Внедрение BIM-технологий для решения производственных задач обеспечивает возможность увидеть все нестыковки и наложения основных конструкций и других слоев проектирования еще до начала физического воплощения объекта или его изготовления на предприятии. А проведение точных измерений на промежуточных этапах производства и верификация полученных данных с BIM-моделью улучшат повторяемость и откроют новый этап развития промышленной роботизации для несерийной продукции. 

Глеб Миклашевский,
эксперт по подготовке 
производства 
металлических конструкций

Около 10 лет назад в России стала активно продвигаться концепция BIM-моделирования (BIM — Building Information Model — информационное моделирование в строительстве). Основная ее суть в том, что у заказчиков, исполнителей и конечных потребителей появляется возможность увидеть своими глазами то, чего еще не существует, а также оценить физические свой­ства объекта, эксплуатационные характеристики и экономическую выгоду от реализации проекта или производства ­чего-либо.

Свое продолжение информационное моделирование получило с развитием цифровых двой­ников, позволяющих погрузиться в детали процессов, увидеть и устранить любые несоответствия еще до их появления. Однако все эти «игры разума» имеют весьма и весьма опосредованное отношение к реальному предприятию и слабо вписываются в его реальные алгоритмы. К счастью, совсем недавно стали появляться инструменты, позволяющие объединить интеллектуальные проекции BIM-технологий и повседневную действительность заводов металлических конструкций.

Речь идет о метрологии. А точнее — об измерениях, способных объективно выявлять несоответствия на самых ранних стадиях производства, чтобы своевременно предотвратить попадание бракованных изделий на следующие технологические этапы производственного цикла.

Модель как осевая линия объективно является абстракцией в чистом виде. При этом отклонения от нее влекут за собой вполне осязаемые последствия в виде дополнительных затрат на исправление бракованных изделий и убытки.

Термины для определения BIM-технологии

Информационное моделирование — использование модели в качестве фундамента для получения готовой продукции, удовлетворяющей предъявляемым требованиям по качеству.

Комплексное применение предусматривает объединение основных направлений методологии в единое целое для достижения наилучшего синергетического эффекта от использования концепции.

Моделирование — визуализация конечного продукта и назначение основных характеристик проекта, выполняющих заложенные функции и удовлетворяющих условиям его дальнейшей эксплуатации.

Теоретически расширенные возможности манипулирования объектом в процессе работы позволяют детально рассмотреть инсталляцию, учесть все технические нюансы конструкции и проверить сопряжение элементов на предмет коллизий, неизменно возникающих в процессе согласования функциональных уровней проекции.

Проектирование — процесс детального определения архитектуры, компонентов, интерфейсов и других характеристик системы или ее части (ISO 24765). Согласно официальному определению, результатом проектирования является отображение совокупности моделей, свой­ств и характеристик, описанных в форме, пригодной для нормального функционирования системы.

В общем виде при проектировании осуществляют прочностные расчеты, предназначенные для безопасной эксплуатации объекта, назначают номенклатуры профилей, используемых в конструкциях, и составляют объемную спецификацию материалов для расчета стоимости и принятия окончательного решения об экономической целесообразности выбранного концептуального решения.

Современное представление об информационном моделировании предполагает, что контроль является проверкой самой модели на соответствие предъявляемым требованиям. Визуальный контроль модели показывает, соответствует ли модель основному замыслу проекта. Также контролируется соответствие модели принятым стандартам.

Целостность модели — проверка спецификации на отсутствие данных об удаленных и открепленных фрагментах, а также дубликатов элементов модели. Также имеет место достаточно подробный чек-лист, содержащий в себе методологию и очередность проверок модели на отсутствие пересечений (коллизий), на соответствие по содержанию, передаче данных и т. д.

Помимо самой модели, представляющей из себя набор взаимосвязанных элементов объекта, объемная концепция информационного моделирования предусматривает такое понятие, как цифровой двой­ник. Цифровой двой­ник — это информационный прототип заводского изготовления продукции или строительства, включающий в себя технологическую составляющую производства. На сегодняшний день этот метод комплексной визуализации процессов редко применяется в силу затратности и высоких требований квалификации персонала. Однако набирает обороты в связи с подтвержденной, реальной эффективностью, в особенности если речь идет о сложном производстве с большим количеством технологических переделов и операций.

Обеспечение качества изделий

В большинстве случаев современное производство по изготовлению строительных металлоконструкций не имеет в своем арсенале действующих инструментов для индустриального (штатного) изготовления несерийной продукции с высокой степенью повторяемости по геометрии.

