Сколько инженеров может заменить 3D сканер?
В далёком 2021 году нас пригласили поучаствовать в проекте по модернизации одного крупного горно-обогатительного комбината. Из-за того, что все большие компании стесняются признаваться в том, что заказывают проекты в небольших конструкторских бюро, я воздержусь от упоминания конкретных имён, названий и топонимов.
Поездка на край света
В назначенный день мы выдвинулись в сторону Дальнего Востока. После посадки в аэропорту назначения нам предстояло ещё 8 часов трястись по дороге, которая не везде имела твёрдое покрытие.
По приезду нас ждало заселение в вахтовый посёлок, собранный из контейнеров, получение спецодежды и несколько часов сна.
Вахтовый посёлок
Ранним утром следующего дня мы выдвинулись в цех, где нам предстояло собрать исходные данные для будущего проекта монтажа нового оборудования.
Суть обогащения руды заключается в том, что породу, которую выковыривают из нашей любимой планеты, засыпают в специальные дробилки и отмачивают разной химией. На выходе получается порошок — концентрат из которого потом можно выплавлять металл.
Новое оборудование по задумке заказчика должно было увеличить эффективность обогащения руды ещё на пару процентов. В рамках комбината — это огромная экономическая выгода и соответствующие премии руководству.
Обогатительная фабрика
Автобус трясся на кочках, играло «Русское Радио», суровые вахтовики обсуждали новости.
Войдя в цех, мы поняли, что снять размеры будет не так-то просто. Несмотря на то, что фабрика достаточно новая, на ней уже был произведён ряд переделок и существующая документация на внутрицеховые конструкции «отставала» от действительности.
Хитросплетение трубопроводов
Хитросплетение металлоконструкций
Конечная цель нашей работы заключалась в подготовке комплекта конструкторской документации на металлоконструкции под новое оборудование и трубопроводы. Иными словами, железяки, которые изготовят по нашим чертежам, должны собраться в этом хаосе из труб и уголков. И это пугало, ведь никто не хотел сюда приезжать ещё раз в случае, если будут проблемы на монтаже.
3D сканер вместо рулетки
«Всё решаемо» — сказал наш оператор сканера и вытащил свой Faro Focus, стоимостью в несколько миллионов рублей. Так начался наш трёхдневный марафон по снятию размеров всего и вся на участке в 70×30 метров.
Процесс 3D сканирования
Тут нужно сделать пояснение, что на столь ранней стадии проектирования мы ещё не до конца понимали, где и с каким уклоном пройдут новые трубы и где нужно будет располагать дополнительные насосы. Поэтому мы старались собрать максимум данных.
Теперь стоит показать пример того, что получается на «выходе» с 3D сканера. Во-первых, это облако точек, расположенных в трёхмерном пространстве. И второе — это фотографии с тех точек, где стоял сам сканер в процессе съёмки. Соответственно, на следующем изображении можно увидеть совмещение фотографии и облака точек. Таким изображением можно не только любоваться, но и измерять размеры между объектами на нём.
Облако точек, совмещённое с фотографией
На следующем изображении представлено просто облако точек. Оно не такое красивое, как предыдущее, так как на него не наложена фотография, но зато можно выбрать произвольный ракурс и погасить объекты, мешающие просмотру.
Облако точек
Проектирование
Процесс нашего возвращения в офис я пропущу и сразу расскажу о последовательности проектирования металлоконструкций с применением полученных данных. Мы изучили привезённое со съёмки облако точек, фотографии и совместно с технологами нанесли на план цеха точки, где мы хотим провести трубопроводы, установить насосы и другое оборудование. После этого мы промерили необходимые размеры и сняли высотные отметки там, где они нам требовались. И всё это мы делали сидя в удобном кресле перед монитором, а не «рассекая» производственный цех с рулеткой в сопровождении представителей заказчика. Это — неоценимое преимущество технологии 3D сканирования.
В результате такой технологической проработки у нас родилось техническое задание на различные металлоконструкции, которые потребуется возвести в цеху. Одна из таких конструкций — переходной мост и галерея вдоль стены, связанные небольшой лестницей. Что бы читателю было понятно о чём речь, ниже приведён набросок:
Набросок переходного моста и галереи.
