Роботизация за тесни строителни пространства

Първи роботизирани решения за работа в асансьорни шахти

Очевидно е, че много от дейностите, свързани със строителната индустрия, не са променяни с години. Вече говорихме за нововъведения, осигуряващи автоматизация на различни процеси на база роботизирани решения. Инсталирането на асансьори в сградите е именно един такъв процес, при който изпълняваните досега операции са изисквали много ръчен труд в ограничени пространства. Автоматизирането на този процес, основаващо се на иновативно роботизирано решение, би довело до положителни последствия, като подобряване на икономическите показатели и повишаване нивото на безопасност.

Текст: списание Строители

снимка: Schindler

В съвременния свят строителната индустрия трябва да отговаря възможно най-бързо и адекватно на все по-отчетливите предизвикателства. Компании търсят възможности строителният процес да става все по-безопасен и по-устойчив, тъй като много от дейностите не са променяни с поколения. Вече има начини за автоматизация на някои процеси на база роботизирани решения. Според водещите фирми в тази област роботизираното изпълнение в строителството понастоящем обхваща по-малко от половината от дейностите. Амбициозните стремежи са за достигане на много по-високи нива, с разработване на нови решения на основните предизвикателства в тази индустрия.

Технологията винаги е била пряко обвързана с производителността. Именно роботизираната автоматизация крие огромен потенциал за това. Макар че изграждането на един строителен обект не може да се сравни с роботизираната автоматизация на поточната линия за производството на автомобили, роботизирането не е невъзможно и при строителните дейности. В подобни условия се изработват модулни елементи за монтаж на сглобяеми домове. Заваръчните процеси при някои изделия могат да са роботизирани. Вече е възможен дори и 3D-печат на отделни елементи, конструкции и къщи. В строителния сектор има реален проект за автоматизирана, независимо работеща роботизирана инсталационна система за асансьори. Компанията Schindler, един от водещите доставчици на асансьори и ескалатори, избира индустриален робот, специално разработен и произведен за целта от АBB Robotics.

Инсталирането на асансьор изисква монтаж на анкерни болтове в асансьорната шахта. Те са необходими за прецизното и безопасно закрепване на водещите релси и на вратите за достъп. Колкото по-висока е сградата, толкова броят на анкерите е по-голям. Ръчното пробиване на отвори в носещите бетонни стени на асансьорните шахти е особена, трудоемка и опасна работа. Роботи, добре дошли сте, но ще може да помогнете ли и тук?

снимка: Schindler

Характеристики на ограниченото пространство

 Затвореното, ограничено и тясно пространство обикновено не е предназначено за продължително пребиваване и работа на хора. Дейностите, извършвани в такова пространство, могат да са много опасни. Често, поради липса на естествено движение на въздуха, качеството на вдишвания от работниците въздух може да е лошо, дори може да се получи липса на кислород, замяната му с други газове, а и пренасищане с кислород, което също е проблем. Разпрашаването на бетона при пробиване на отвори също усложнява положението. Самата геометрия на шахтата, с нейните малки размери в план, допълнително затруднява работещите. Те могат да бъдат изложени и на други опасности - да паднат предмети върху тях или самите работещи да паднат, ако осигурителната система или екипировка бъде освободена неправилно. Не бива да се подценява и психическото състояние на хората. Клаустрофобията, умората, изтощението и паниката не са фактори, за които може да се даде препоръката „стегни се“.

Предизвикателства и решения 

Именно пробиването на отворите за монтиране на анкери е големият проблем. За една висока сграда са необходими стотици дупки, пробити в бетон, на точно определени места, в запрашена шахта. Тъй като пространството е тясно и стените са достатъчно гладки, нивото на шума от пробиващите машини е толкова високо, че може да доведе до увреждания в слуха на работниците. Работата е тежка и опасна, а точността и пълната концентрация са от огромно значение и за безопасността, и за качеството на операциите. Решението е роботизираната система за инсталиране на асансьори, разработена с общите усилия на Schindler и ЕТН - Федералния технически университет в Цюрих (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich). Проектът е подкрепен от софтуерните експерти и роботите на АВВ Robotics. Задачата на робота е да пробива отвори и да монтира анкерни болтове в асансьорната шахта.

снимка: Schindler

Как се справя роботът?    

Роботът, както кратко обозначаваме тази автономна инсталационна система, се придвижва независимо в шахтата от етаж на етаж. Изкачването става с използването за първи път на автоматизиран подемник. Голямото постижение при разработката на робота е начинът на програмиране. Машината трябва да пробива последователно отвори с точност до милиметър. Тя се движи от позиция на позиция в асансьорната шахта и трябва постоянно да адаптира координатите за пробиване. Да, координатите за пробиване са определени и зададени предварително, но роботът не се ограничава с това. Преди да започне работа, той сканира стената на шахтата. Така отчита доколко е неравна бетонната повърхност и дали някой от отворите няма да попадне върху армировъчен прът. Инсталационната система изчислява допуските и променя местоположението на отворите, ако се налага.

Разработката на софтуера е едната страна на проекта. Изборът на самия робот е не по-малко предизвикателство. За робота-пионер е избран такъв, който да съответства на размерите на шахтата и да има достатъчната носимоспособност. Описан накратко, това е промишлен робот, работещ надеждно, с обхват 1,65m и поемащ полезен товар от 29kg. Знаем, че индустриалният робот, в повечето случаи, се монтира на здрава основа, фундамент или опори. Разположението му е стационарно, роботът изпълнява заложената му програма с изходните координати на своята начална, „нулева“ позиция. За прототипа на роботизираната инсталационна система за асансьори избраният робот е монтиран на платформа. Временен подемник издига или сваля платформата в асансьорната шахта.

