Pokud někdo řekne: „to dělám automaticky“, obvykle je tím myšleno bezmyšlenkovitě, s minimem úsilí nebo lépe s efektivním využitím dosavadních znalostí. V průmyslu je pak pojem automatizace spojován s robotizací a prvky optimalizace, kdy se rutinní nebo naopak vysoce specializované úkony provádí ve vysokém počtu opakování za předem daných podmínek a jasně definovaných vstupů i požadavků na výstupy. V posledních letech se s automatizací spojují i pojmy jako umělá inteligence a strojové učení. V článku se na výše uvedené podíváme pohledem projekce ocelových (nebo spřažených ocelovo-betonových) mostů, konkrétně pak se zaměřením na poslední fázi před samotnou výrobou – tvorbu výrobní technické dokumentace (VTD).
Bráno od konce, strojové učení a implementace umělé inteligence (AI) na zpracování VTD vyžadují časově, hardwarově i finančně náročné investice spojené zejména s hloubkovou analýzou dosavadní práce té které projekční firmy a s implementací algoritmů AI. V poměru cena/výkon se zatím jeví výhodnější využít aktuálních možností komerčních nebo interně vyvinutých programů a do nich zapojit prvky automatizace. V článku je blíže představen koncept parametrického modelování, pomocí kterého lze na jedné straně řešit různorodost podkladní dokumentace. Na druhé straně optimalizovat lidské zdroje, efektivně zpracovávat změny a úplně nebo alespoň částečně automaticky generovat požadované grafické, tabulkové i textové výstupy VTD.
Parametrizace globální geometrie
Podkladní dokumentací, jakožto předchozím stupněm dokumentace pro tvorbu VTD, je v tuzemských podmínkách Realizační dokumentace stavby (RDS), případně Projektová dokumentace pro provádění stavby (PDSP). Za hranicemi směrem na západ se pak setkáme s pojmem Ausführungspläne (AP) – doslovně realizační plány. Každá tato dokumentace pak má dle norem odlišný obsah. Co se týče formy, oficiálními výstupy podkladní dokumentace jsou stále 2D výkresy. Nicméně zejména s rozšířením 3D modelování a také konceptu BIM bývá oficiální podkladní dokumentace doplněna 3D modely. Většinou jsou tyto modely ale pouze ve formátu 3D DWG, tj. jako tělesa bez doplňujících dat o materiálech, tloušťkách nebo svarech. Bohužel formát .ifc nebo podobný daty nabitý formát je podkladem zřídka, zejména z důvodu udržení firemních know-how. Modelované prvky pak bývají vztaženy pouze k dotykovým hranám sousedních entit bez reálných dotažení nebo přesahů. Nejen výše uvedené pak značně ztěžuje, až znemožňuje pokračovat na podkladních modelech a je nutné pro VTD vytvořit model zcela nový. Samozřejmě, pokud bychom řešili VTD jednodušších ocelových mostů – malých, půdorysně přímých bez nadvýšení nebo bez příčných sklonů – pak tvorba 3D modelu není nutná. V ostatních případech je ale 3D tělesový model či případně alespoň 2,5D model s prostorově uspořádanými 2D řezy žádoucí, často dokonce zadavatelem VTD (mostárnou, výrobou) vyžadovaný.
Ať už je podkladní dokumentace jakéhokoli formátu i obsahu, vždy obsahuje definici řídících křivek. Těmi pro účely VTD rozumíme průběh nivelety, průběh nadvýšení nebo průběh hraničních bodů příčných řezů po délce mostu. Tyto křivky pak mohou tvořit základ VTD modelů, na nějž se pak napojí všechny ostatní hlavní geometrické informace, mezi které řadíme polohy příčníků a výztuh nebo průběh tloušťky plechů. Uvedeným přístupem vznikne parametricky definovaný model globální geometrie mostu – pracovně model 1. úrovně. Na obrázku 1 je pak příklad modelu 1. úrovně, kde byl pro názornost násobně zvětšený vliv nadvýšení mostu.
Obr. 1 – Parametrický model 1. úrovně se zvýrazněným nadvýšením.
