Ожидается, что автоматизация и робототехника повысят производительность труда в строительной отрасли и решат такие проблемы, как нехватка рабочей силы и риски для их безопасности.
Автоматизация и робототехника - старое и новое направление в строительстве. Первые исследования и практическую деятельность в этой области можно проследить на ранних этапах в 1970-1980-е годы. Важность развития технологии повышения производительности труда в строительной отрасли зарождается с конца четверти XX века.
Обзор научных исследований
Хотя проведено большое количество исследований, разработаны различные типы систем, технологии, применение автоматизации и робототехники на местах все еще остается ограниченным.
Было проведено много исследований и выявлены факторы, влияющие на ситуацию, такие как высокая стоимость, неквалифицированная рабочая сила и низкие инвестиции.
В последние годы в связи с демографическими и экономическими изменениями в мире растет число высотных зданий. Такая тенденция привела к необходимости внедрения автоматизации и робототехники на стройплощадках. Поэтому исследования и применение в высотных зданиях приобретают все большее значение.
Обзор научных исследований и практического применения средств автоматизации строительства и робототехники стремится ответить на четыре вопроса:
1. Какие были ключевые области исследований в области строительства?
2. Как эти области развивались как в академических исследованиях, так и в научной сфере?
3. Как развивалась базовая технология, внедренная в этих областях?
4. Каковы пробелы в этой области?
По результатам обзора литературы и обзора рынка выявлены недостатки,
определены и обсуждены соответствующие предложения по сужению круга вопросов, предлагаются перспективы на будущее.
Сборка стальных балок
Стальные конструкции широко распространены в высотных зданиях. Это работа с высокой степенью риска и большой рабочей нагрузкой.
Этот проект длился примерно восемь лет с 2007 по 2014 год. В этот период в Корее была разработана система сборки роботизированного луча (RBA). Другим способом была роботизированная сборочная система (РАН), предложенная в 2017 году Национальным университетом Тайваня.
1. Исследования по системе RBA
Концепция RBA включает в себя движущийся механизм, манипулирование роботом и системы человеко-машинного интерфейса. Спроектировали болтового робота, состоящего из рычагов портала, болтового инструмента, кабины и дополнительных деталей.
Стальные компоненты подвешены к башенным кранам, и раскачивание их компонентов влияет на работу захвата. Поэтому разработали алгоритм управления роботизированным манипулятором для изоляции ударов маятниковых компонентов из тяжелой стали.
Разработали и испытали прототип робототехники - болтовое устройство с кабиной для оператора. Результаты проверок, интеграции и совершенствования на местах были опубликованы в период с 2012 по 2014 год.
Система включает в себя три подсистемы:
• роботизированное болтовое устройство
• систему управления
• роботизированную транспортную систему
Система была применена и апробирована на строительных площадках, и
была дополнительно усовершенствована по нескольким аспектам.
2. Исследования по РАН
Разработали роботизированную сборочную систему (РАС) для монтажа стальной балки. Разработана прототипная система, проведены масштабные испытания для проверки ее осуществимости. Это исследование было сосредоточено не только на роботизированных сборочных устройствах, но также была предложена новая идея для перепроектирования стальной балки и технологического процесса с целью адаптации к применению робота при сборке стальных конструкций.
Основными методами РАН являются следующие:
• Вращение
• Вертикальное выравнивание
• Горизонтальное выравнивание
• Болты
После временного подключения к РАН, полное действие должно быть закончено людьми.
Автоматизированные строительные системы
Автоматизированные строительные системы были созданы в Японии в конце 1980-х годов для повышения производительности строительства, безопасности и качества. Типичная интегрированная автоматизированная система строительства состоит из 4-х частей:
• синхронно восходящее сооружение, включающее в себя всепогодное рабочее пространство
• система подачи для вертикальной и вертикальной установки подъема и горизонтального перемещения материалов или оборудования
• компьютеризированная система управления информацией для централизованного управления всей строительной площадкой
• интегрированные подсистемы для специальных строительных работ, таких как сборка стали, сварка и сборка готовой продукции.
В 1990-е годы несколько ведущих японских строительных компаний возглавили бурное развитие автоматизированной строительной системы и постоянно совершенствовали ее на основе опыта применения в различных строительных проектах.
Развитие автоматизированной системы строительства в Японии оказало значительное влияние на соответствующие исследования в других странах.
Для сборки роботов необходима рабочая среда, не подверженная влиянию погодных условий.
Проведя предыдущие исследования, в которых оценивалась и доказывалась эффективность и экономичность автоматизированной строительной системы для сборки стали, ученые представили автоматическую систему на базе роботизированных кранов для металлоконструкций высотных зданий, состоящих из стали, системы монтажа и системы контроля и управления.
В этой системе башенный кран был установлен в центре здания таким образом, что подъемно-транспортные и роботизированные системы становятся независимыми, что позволяет снизить вес системы и стоимость строительства.