При това непрестанно придвижване нагоре или надолу не е възможно роботът да се връща към нулева позиция за всяка точка на пробиване в работното триизмерно пространтво. Намерен е начин на правилно разположение на „ръката“ на робота, което да гарантира пълното съвпадение на разпробивания отвор със зададените за него координати. Създаден е алгоритъм, при който специални сензори инспектират пробития отвор, и когато се потвърди, че той е пробит на правилното място, едва тогава роботът набива анкерния болт и преминава към следващото място за пробиване. Процесът се повтаря отново и отново, напълно автоматично, до приключване на монтажа на всички необходими анкери.

снимка: Schindler

Изисква ли се квалифицирана работна ръка? 

Един от задаващите се сериозни проблеми в областта на строителната индустрия е недостигът на квалифицирана работна ръка. Голям плюс на роботизираната система за инсталиране на асансьори е напълно самостоятелното й функциониране. Наистина, на платформата е монтирана камера, която позволява дистанционно наблюдение. Освен това всички данни, свързани с пробиването на отворите и монтажа на анкерите, се записват. Това документиране е в полза на сигурността, а и осигурява база данни за последващи подобрения, но не е условие за наблюдение и контрол в реално време от оператор.

Чудесно е, че системата може да се монтира в дадена асансьорна шахта, където ще работи денонощно, докато монтира всички анкерни болтове. Няма умора, няма почивки, няма субективни проблеми, оплаквания, неточности и небрежно изпълнени операции. Именно използването на роботи дава възможност хората да не работят в тези опасни зони със запрашеност, вредни вещества, тесни пространства, големи височини. Роботите са тези, които могат да работят непрекъснато, изпълнявайки прецизно повтаряеми и опасни задачи. Роботите не само заменят човека при описаните дейности, но осигуряват много по-безопасно изпълнение. Установено е, че броят на инциденти с работници рязко намалява. Безопасност на работещите и високо качество - две покрити изисквания.

снимка: Schindler

Предимства на роботизираната инсталационна система 

Прототипът, първата разработка, се оказва изключително успешно нововъведение. Вече е използван при изграждането на няколко нови асансьорни системи в Европа. Избраният робот не е показал дефекти нито веднъж, което доказва колко е здрав и надежден. Автоматизацията е бъдещето. Строителната индустрия е поела по път, очертан от принципно нови решения и обусловен от все по-настъпваща роботизация. Асансьорните шахти са едно добро поле за иновативни разработки. Те са с проста геометрия и това улеснява дигиталните решения Всъщност автономната система за инсталиране на асансьори представлява внедряване на дигитализацията направо на строителната площадка, в случая - в асансьорната шахта. Звучи просто, но без най-новите разработки на сензори, софтуер, изкуствен интелект и сътрудничество на водещите в роботизацията този проект не би бил възможен. Процесът на роботизиране на която и да е технологична операция е сложен. Той обхваща научноизследователска дейност, визия и конкретни усилия за развитие, производство, продажби, инженеринг, системна интеграция, до достигане на етапа на обслужване и поддръжка. Компаниите, които разработват новите области, винаги търсят решение.

Решението включва целия комплекс, всички стъпки, за да започне да функционира безотказно идеята за дадено нововъведение. Започва се винаги с проект. Изясняват се необходимите инженерни услуги. Проектът се остойностява и се изчисляват разходи и ползи. Ако разгледаме историята на големи производители в областта на строителната индустрия, в случая с асансьорите например Schindler, ще забележим, че винаги работят съвместно с някоя компания, експерт в роботизирането. Когато строителният процес по инсталиране на асансьори е автоматизиран, роботите увеличават производителността, а сроковете за изпълнение намаляват чувствително. 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. Съвсем закономерно и разходите намаляват, защото оптимизирането на операциите води до икономия на енергия и човешки ресурси.

снимка: Schindler

Какво да очакваме в бъдеще? 

Засега стойността на роботизираната система за работа в тесни пространства не е ниска. Добре е да се отчете, че дори при този факт се оказва, че се пестят средства. Като се инвестира в роботизиране, стойността на крайния продукт се намалява.
Разбира се, работните операции трябва да имат висока добавена стойност. Най-общо казано, ако дадена фирма инвестира в роботизация на производството си, тя трябва да има голям обем изработки на дълги серии.

Пробиването на отвори и монтажът на анкерни болтове за инсталиране на асансьори във високи сгради, прехвърлено на роботизирана система, е добро онагледяване на пътя, по който строителната индустрия е започнала да се развива. Плановете на компания, производител на асансьори в големи обеми, неминуемо ще са ориентирани към все по-засилено използване на подобни автономни системи, оборудвани с подходящите роботи и с доведен до съвършенство софтуер. Един любопитен факт - според статистиката, подадена от един от водещите световни доставчици на асансьори, Шиндлер, само неговите решения и изделия преместват над един милиард души дневно по целия свят. И това са вече инсталирани асансьори. Колко още предстоят? И каква по-добра причина да се работи за все по-усъвършенствани роботизирани решения в тази насока?