Výhody zmíněné parametrizace pro globální geometrii mostu by se mohly rozdělit do tří oblastí:
- personální a časové zajištění projektu;
- práce se změnami;
- automatizace.
i. Personální a časové zajištění projektu
Nejen pro mosty menšího rozsahu, ale i pro komplexní a rozsáhlé projekty je v modelu 1. úrovně relativně málo dat. Tvorbu tohoto modelu může tedy zajistit pouze jeden nebo maximálně dva pracovníci. Při živém propojení s modely dalších úrovní, viz následující kapitola, mohou ostatní projektanti a konstruktéři pracovat hned na jednotlivých dílcích například podle požadované sekvence odevzdání dílů pro výrobu nebo stavbu. Zároveň model první úrovně definuje geometrické body, které jsou potřeba pro součinnost se spodní stavbou nebo tvůrci výrobních dokumentací pro vybavení mostu. Celkově lze tedy paralelně pracovat na několika oblastech mostu, které běžně čekají až na hlubší rozpracování VTD.
ii. Práce se změnami
Běžně se s ohledem na konstrukční detaily, možnosti přepravy nebo výroby posunují podkladní dokumentací definované koncové body dílců nebo distribuce materiálů. To vše v čase, kdy se již pracuje na tvorbě VTD a všechny informace by již měly být neměnné. Realita projekční praxe je však jiná. Pokud ale máme model parametrizovaný s přímým napojením na neměnné řídící křivky, pak se požadované změny provedou pouhou redefinicí parametru (ať už ten představuje polohu entity, její tvar, nebo jakoukoli další přidruženou informaci). Změny se pak automaticky projeví jak v modelu 1. úrovně, tak i v modelech dalších úrovní. Změny lze tedy zapracovat hned a s minimálním dopadem na již rozpracovanou fázi VTD.
iii. Automatizace
Automatizací se pro účely tohoto článku rozumí především náhrady rutinní nebo naopak zbytečně složité práce projektantů a konstruktérů tak, aby byl celý proces tvorby VTD konkurenceschopný z hlediska času a nákladů, ale také aby umožňoval lépe využít potenciál personálních kapacit k řešení jim hodných úloh. Proto je potřeba „sdělit“ programům, které mají danou práci nahradit, jak ji mají udělat (systém vzorů, parametrů) a pak také kde a za jakých podmínek ji mají vykonat (vztažení k řídícím křivkám). Výše uvedené je zajištěno právě parametrizací již od modelu globální geometrie.
Parametrizace lokální geometrie a detailů
Do modelů a výstupů VTD se implementují, oproti předchozím stupňům dokumentace, mimo jiné podélné a příčné montážní přídavky, přídavky na dílenské smrštění, ořezy pozic, náběhy při změně tlouštěk plechů, montážní pomůcky, zkosení pro dílenské a montážní svary, výběhové desky nebo přípoje pro vybavení mostu. Všechny tyto informace ale mohou opět být definovány jako parametry vztažené buď přímo k řídící geometrii mostu, nebo ke geometrii vytvořené v rámci modelu 1. úrovně. Je nezbytně nutné si v pracovním postupu definovat, kdy je efektivní uvedená data implementovat ještě parametricky a kdy už ručně nebo za pomoci maker a nadstaveb běžně užívaných komerčních programů pro detailování ocelových konstrukcí. Pojem efektivní může představovat jak časovou a nákladovou úsporu, tak i možnost rozložení pracovního vytížení na více projektantů a konstruktérů zároveň. V praxi se ukazuje jako efektivní práce zároveň na jednom nebo několika málo dílcích naráz. Tyto dílčí modely – pracovně modely 2., 3. a potažmo 4. úrovně (v závislosti na stupni detailování) jsou stále živě propojené nejen s modelem 1. úrovně, ale vždy se všemi modely úrovní předchozích. Tj. změna v modelu 2. úrovně se díky parametrizaci a propojení automaticky projeví v modelech všech vyšších úrovní. Benefity zmíněné u modelu 1. úrovně lze tedy v obecné formulaci převést i na modely veškerých vyšších úrovní. Pro názornost možného stupně detailování a návaznosti jednotlivých úrovní jsou na obrázku 2 zobrazené pohledy na dvojici dílců komorového ocelového mostu.
Obr. 2 – Vizuální srovnání parametrických modelů 1., 2. a 3. (4.) úrovně detailování.
Grafické, textové a tabulkové výstupy VTD
Prvky automatizace v procesu tvorby VTD zdaleka nekončí 3D modelem. Díky parametrizaci různého stupně detailování – úrovní modelů – lze automaticky nebo alespoň semi-automaticky řešit grafické, textové i tabulkové výstupy, které bývají běžnou součástí požadovaných výstupů VTD. Níže jsou uvedené příklady takových výstupů včetně popisu, jakou roli zde hraje parametrizace.