Помимо линейных допусков на общие размеры (присоединительные, габаритные и т. д.) в рабочей документации (КМ), как правило, отсутствует конкретика и требования по форме детали. Разумеется, допуски прямолинейности, соосности, осевого скручивания и т. д. можно найти в недрах нормативных ссылок и общих требований к проекту, но на практике эта неблагодарная «археология» попросту игнорируется сотрудниками предприятия.

Второй важной причиной рассогласования фактической продукции и модели является короткий (усеченный) цикл подготовки производства. Как известно, металл обладает неприятным свой­ством сохранять, накапливать и отдавать поверхностные и внутренние напряжения, образованные в период жизненного цикла изготовления проката, от начала до поставки на завод и далее по циклу движения у конечного потребителя. Прежде всего это выражено высокой амплитудой линейных деформаций под воздействием термических нагрузок по ходу изготовления металлических конструкций. Для минимизации влияния приобретенных поверхностных и внутренних напряжений на заводе необходимо иметь один или несколько участков механической релаксации и нормализации структуры металла после технологических воздействий. Другими словами, механическая релаксация внутренних напряжений металла по ходу производства стабилизирует процессы изготовления готовой продукции, делает их более предсказуемыми и обеспечивает высокую повторяемость изделий несерийного толка.

Третий момент, позволяющий изготовить металлические конструкции согласно проекту, это верификация размеров и отклонений деталей, сборочных единиц и крупногабаритных элементов с итоговой BIM-моделью, т. е. конечным результатом. Сравнение промежуточных этапов с эталоном позволит избежать дополнительных затрат на исправление и оперативно корректировать цикл производства под задачи и потребности конкретного объекта.

Качественное сравнение готовой продукции с требованиями в части отклонений невозможно без использования соответствующих инструментов, принципиально изменяющих метрологию отдела технического контроля в части проведения измерений. На мой взгляд, для проведения качественных измерений и последующего сравнения готового изделия с моделью на заводе по изготовлению крупногабаритных, но не серийных металлических конструкций и металлообрабатывающей промышленности в целом хорошо подойдут электронные тахеометры с возможностью работы без отражателя на расстоянии не менее 500 метров. Объективная точность измерения таких приспособлений колеблется в диапазоне от ±1 до ±2, в зависимости от режима. Угловая точность измерений не превышает 5".

В случае модернизации производства и устройства стационарных сборочных стапелей, крупногабаритной оснастки и оборудования я рекомендую локальное, эпизодическое использование лазерных трекеров с погрешностью измерений не более 60 мкм. По сути, основными отличиями электронного тахеометра является отсутствие автоматической развертки лазерного луча по угловым координатам, значительные погрешности (до 2 мм), при этом относительно невысокая стоимость прибора и услуг при заказе измерений у сторонних специализированных организаций.

Очевидно, что практика использования высокоточных измерений на ключевых этапах сборки металлических конструкций позволит увеличить показатели качества готовой продукции на несколько порядков, причем без особенных усилий и затрат со стороны собственников предприятия.

Справедливо будет отметить, что изменение характера измерений на ключевых этапах сборки послужит объективной причиной для пересмотра общего цикла производства, соответствия отдельно взятой детали и совокупной структуры собираемого изделия в части предельных отклонений.

Несмотря на многочисленные рекомендации различных практик повышения эффективности производства о необходимости использования пооперационного контроля, далеко не каждое предприятие способно прислушаться к этой информации. Объективные причины могут быть самые разные, но основные и самые распространенные две: 1. «И так работает»; 2. «Все так работают».

По характеру изготовления металлоизделия можно условно разделить на серийные и несерийные. Отсюда способ их изготовления делится на конвейерный и агрегатно-­поточный. Основной задачей всех без исключения специалистов по развитию производства со времен начала индустриализации является конвейерное изготовление несерийной продукции.

На заводе по изготовлению деталей кузова для автомобилей Ferrari я насчитал более 10 этапов оптического и механического измерения конфигурации деталей и сборочных единиц с обязательной верификацией фактического изделия с эталоном.

В связи с высокой роботизацией конвейерного производства, не говоря уже об итоговой стоимости бракованных деталей и сборочных узлов, допущенных на следующие технологические переделы, своевременное выявление критических несоответствий геометрии по циклу является первостепенной задачей для предприятия.

Исходя из вышеизложенного, высокоточное измерение промежуточных этапов изготовления металлических конструкций способно не только улучшить качественные показатели готовых изделий, но и положить начало роботизации изготовления несерийной продукции в полном смысле этого определения. 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 1-2024