Следующий шаг — проектный расчёт будущих конструкций на прочность и жёсткость. Для этого мы применяем специализированную расчётную программу, которая позволяет нам работать со стержневой моделью. Расчёт выполняется в соответствии с СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции». На данном этапе мы анализируем процент использования несущей способности каждого стержня и суммарные прогибы конструкции в сборе (первое и второе предельные состояния, если говорить инженерным языком). В процессе расчёта мы итерационно подбираем оптимальные сечения для всех элементов моста и галереи.
Расчётная стержневая модель
Получив стержневую схему конструкции и список сечений можно приступать к проработке трёхмерной модели. Запускаем CAD систему, вспоминаем нормативы на ограждающие конструкции и начинаем творческий процесс. Я предпочитаю работать с ГОСТ Р ИСО 14122–3–2009 «Средства доступа к машинам стационарные», но есть и другие стандарты. Не забываем, что конструкция у нас должна быть разборной, чтобы её элементы можно было сварить на заводе, покрасить и довезти до места монтажа. Сварки и запилов «по месту» стараемся избегать. На монтаже это дольше и дороже, чем в условиях завода.
3D модель металлоконструкций
Полученные трёхмерные картинки удобно показывать заказчикам и согласовывать по ним будущую конструкцию. В результате 90% согласовательной работы удаётся выполнить в процессе этой самой работы. И заказчик не переживает, что мы через полгода сдадим ему какую-нибудь «шляпу».
Где-то между расчётами и рождением трёхмерной модели есть ещё этап по подготовке схемы нагрузок и согласованию её с заказчиком. Места, где мы опираемся на несущие конструкции цеха необходимо согласовать со службами эксплуатации здания, чтобы во время монтажа не обрушить весь цех. Но там просто чертёж, он скучный и я его решил не вставлять в данную статью.
Далее идёт примерка модели на облако точек:
Наложение 3D модели на облако точек
Вдоль ограждений под наклоном идут лотки из уголка под трубы из ПНД. По трубам течёт пульпа. Это жидкость в которой содержаться частички ценной породы.
Приближаем каждый узел и контролируем, что ничего не цепляется за существующие конструкции. На изображении видно, как деликатно приходится обходить огромную трубу. Ошибки проектирования тут сулят большими переработками на монтаже.
«Обход» существующей трубы
Если интерференций нет и картинки нравятся заказчику, остаётся лишь выпустить чертежи для завода. Долгожданный финиш проекта!
Так сколько всё таки инженеров удалось заменить 3D сканером?
Ни одного. «А к чему такой вопрос?» — спросит читатель. Я лишь хотел донести, что последнее время развелось очень много предпринимателей, которые покупают 3D сканеры и пытаются ими решить все проблемы технологического суверенитета в стране.
Запрос клиента
3D сканирование лишь ускоряет процесс снятие размеров с исходного объекта. При этом сканер не может определить марку материала, твёрдость, шероховатость поверхности, покрытие. Он не увидит цвета побежалости от термического воздействия или риски от износа. Он не переговорит с «местными» об особенностях работы детали, узла. В любом случае потребуются опытные инженеры, чтобы превратить облако точек (STL-файл) в качественную твердотельную модель и затем в чертёж.
Скриншот с тендерной площадки
А здесь я привожу скриншот с тендерной площадки. Выясняется, что разрабатывать конструкторскую документацию без 3D сканера уже нельзя. Это примерно то же самое, как говорить повару, каким ножом ему нарезать помидор. Он — профессионал, ему лучше знать! Так и конструктор сам в состоянии определить, когда лучше использовать рулетку, когда микрометр, а когда оправдана покупка 3D сканера за несколько миллионов рублей.
Запрос конкурентов
Ещё мне иногда пишут коллеги из других конструкторских бюро. Сканер есть, конструкторов — нет. В большинстве случаев сканер не нужен вовсе и все те же самые размеры можно снять штангенциркулем и рулеткой. Теплообменник — это не крыло самолёта. Его изгибы скорее продиктованы технологами, которые разрабатывают штамп для его изготовления, нежели какими-то научными расчётами.
Выполняйте реверс инжиниринг разумно и не тратьте деньги заказчика на ненужные 3D сканы!
О грустном
После событий февраля 2022 г. иностранный производитель специализированного оборудования для обогатительных фабрик отказался осуществлять поставку. Проект лёг на полку…