Podklady pro objednání materiálu
Ideální je definovat podklady pro objednání materiálu včetně definice velikosti tabulí s naskládanými položkami až poté, co je kompletně zpracovaný minimálně 3D model mostu. Tento jev ale nastává zřídka. Vzhledem k termínům nutným pro válcování a dodání tabulí do mostáren, zejména pak s rozměry a tloušťky plechů na volném trhu běžně nedostupnými, je nutné podklady připravit již v počátku tvorby modelu VTD. Parametrizované modely nízkých úrovní detailování umožňují rychlé exporty hrubých, ale dostatečně přesných obrysů položek včetně těch, které je nutné pro stanovení jejich tvaru rozvinout. Zároveň díky propojení modelů a optimalizačních technik, které jsou součástí některých komerčních programů, lze minimalizovat odpad prořezů. Případně je možné při aplikaci změny tvaru položky rychle zjistit, zda se položky stále vejdou na tabuli, viz obrázek 3a.
Kniha svarů
Součástí VTD bývá i kniha montážních a dílenských svarů. Zde se přímo nabízí definovat typ svaru parametricky se shodným číslem. Různé tloušťky pozic stejného typu a použitého svaru mají stejné číslo svaru, viz obrázek 3b. Dokumentace je pak přehlednější, jasnější a čitelnější. Zároveň geometrické parametry svaru slouží k ořezu hran pozic, ke kterým jsou vztažené. Tyto hrany pozic jsou pak přímo nebo nepřímo závislé na modelu 1. úrovně, respektive řídící geometrii mostu.
Výkresová 2D dokumentace dílců a pozic
Ve výkresové 2D dokumentaci dílců a pozic, zejména pak dlouhých mostů, se opakují typově stejné pohledy a řezy konstrukcí. Polohu a směr těchto pohledů a řezů lze navázat na parametrickou geometrii modelů různých úrovní, a generovat je tedy posléze automaticky. Zároveň pokud máme jasně definované body, mezi nimiž jsou vždy natažené typově stejné kóty, lze generovat pohledy a řezy automaticky na základě parametrického primárního schématu včetně popisů a kót, viz obrázek 3c.
a) kontrola rozmístění geometricky zvětšených pozic na původní tabuli – (tzv. Nesting problém)
c) automaticky generované pozice včetně kót, popisů a svarů
NC-data
NC-data, především jako podklady pro pálicí stroje, jsou ve svém důsledku textovým výstupem dokumentace. I když mají obecně jasně specifikovanou strukturu, jejich grafické zobrazení je různé (a někdy i nezobrazitelné) pro různé prohlížeče a programy pálicích strojů. Zejména pokud máme například více druhů ořezů na jedné hraně určité položky. Pokud chceme odevzdávat korektní NC-data, je třeba výstupy z komerčních programů modifikovat, případně výstupům dodat další informace, které jsou ale právě součástí parametrizovaných modelů.
Výkresy a výkazy nedestruktivního testování svarů
Parametrické modely v sobě mimo jiné obsahují přesné definice svarových těles, označení typu a délky svarů. Informace o metodě zkoušení svarů a délce vzorku testovaného svaru lze přiřadit jako další parametry k definované hraně pozice, respektive svaru tělesa – export těchto dat je pak opět záležitostí chvilky. Možný je ale opačný přístup, kdy se ve formě tabulek z parametrického modelu exportují délky a typy svarů. V rámci postprocesingu se pak už v tabulkových editorech podmínkovými funkcemi určí přesné délky zkoušení svarů.
Závěr
Rozsah automatizace v rámci VTD ocelových mostů není omezen přímou nabídkou v komerčních kreslicích a modelovacích programech. Prvky automatizace lze s úspěchem aplikovat pomocí konceptu tzv. parametrického modelování. Na jedné straně uvedený koncept redukuje omezení pro automatizaci procesu, která představují různé typy podkladní dokumentace a požadavky zadavatele. Na straně druhé lze pak z parametrických modelů získávat efektivně data pro tradiční typy výstupů v rámci VTD, jako jsou podklady pro objednávku materiálu, 2D výkresy dílců a pozic nebo NC-data. Záměrně nebyl v článku zmíněn žádný konkrétní program, jde o celý proces. Různé programy lze v procesu různě využívat v závislosti na jejich možnostech a personálních a licenčních omezení těch kterých projekčních firem zabývajících se tvorbou VTD ocelových mostů.
Uvedené postupy nelze kompletně aplikovat vždy a všude. I když není malých konstrukcí, na některé typy mostů, zvláště jednoduché s malými rozpony, jsou uvedené postupy často zbytečně robustní. Nejdůležitější je si ale uvědomit, že za odevzdanou dokumentaci odpovídá vždy její tvůrce – nikoli programátor nebo prodejce a vývojáři softwarů. Uvedené postupy pouze umožňují zefektivnit práci na VTD, nutné je proto počítat s implementací kontrolních mechanismů.
Autor: Ing. David Šedlbauer, Ph.D.
david.sedlbauer@allcons.cz
ALLCONS Industry s.r.o.
