CC BY
50УДК 004
Кузнецов Е.А.
студент, 3 курс.
Астраханский государственный университет (Россия. г. Астрахань)
РОБОТОТЕХНИКА И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Аннотация: в статье рассматриваются способы управления строительными процессами с использованием автоматизированных систем и роботов. Описано использование автоматизированных систем для построения чертежей, что способствует повышению эффективности управления строительством. Решается задача проверки корректности определения последовательности работ.
Ключевые слова: управление строительством; автоматизированные системы; мобильное приложение; строительные расчёты; автоматизация управления, информационные технологии.
До недавнего времени строительная отрасль была одной из самых незнакомых отраслей для робототехники и автоматизации общества, несмотря на то, что эта отрасль является одной из старейших и представляет собой крупнейший сектор экономики. С увеличением интенсивности строительства внедрение ИТ, решающих задачи управления, особенно актуально в строительной области из-за большого количества технологических процессов, которые вполне реально проводить без участия человека.
Фактические действия автоматизации строительства являются по большей степени реализация программного обеспечения и 1Т-технологии. Эти действия не ограничиваются только программным обеспечением, но и включают в себя аппаратное обеспечение, которое состоит из обработки данных, безопасности работы человека-оператора и безопасности управления процессом, а также контроль автоматической инвентаризации.
Общая продолжительность выполнения строительных работ является основным показателем, определяющим стоимость выполнения проекта. Чтобы эта
376
продолжительность была минимальной, важно наиболее оптимально упорядочить последовательность проведения работ и как можно большую их часть проводить параллельно и без участия человека. Это является основной задачей автоматизации строительства. Наглядно метод решения данной задачи отражен в идее программного обеспечения интеграции.
Программное обеспечение интеграции в области строительства имеет решающее значение для реализации концепции встроенного компьютера (CIC). Идея состоит в том, чтобы интегрировать в общую систему все этапы строительства, то есть от стола и планирования инструментов архитектора до создания сайта. Проект ЕС "Будущий дом" подлежит развитию системы AUTOMOD3 (рис. 1), который объединяет в единую среду CAD несколько инструментов, таких как дизайн, планирование и автоматизация робота, а также машины программирования и др.
IP-jsrq
3 -.<•..
Рис. 1 Комплексное проектирование и инструменты планирования проекта
"Будущий дом"
Основная идея проекта заключается в использовании 2D архитектурного проектирования (чертежи) и автоматическое преобразования его в BD-рисунки. Это стало возможным в результате использования мощных процессоров, которые вырабатывают с помощью особого алгоритма функции управления пикселями в каждом кадре изображения в формате Full HD. Такая система изображения в режиме реального времени схожа с технологией BD-телевизоров с единственной разницей, что для 3D-телевизоров создается стерео-изображение, а процессор в рамках проекта обрабатывает
объект и его косвенные параметры лазерными лучами и вычисляет бинокулярное смещение, которое преобразуется в невидимые глазу элементы изображения и накладывается на исходное 2Э-изображение.
Таким образом можно выполнить автоматическую модуляризацию, предназначенную для зданий. Этот процесс способствует индустриализации жилищного строительства. Пакеты программного обеспечения для управления используются все больше и больше в строительстве. Тем не менее, эта динамика интеграции еще не до конца задействует лица, которые напрямую учувствуют в строительстве. График строительства часто меняется от погоды или реальной ситуации в ходе проекта. Когда возникает непредвидимая ситуация, необходимо изменить график строительства и выполнить его немедленно. Связь с заводом по изготовлению деталей, транспортными средствами, магазинами и другими поставщиками выполняется в режиме реального времени и в автоматическом режиме.
