ارائه سیستم ساخت و ساز اتوماتیک مبتنی بر BIM

چکیده

کلید واژه ها

1. مقدمه

2. تولید افزایشی در ساختمان سازی

شکل 1: رویه اصلی AM

3. وضعیت فعلی تحقیقات BIMAC 

3.1 ترکیب BIMAC

شکل 2: نمودار ترکیب BIMAC

3.2 راه اندازی واجرا

شکل 3: را ه اندازی و اجرای برنامه NC متعلق به BIMAC

3.3 انتشار داده ها

شکل 4: مراحل تولید یک اثر مصنوعی: (a) با استفاده از فرایندهای AMسنتی، (b)با استفاده از فرایند AMجدید مبتنی بر BIM

3.4 الگوریتم لایه پرکننده و نتیجه

شکل 5: پرینت مسیر و نتیجه،(a) الگوریتم لایه پر کننده A،(b) الگوریتم لایه پر کننده B

4. تحقیقات دیگر

4.1 مصالح ساختمانی جدید یا مصالح جایگزین

4.2 مساله دقت

4.3  توسعه الگوریتم

4.4 پرینتر عظیم الجثه3Dجدید

4.5 توسعه فرایندهای پرینت چند نازلی و چند ماده ای

5. نتیجه گیری

تکنولوژی اتوماسیون در صنایعی مانند هوا-فضا، کشتی سازی، خودرو سازی و غیره پیشرفت داشته اما در صنعت ساخت و ساز از رشد آهسته ای برخوردار بوده است زیرا تکنولوژی اتوماسیون و مهندسی فعلی برای محصولات ساختمانی مقیاس بزرگ از لحاظ کارآمدی و اقتصادی مناسب نیستند. این مقاله به فرایندهای تولید افزایشی (AM) موجود در ساخت و ساز می پردازد که نیروی بالقوه برنامه های کاربردی برای تولید سازه های بزرگ محسوب می شود. این مقاله بر اساس رویه ای مشابه سیستم ساخت و ساز اتوماتیک مبتنی بر BIM (BIMAC)جدیدی را بررسی می کند که ترکیبی از BIMAC، جزییاتی در خصوص راه اندازی و اجرا، انتشار داده ها و الگوریتم لایه پرکننده را در برمی گیرد و نتایج نمونه ای را نشان می دهد که متداول ترین مولفه های ساخت و ساز محسوب می شوند. تحقیقات بیشتر در خصوص مقیاس ساخت و ساز AM ارائه می شود. با آنکه این تحقیقات هنوز در مراحل اولیه هستند دارای پتانسیل بهبود و اصلاح روش های ساخت و ساز سنتی و حل مسایلی مانند کثرت حوادث، کیفیت پایین، نبود کارگران ماهر و غیره هستند.

