощно средство при извършване на заварки на строителната площадка.

Друг специфичен аспект от заваръчните дейности на обекта е снаждането на стоманените колони. Два робота могат едновременно да заваряват по снаждането, като така заварката е по-ефикасна. Особено ъгловите заварки, с автоматичното равномерно напластяване, са много по-качествени от заварките, изпълнени полуавтоматично. Геометрията на заваръчния шев се проследява автоматично. Във всеки момент заваръчните условия се изчисляват и контролират. От оператора не се изискват специални умения. При тази дейност малка, ръчно управлявана количка превозва роботите от една колона към друга.

Развитието на роботизираното заваряване на стоманени рамки за скелетни конструкции има за цел да осигури откриването и анализирането на местата за заваряване, автоматизираната настройка за многопластово заваряване, с алгоритъм за изчисляване на заваръчните условия и елиминиране на нуждата от човешки фактор, който да управлява робота.

Ползи от роботизирането на заваръчните процеси

 Все по-трудно се намират подготвени и опитни строителни работници, готови да изпълняват подобни еднообразни, взискателни и опасни задачи. Роботите не се изморяват и не се разсейват, когато изпълняват повтарящи се операции. Роботите не само могат да заменят човека при заваръчните дейности за мащабните строежи, но позволяват много по-безопасно изпълнение. Установено е, че при автоматизиран процес броят на инциденти с работници рязко намалява. Роботите увеличават продукцията, сроковете за изпълнение намаляват, освобождава се човешки потенциал. Роботизацията помага за решаване на кризата с недостига на квалифицирана работна ръка. Тъй като оптимизирането на операциите води до икономия на енергия, материали и човешки ресурси, съвсем закономерно намаляват и разходите. При автоматизираното производство на окрупнени армировъчни скелети могат да се намалят и разходите за транспорт, като се изграждат заваръчни установки на място или в близост да строителната площадка. Идеята е да се разработят подвижни фабрики, които да бъдат монтирани там, където са необходими при строежа на дадено съоръжение или сграда.

Строителната индустрия е принудена да се справя с все по-засилени регулаторни изисквания и по отношение на опазване на околната среда. Благодарение на автоматизацията е възможно да се следи количеството вложен материал. Точно отмерените количества намаляват възможността те да се превърнат в отпадък. Това е стъпка напред в опазване на околната среда. Роботизираната автоматизация на заваръчните действия е една голяма крачка по дългия път към хармонията между индустрия и природа.