Еще одним вычислительным решением в строительстве являются мобильные вычислительные системы для передачи данных между менеджерами конструктора и различных интернет-сайтов. Прогресс мониторинга беспроводной мобильной системы позволяет проверить ход работы (рис. 2). Система инспекции также используется для осмотра результата строительства. Система управления документами может не только контактировать с дизайнерами БД для того, чтобы загрузить чертежи, но также позволяет вручную изменять данные рисунки в автоматизированном графическом редакторе. Эта гибкая технология очень полезна и имеет низкую стоимость, в результате чего она легко выбивается в лидеры на массовом рынке в среде строительства. Данная технология в скором времени вытеснит бумажные чертежи на этапе проектирования сооружений за счёт отсутствия печати и трат на покупку бумаги, краски для печати и чертежных принадлежностей.
Рис. 2 КПК на основе системы управления документами в среде строительства
Наиболее интересным решением в сфере строительства является программное обеспечение виртуальной реальности (VR), которое охватывает проекционный дисплей (IPD) позволяет строительным менеджерам взаимодействовать с содержимым развернутого строительства, до начала строительства или во время исполнения проекта. Виртуальный макет предлагает прямое присутствие человека, или ощущение, что вы на самом деле в комнате, когда вы просто стоите в пространстве, ограниченном пятью большими экранами, которые окружают вас с проецируемого изображения. Виртуальный макет достаточно реален для того, чтобы сварщику, например, залезть под виртуальные структуры и удариться головой об виртуальную трубу, чтобы определить, есть ли достаточно места для работы. Было разработано несколько систем погружения VR в течение последних лет, как в Penn State University (http://www.arl.psu.edu), в NIST (http://cic.nist.gov/vrml/ equip.html), и т.д.
Для сложных машин, таких как экскаваторы (рис. 3), система виртуальной реальности нуждается не только в имитации геометрии и кинематики станка, но и в изучении рельефа, а также в взаимодействии между машиной и местностью. Это исследование также осуществляется путем сенсорного сбора и обработки данных: на местности устанавливается лазерный дальномер с частотой кадров не менее 10 Гц (обычно 25 Гц). Модель местности создается, учитывая высоты местности. Изображение строится в три этапа:
1. Удаление шумов из-за внешнего воздействия окружающей среды на изображение.
2. Математические расчеты: вычисление площади, объема элементов изображения.
3. Построение 3D изображения на основе первых двух этапов с построением недостающих точек, разрывов и вертикальных поверхностей.
Система позволяет моделировать вид внутри или за пределами кабины экскаватора. Для визуального представления процесса выемки грунта, расположение ковша по отношению к местности и относительно экскаватора должно быть известно. С полным Caterpillar экскаватор в 3D можно ознакомиться на странице сайта TP: //www.howstuffworks .com/backhoe-loader.htm.
б)
Рис.3 Среда для обучения работы в экскаваторе: а) форма внутри кабины, и б) вне кабины
Важно отметить, что исследование автоматизации и робототехники в такой
большой сфере как строительство еще не видит своего конца, но развивается в той же
степени очень медленно. Для того чтобы быстро продвигаться в деятельности новые
380
технологии, затрагивающие данную отрасль, нужно достичь периода консолидации идеи, должны быть приняты меры, а в особенности новые национальные и международные научно-исследовательские программы по развитию строительства должны быть установлены.
Таким образом, в ходе исследования были рассмотрены основные методы управления строительством с использованием автоматизированных систем и робототехники, а также дальнейшая перспектива их использования и развития данной отрасти с точки зрения информационных технологий.
Список использованной литературы:
1. В. С. Очиров, Организация строительно-монтажных работ, учебное пособие. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006.
2. Робототехника. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://robotics.com.ua/
3. Воробьев В.А., Булгаков А. Г., Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление; - Солон-Пресс; 2007 г.
4. Макаров И. М., Топчеев Ю. И., Робототехника: История и перспективы - , Наука, 2003 г..
5. Kangari, R. (1996). Re-engineering Construction Work-process for Buiding Automation, International Symposium on Robotics and Automation in Construction (ISARC'96).