در سال های اخیر پیشرفت هایی در تکنولوژی تشخیصی، یعنی تکنولوژی کنترل عددی (NC) و سیستم رانندگی اتوماتیک به اصلاح کارکرد و دقت سیستم اتوماسیون منجر شده است. امروزه در بسیاری موارد سیستم های اتوماسیون جایگزین فعالیت های انسانی در فرایند تولیدی خطرناک و خسته کننده صنعتی شده است. صنایعی مانند هوا- فضا، کشتی سازی، اتومبیل سازی و غیره در روش مدلسازی سیستم طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و روش مونتاژ اتوماتیک پیشرفت داشته [1]، اگرچه صنعت ساخت و ساز اتوماتیک چندین دهه از سایر صنایع عقب مانده است. بر اساس گزارش ها صنعت ساخت و ساز با مسایل جدی مانند مسایل زیر مواجه است [2]: a) میزان بالای حوادث در مکان های ساخت و ساز ؛ b) کیفیت پایین کار؛ c) دشورای مدیریت پروژه در مکان های ساخت و ساز ؛ d) کارآمدی پایین کار؛ e) کمبود کارگران ماهر. از آخر قرن گذشته تکنولوژی اتوماسیون در ایالات متحده و ژاپن به درجات مختلف در صنایع ساخت و ساز بکار گرفته شده است تا مسایلی مانند بهره وری، کیفیت، امنیت، هزینه بالا و کمبود نیروی کار ماهر [3،4] را بدینوسیله حل کنند. مطالعه ساخت و ساز اتوماتیک در صنعت ساخت و ساز ژاپن با جدیت در جستجوی راه حل هایی برای حل مساله کمبود کارگران ماهر است. بسیاری از شرکت های بزرگ ژاپنی در زمینه ساخت و ساز دارای مراکز R&D مخصوص و مطالعه تکنولوژی های ساخت و ساز جدید از طریق تجهیزات پیچیده و تعداد زیادی کارمند هستند. مثلا شرکت ساخت و ساز مانی تاکینگ کاجیما سالانه بیشتر از 900 میلیون دلار برای تکنیک های ساخت و ساز هزینه می کند و بخش عظیمی از این سرمایه گذاری برای ساختارهای اتوماتیکی مانند سیستم ربات صرف می شود، اگرچه سیستم ربات قادر نیست در زمان واقعی مستقلا مسایل را تشخیص داده و آنها را حل نماید که به ربات های تک وظیفه ای منجر می شود که به حوزه ساخت و ساز کوچکی محدود می شوند. علاوه بر این اکثر سیستم های اتوماتیک به بخش های پیش ساخته زیادی نیاز دارند که به معنی هزینه حمل و نقل، ماشین آلات و موجودی اضافی است. استفاده از تکنولوژی اتوماسیون سنتی برای تشکیل یک سیستم اتوماتیک کاملا جا افتاده گران تمام می شود که می تواند مسایل صنعت ساخت و ساز را حل کند [5،6]. توسعه آرام تکنولوژی اتوماسیون در صنعت ساخت و ساز از دلایل زیر ناشی می شود[7،8]: a) تکنولوژی اتوماسیون برای محصولات ساختمانی مقیاس بزرگ مناسب نیست؛ b) تکنولوژی اتوماسیون برای رویکرد طراحی قراردادی مناسب نیست؛ c) در مقایسه با صنایع دیگر میزان بازدهی نسبتا کمتر و تنوع آن کمتر است؛ d) محدودیت انتخاب مواد اولیه وجود دارد؛ e) تجهیزات اتوماسیون گران قیمت سبب شده است تا تکنولوژی اتوماسیون جذابیت خود را از دست بدهد؛ f) ارائه تکنولوژی اتوماسیون بر مدیریت پروژه سنتی تاثیر می گذارد. صنعت ساخت و ساز نیازمند یافتن فرایند ساخت و ساز اتوماتیک جدیدی است تا آن را با فرایند تولید و مونتاژ سنتی جایگزین کند زیرا تکنولوژی های اتوماتیک و مهندسی موجود برای غلبه بر موانع از لحاظ کارآمدی و اقتصادی کافی نیستند [6]. امروزه نوع جدیدی از فرایند اتوماتیک بنام AM وجود دارد که از نیروی بالقوه برنامه کاربردی در فرایند تولید ساختارهای بزرگ برخوردار است. این فرایند بجای فرم های معماری سنتی شاه تیر، صفحه بتنی و ستون از روش مدلسازی ساختمان سازی گروهی استفاده می کند. در سال های اخیر از AM برای طراحی اتومبیل، صنایع هوا- فضا و پزشکی وغیره استفاده شده است [5]، اگرچه اکثر فرایندهای AM موجود فقط برای بخش های تولیدی کوچک و متوسط مناسب هستند زیرا نمی توانند انواع زیادی از مصالح ساختمانی را ارائه کنند و کارآمدی مصالح شان بسیار پایین است[9]. این مقاله برخی فرایندهای ساخت اتوماتیک برای تولید اجزای ساختمانی در مقیاس وسیع را بررسی می کند و با تحلیل رویه این تکنیک های AM مقیاس وسیع یک سیستم ساخت و ساز اتوماتیک جدید بنام BIMAC ارائه می نماید. سپس این مقاله به توضیح جزییاتی در خصوص BIMAC می پردازد که شامل راه اندازی و اجرا، انتشار داده ها، الگوریتم لایه پر کننده و نتیجه گیری است.